A reação do butano com cloro gasoso na presença de luz fornece dois compostos, 1-cloro-butano e 2-cloro-butano.
a. Qual dos dois produtos apresenta plano de simetria?
b. O butano é um composto quiral? E o 1-cloro-butano?
c. O 2-cloro-butano apresenta isomeria ótica?
d. Quantos estereoisômeros são possíveis para o 2-cloro-butano?
e. Represente os enantiômeros do 2-cloro-butano em projeções de Fisher e em fórmulas tridimensionais.
f. Qual dos dois enantiômeros do 2-cloro-butano é
e qual é
?
g. Uma mistura equimolecular dos dois enantiômeros citados apresentaria rotação ótica? Explique.
h. Se o estereoisômero
do 2-cloro-butano apresentasse a rotação específica de
, qual seria a rotação específica do (S)-2-cloro-butano?
a. Qual dos dois produtos apresenta plano de simetria?
b. O butano é um composto quiral? E o 1-cloro-butano?
c. O 2-cloro-butano apresenta isomeria ótica?
d. Quantos estereoisômeros são possíveis para o 2-cloro-butano?
e. Represente os enantiômeros do 2-cloro-butano em projeções de Fisher e em fórmulas tridimensionais.
f. Qual dos dois enantiômeros do 2-cloro-butano é
g. Uma mistura equimolecular dos dois enantiômeros citados apresentaria rotação ótica? Explique.
h. Se o estereoisômero
Passo 1
O problema trata da cloração radicalar do butano em presença de luz, que gera dois isômeros de clorobutano: o 1-cloro-butano e o 2-cloro-butano. Vamos precisar aplicar conceitos de simetria molecular (planos de simetria), definição de quiralidade (presença de centro quiral), isomeria óptica, número de estereoisômeros, projeção de Fischer, fórmulas tridimensionais com ligações em cunha e traço e regras de Cahn–Ingold–Prelog para atribuir configurações R/S.
Passo 2
Para ver se um composto tem plano de simetria, imaginamos todos os átomos no mesmo plano:
- No 1-cloro-butano
, podemos colocar a cadeia C–C–C–C no plano e o Cl e o grupo também nesse plano. Cada grupo tem dois H, um “acima” e outro “abaixo” desse plano, que são mutuamente refletidos pelo plano. Logo há um plano de simetria (grupo ). - No 2-cloro-butano
o carbono-2 é quiral (ligado a quatro substituintes diferentes) e não existe plano que reflita Cl em si mesmo sem trocar por H ou por . Portanto não há plano de simetria (grupo ).
Passo 3
Um composto é quiral se não for sobreponível à sua imagem no espelho, o que requer pelo menos um centro quiral:
- O butano
não tem centro quiral (todos os carbonos têm dois H idênticos ou grupos repetidos). Logo é aquiral. - O 1-cloro-butano também não tem nenhum carbono tetracoordenado ligado a quatro grupos diferentes. Logo é aquiral.
Passo 4
O 2-cloro-butano tem apenas um carbono quiral (o carbono 2), pois ele está ligado a quatro grupos distintos:
,
,
e
. Isso gera isomeria óptica (existem enantiômeros).
Passo 5
Com um único centro quiral, o número máximo de estereoisômeros é
. São dois enantiômeros não sobreponíveis.
Passo 6
Representação em projeção de Fischer:
Fórmulas tridimensionais (cadeia
e
no plano do papel):
(em cada caso o ligante em “cunha” sai do plano, e o em “traço” entra atrás do plano).]
Passo 7
Para atribuir R/S no carbono quiral do 2-cloro-butano, damos prioridades CIP:
-
2) 3) 4) Com o H apontando para trás (em traço), o giro de no primeiro desenho (Cl→ → ) é no sentido horário, logo é . O outro é o espelho, .
Passo 8
Uma mistura equimolecular dos dois enantiômeros é uma mistura racêmica e não apresenta rotação ótica líquida, pois as rotações opostas se cancelam.
Passo 9
A rotação específica de um enantiômero é igual em valor absoluto e oposta em sinal ao do outro. Assim, se
-2-cloro-butano tem
, então
-2-cloro-butano tem
.
Resposta
a) O 1-cloro-butano apresenta plano de simetria; o 2-cloro-butano não apresenta.
b) Nem o butano nem o 1-cloro-butano são quirais (são aquirais).
c) Sim, o 2-cloro-butano apresenta isomeria óptica.
d) São possíveis 2 estereoisômeros para o 2-cloro-butano.
e) Projeções de Fischer e fórmulas 3D conforme descrito no Passo 6.
f) O enantiômero com sequência Cl→ →
no sentido horário (com H atrás) é
; o outro é
.
g) Uma mistura equimolecular (racema) não apresentaria rotação ótica .
h) Se , então
.
b) Nem o butano nem o 1-cloro-butano são quirais (são aquirais).
c) Sim, o 2-cloro-butano apresenta isomeria óptica.
d) São possíveis 2 estereoisômeros para o 2-cloro-butano.
e) Projeções de Fischer e fórmulas 3D conforme descrito no Passo 6.
f) O enantiômero com sequência Cl→
g) Uma mistura equimolecular (racema) não apresentaria rotação ótica
h) Se