- A substância A tem dois estereoisômeros, mas as substâncias B e C existem como substâncias únicas. Explique.
B
C
Passo 1
O enunciado dá três compostos à base de nitrogênio e observa que a substância A existe como duas estereoisômeros estáveis, enquanto B e C não. O conteúdo envolvido é estereoisomeria originada de um centro quiral em nitrogênio versus inversão rápida de aminas. Vamos identificar a hibridação e os substituintes em cada nitrogênio e ver se o inversion barrier é alto (permite isômeros resolvíveis) ou baixo (leva à rápida racemização).
Passo 2
Na substância A o nitrogênio é um cátion quaternário
. Como não há par eletrônico e o nitrogênio está ligado a quatro grupos orgânicos distintos, ele é um centro estereogênico tetraédrico fixo. Para que um átomo seja centro quiral, basta que tenha quatro substituintes diferentes e não possa inverter seu arranjo. No cátion quaternário essa inversão implicaria quebrar ligações covalentes, o que não ocorre em condições normais. Logo, A apresenta dois enantiômeros isoláveis.
Passo 3
Na substância B o nitrogênio é terciário
com um par eletrônico. Esse par permite que a geometria piramidal no nitrogênio sofra “túnel” ou inversão (umbrella flip) com barreira de cerca de
kJ/mol. Essa barreira é baixa o suficiente para que, à temperatura ambiente, qualquer enantiômero de B inverta continuamente e racemize, tornando impossível isolar estereoisômeros.
Passo 4
Na substância C o nitrogênio é secundário
. Também aqui há um par eletrônico e a inversão piramidal ocorre ainda mais facilmente (barreira similar ou menor), impedindo novamente a existência de formas ópticas estáveis. Além disso, C sequer tem quatro substituintes no nitrogênio, então não pode ser quiral.
Resposta
A existe como dois estereoisômeros porque é um cátion quaternário com quatro grupos diferentes presos ao nitrogênio, que não sofre inversão. B e C são aminas (terciária e secundária) e possuem par eletrônico que permite inversão piramidal rápida, racemizando qualquer centro quiral e não deixando isômeros isoláveis.