6- Utilizando as fórmulas de projeção de Fisher, mostre as estruturas de todos os estereoisômeros do 2,3-dihidroxibutano, identificando as configurações R e S de cada centro quiral e indicando as relações existentes entre os estereoisômeros.
(1 ponto)
(1 ponto)
Passo 1
O enunciado pede que eu faça o seguinte para o composto
-dihidroxibutano:
- desenhar, em projeção de Fischer, todas as estruturas estereoisoméricas possíveis;
- identificar a configuração absoluta (R ou S) de cada centro quiral em cada estereoisômero;
- indicar as relações estereoquímicas entre os estereoisômeros (enantiômeros, diastereômeros, meso, etc.).
Informações relevantes fornecidas (implícitas pelo nome do composto):
- Fórmula esqueletal:
. - Há dois centros quirais: carbono
e carbono . - Em princípio existem
combinações de configurações absolutas, mas algumas podem ser idênticas (meso) ou enantioméricas.
Passo 2
Breve aula sobre projeção de Fischer e como desenhar para este composto (passo a passo, sem pular etapas).
- Projeção de Fischer: a cadeia principal de carbonos é desenhada verticalmente; os substituintes na vertical (topo e fundo) apontam para trás (ou seja, “para trás do papel”) e os substituintes na horizontal apontam para frente (ou seja, “para fora do papel”, para o observador).
- Para
-dihidroxibutano: a cadeia de quatro carbonos é vertical, então o carbono ( ) fica no topo e o carbono ( ) fica embaixo. Os carbonos e aparecem no meio com dois substituintes cada (um e um em cada centro). - Assim, qualquer projeção de Fischer para esse composto terá a forma genérica (síntese do esqueleto):
CH3
|
X—C—Y (C = carbono 2)
|
X’—C—Y’ (C = carbono 3)
|
CH3
onde em cada centro horizontalmente aparece ume um em posições esquerda/direita.
Passo 3
Como determinar prioridades (regras CIP) para cada centro quiral e as prioridades específicas aqui.
- Regra geral (Cahn–Ingold–Prelog): atribui-se maior prioridade ao átomo diretamente ligado ao centro com maior número atômico; se houver empate, compara-se a próxima camada de átomos ligada a esses átomos, etc.
- Para cada centro (carbono
ou ) os quatro substituintes são: (oxigénio ligado ao carbono), o carbono vizinho que carrega um (o outro carbono central), o grupo e . - Comparando diretamente os átomos ligados ao centro:
( ) tem número atômico maior que , que é maior que . Assim as prioridades são: -
- o carbono do outro centro quiral (porque esse carbono está ligado a um
, então ganha sobre o simples) -
-
-
Passo 4
Como atribuir
ou
a partir de uma projeção de Fischer (regra prática, explicada passo a passo).
- Lembrete: nas Fischer, os substituintes nas linhas horizontais saem para a frente (vem ao observador) e os das linhas verticais vão para trás (afastam-se do observador).
- Regra prática:
- Identifique as prioridades
, , , segundo CIP. - Veja em que posição está o grupo de menor prioridade (
, normalmente ): - Se o grupo
estiver em uma posição vertical (topo ou fundo) — isto é, apontando para trás — então siga a ordem no plano da projeção: sentido horário ; sentido anti-horário . - Se o grupo
estiver em posição horizontal (esquerda ou direita) — isto é, apontando para frente — então o resultado obtido pelo procedimento anterior fica invertido: sentido horário ; sentido anti-horário .
- Se o grupo
- Identifique as prioridades
- Observação didática rápida (por que isso funciona): quando o menor grupo aponta para frente, a orientação espacial é vista “de cabeça para baixo” pelo observador, portanto a ordem aparente precisa ser invertida.
Passo 5
Agora vamos listar todas as projeções de Fischer possíveis para
-dihidroxibutano e atribuir
em cada centro, mostrando o raciocínio (vou explorar as três estruturas distintas que existem na prática: o meso e o par de enantiômeros).
- Nota prévia: embora geometricamente existam quatro arranjos left/right nas duas posições, nem todos são distintos como moléculas quimicamente únicas — um deles é meso (idêntico à sua imagem no espelho) e os outros dois formam um par de enantiômeros.
Estrutura A — meso (um exemplo de Fischer; este é suficiente porque a sua reflexão/rotações equivalem ao outro desenho)
- Fischer (esqueleto com ambos os
no mesmo lado — à direita neste desenho):
CH3
|
H — C — OH
|
H — C — OH
|
CH3 - Aqui, em cada centro, o
está em posição horizontal (para a esquerda) e o em posição horizontal (para a direita); os estão nas posições verticais top/bottom. - Aplicando prioridades (
outro carbono ) e a regra de Fischer: - No carbono
: o (4) está em horizontal (à esquerda) → inverter o sentido. Observando a ordem na projeção dá um sentido (fazendo o procedimento imediato), e após inverter obtemos configuração no carbono . - No carbono
: por simetria (ou por cálculo similar) obtemos configuração .
- No carbono
- Portanto essa estrutura é
. É a forma meso: é internamente simétrica e, portanto, aquiral (idêntica à sua imagem no espelho). Em outras palavras, = meso.
Estrutura B — um enantiômero (configuração
)
- Fischer (um arranjo com
em lados opostos; por exemplo à esquerda no carbono e à direita no carbono ):
CH3
|
OH — C — H
|
H — C — OH
|
CH3 - Aplicando prioridades e a regra de Fischer:
- No carbono
: agora está em posição horizontal (à direita), e o cálculo (como feito no passo 4 com vetores ou com a regra de inversão) dá configuração . - No carbono
: de modo análogo obtemos .
- No carbono
- Logo esta estrutura é
.
Estrutura C — enantiômero da B (configuração
)
- Fischer (imagem no espelho de B; por exemplo
à direita no e à esquerda no ):
CH3
|
H — C — OH
|
OH — C — H
|
CH3 - Este é o enantiômero de B e tem configurações
.
Passo 6
Relações entre os estereoisômeros (resumindo, para fixar).
- As três estruturas distintas (como moléculas quimicamente diferentes) são:
- o meso
(achiral, idêntico à sua imagem no espelho); - o par
e (são enantiômeros entre si).
- o meso
- Relações:
-
e são enantiômeros (imagens no espelho não superponíveis). - cada um de
e de é diastereômero em relação ao meso . - o meso não tem par enantiomérico distinto (é superponível à sua imagem no espelho).
-
Resposta
CH3
|
H — C — OH
|
H — C — OH
|
CH3
meso, configurações
(achiral; essa representação é equivalente à mesma com ambos
à esquerda)
|
H — C — OH
|
H — C — OH
|
CH3
CH3
|
OH — C — H
|
H — C — OH
|
CH3
estereoisômero
|
OH — C — H
|
H — C — OH
|
CH3
CH3
|
H — C — OH
|
OH — C — H
|
CH3
estereoisômero
|
H — C — OH
|
OH — C — H
|
CH3
Relações:
e
são enantiômeros; o meso
é achiral e é diastereômero de ambos.