Quiralidade: o que é e exemplos - Ciência - 2023

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o quiralidade É uma propriedade geométrica em que um objeto pode ter duas imagens: uma direita e outra esquerda, que não são intercambiáveis; isto é, eles são espacialmente diferentes, embora o resto de suas propriedades sejam idênticos. Um objeto que exibe quiralidade é simplesmente denominado "quiral".

As mãos direita e esquerda são quirais: uma é o reflexo (imagem no espelho) da outra, mas não são iguais, pois ao colocar uma sobre a outra seus polegares não coincidem.

Mais do que um espelho, para saber se um objeto é quiral, a seguinte pergunta deve ser feita: ele tem “versões” para o lado esquerdo e direito?

Por exemplo, uma mesa para a mão esquerda e uma mesa para a mão direita são objetos quirais; dois veículos do mesmo modelo, mas com volante à esquerda ou à direita; um par de sapatos, assim como pés; escadas em espiral na direção esquerda e na direção certa, etc.


E na química, as moléculas não são exceção: elas também podem ser quirais. A imagem mostra um par de moléculas com geometria tetraédrica. Mesmo se a da esquerda estiver virada e as esferas azuis e roxas forem tocadas, as esferas marrons e verdes vão “parecer” fora do plano.

O que é quiralidade?

Com as moléculas, não é tão fácil definir qual é a "versão" esquerda ou direita apenas olhando para elas. Para isso, os químicos orgânicos recorrem às configurações Cahn-Ingold-Prelog (R) ou (S), ou seja, a propriedade ótica dessas substâncias quirais de girar a luz polarizada (que também é um elemento quiral).

No entanto, não é difícil determinar se uma molécula ou composto é quiral apenas observando sua estrutura. Qual é a peculiaridade marcante do par de moléculas na imagem acima?

Possui quatro substituintes diferentes, cada um com sua própria cor característica, e também a geometria ao redor do átomo central é tetraédrica.


Se em uma estrutura houver um átomo com quatro substituintes diferentes, pode-se afirmar (na maioria dos casos) que a molécula é quiral.

Então é dito que na estrutura existe um centro de quiralidade ou centro estereogênico. Onde houver um, haverá um par de estereoisômeros conhecidos como enantiômeros.

As duas moléculas da imagem são enantiômeros. Quanto maior o número de centros quirais que um composto possui, maior sua diversidade espacial.

O átomo central é geralmente um átomo de carbono em todas as biomoléculas e compostos com atividade farmacológica; no entanto, também pode ser fósforo, nitrogênio ou um metal.

Exemplos de quiralidade

O centro da quiralidade é talvez um dos elementos mais importantes para determinar se um composto é quiral ou não.

No entanto, existem outros fatores que podem passar despercebidos, mas nos modelos 3D, eles revelam uma imagem espelhada que não pode ser sobreposta.


Para essas estruturas, é dito que, em vez do centro, eles têm outros elementos de quiralidade. Com isso em mente, a presença de um centro assimétrico com quatro substituintes não é mais suficiente, mas o restante da estrutura também deve ser cuidadosamente analisado; e, assim, ser capaz de diferenciar um estereoisômero de outro.

Axial

Os compostos mostrados na imagem acima podem parecer planos a olho nu, mas na verdade não são. À esquerda está a estrutura geral de um aleno, onde R denota os quatro substituintes diferentes; e no lado direito, a estrutura geral de um composto bifenílico.

O extremo onde R se encontra3 e R4 pode ser visualizado como uma "barbatana" perpendicular ao plano onde R está1 e R2.

Se um observador analisa tais moléculas posicionando o olho na frente do primeiro carbono ligado a R1 e R2 (para alene), você verá R1 e R2 para os lados esquerdo e direito, e para R4 e R3 Acima e abaixo.

If R3 e R4 permanecer fixo, mas mudar R1 à direita e R2 à esquerda, haverá outra “versão espacial”.

É aqui que o observador pode então concluir que encontrou um eixo de quiralidade para allene; o mesmo acontece com o bifenil, mas com os anéis aromáticos envolvidos na visão.

Parafusos de anel ou helicidade

Observe que, no exemplo anterior, o eixo da quiralidade está no backbone C = C = C, para aleno, e na ligação Ar-Ar, para bifenil.

Para os compostos acima chamados heptaelcenos (porque eles têm sete anéis), qual é o seu eixo de quiralidade? A resposta é dada na mesma imagem acima: o eixo Z, da hélice.

Portanto, para distinguir um enantiômero de outro, você deve olhar para essas moléculas de cima (de preferência).

Desta forma, pode ser detalhado que um heptaeliceno gira no sentido horário (lado esquerdo da imagem), ou anti-horário (lado direito da imagem).

Planar

Suponha que você não tenha mais um heliceno, mas uma molécula com anéis não coplanares; ou seja, um está localizado acima ou abaixo do outro (ou eles não estão no mesmo plano).

Aqui, o caráter quiral não reside tanto no anel, mas em seus substituintes; são eles que definem cada um dos dois enantiômeros.

Por exemplo, no ferroceno na imagem superior, os anéis que fazem "sanduíche" do átomo de Fe não mudam; mas a orientação espacial do anel com o átomo de nitrogênio e o grupo -N (CH3)2.

Na imagem, o grupo -N (CH3)2 aponta para a esquerda, mas em seu enantiômero apontará para a direita.

Outras

Para macromoléculas ou aquelas com estruturas singulares, a imagem começa a se simplificar. Por quê? Porque a partir de seus modelos 3D é possível ver com o olho do pássaro se eles são quirais ou não, como acontece com os objetos dos exemplos iniciais.

Por exemplo, um nanotubo de carbono pode mostrar padrões de curvas para a esquerda e, portanto, é quiral se houver um idêntico, mas com curvas para a direita.

O mesmo ocorre com outras estruturas onde, apesar de não possuírem centros de quiralidade, o arranjo espacial de todos os seus átomos pode adotar formas quirais.

Falamos então de uma quiralidade inerente, que não depende de um átomo, mas do todo.

Uma maneira quimicamente poderosa de diferenciar a "imagem esquerda" da direita é por meio de uma reação estereosseletiva; ou seja, aquele em que só pode ocorrer com um enantiômero, enquanto não com o outro.

Referências

  1. Carey F. (2008). Quimica Organica. (Sexta edição). Mc Graw Hill.
  2. Wikipedia. (2018). Quiralidade (química). Recuperado de: en.wikipedia.org
  3. Advameg, Inc. (2018). Quiralidade. Recuperado de: chemicalexplained.com
  4. Steven A. Hardinger e Harcourt Brace & Company. (2000). Stereochemistry: Determining Molecular Chirality. Recuperado de: chem.ucla.edu
  5. Universidade de Harvard. (2018). Quiralidade molecular. Recuperado de: rowland.harvard.edu
  6. Oregon State University. (14 de julho de 2009). Quiralidade: objetos quirais e aquirais. Recuperado de: science.oregonstate.edu