Enantiômeros: características, propriedades e exemplos - Ciência - 2023

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o enantiômeros são aqueles pares de compostos orgânicos (e inorgânicos) que consistem em duas imagens de espelho que não podem ser sobrepostas uma à outra. Quando ocorre o contrário - por exemplo, no caso de uma bola, um taco de golfe ou um garfo - são considerados objetos aquirais.

O termo quiralidade foi cunhado por William Thomson (Lord Kelvin), que definiu que um objeto é quiral se não pode ser sobreposto com sua imagem no espelho. Por exemplo, as mãos são elementos quirais, já que o reflexo da mão esquerda, mesmo que se vire, nunca coincidirá com o original.

Uma forma de demonstrar o acima é colocar a mão direita sobre a esquerda, descobrindo que os únicos dedos que se sobrepõem são os do meio. Na verdade, a palavra quiral deriva da palavra grega cheir, que significa "mão".

No caso do garfo da imagem superior, se seu reflexo fosse invertido, caberia perfeitamente sob o original, o que se traduz como um objeto aquiral.

Carbono assimétrico

Que forma geométrica um conjunto de átomos deve ter para ser considerado quiral? A resposta é tetraédrica; isto é, para um composto orgânico, o átomo de carbono deve ter um arranjo tetraédrico ao seu redor. No entanto, embora isso se aplique à maioria dos compostos, nem sempre é esse o caso.

Para este composto hipotético CW₄ é quiral, todos os substituintes devem ser diferentes. Caso contrário, o reflexo do tetraedro pode se sobrepor após algumas rotações.

Assim, o composto C (ABCD) é quiral. Quando isso ocorre, o átomo de carbono ligado a quatro substituintes diferentes é conhecido como carbono assimétrico (ou carbono estereogênico). Quando este carbono é "olhado" no espelho, seu reflexo e este formam o par enantiomérico.

Ilustrados na imagem superior estão três pares enantioméricos do composto C (ABCD). Considerando apenas o primeiro par, seu reflexo não é sobreposto, pois ao virar apenas as letras A e D coincidem, mas não C e B.

Como os outros pares de enantiômeros estão relacionados entre si? O composto e sua imagem do primeiro par enantiomérico são diasterômeros dos outros pares.

Em outras palavras, diastereômeros são estereoisômeros do mesmo composto, mas sem ser o produto de sua própria reflexão; isto é, eles não são sua imagem no espelho.

Uma forma prática de assimilar este conceito é através da utilização de modelos, alguns deles tão simples como os montados com uma bola de anime, alguns palitos e algumas massas de plasticina para representar os átomos ou grupos.

Nomenclatura

A mudança de lugar de duas letras produz outro enantiômero, mas se três letras forem movidas, a operação retorna ao composto original com orientação espacial diferente.

Desse modo, a alteração de duas letras dá origem a dois novos enantiômeros e, ao mesmo tempo, a dois novos diastereômeros do par inicial.

No entanto, como você diferencia esses enantiômeros uns dos outros? É quando surge a configuração R-S absoluta.

Os pesquisadores que o implementaram foram Cahn, Sir Christopher Ingold e Vladimir Prelog. Por esta razão, é conhecido como sistema de notação Cahn-Ingold-Prelog (R-S).

Regras de sequência ou prioridades

Como aplicar essa configuração absoluta? Primeiro, o termo "configuração absoluta" refere-se ao arranjo espacial exato dos substituintes no carbono assimétrico. Assim, cada arranjo espacial tem sua própria configuração R ou S.

A imagem superior ilustra duas configurações absolutas para um par de enantiômeros. Para designar um dos dois como R ou S, as regras de sequência ou prioridade devem ser seguidas:

1- O substituinte com o maior número atômico é aquele com a maior prioridade.

2- A molécula é orientada de forma que o átomo ou grupo de menor prioridade aponte para trás do plano.

3- As setas dos links são desenhadas e um círculo é desenhado em uma direção decrescente de prioridade. Se essa direção for a mesma no sentido horário, a configuração é R; se for no sentido anti-horário, a configuração é S.

No caso da imagem, a esfera vermelha marcada com o número 1 corresponde ao substituinte de maior prioridade, e assim por diante.

A esfera branca, aquela com o número 4, quase sempre corresponde ao átomo de hidrogênio. Em outras palavras: o hidrogênio é o substituinte de menor prioridade e é contado por último.

Exemplo de configuração absoluta

No composto da imagem superior (aminoácido l-serina), o carbono assimétrico tem os seguintes substituintes: CH₂OH, H, COOH e NH₂.

Aplicando as regras acima para este composto, o substituinte com a maior prioridade é NH₂, seguido por COOH e finalmente CH₂OH. O quarto substituinte é entendido como H.

O grupo COOH tem prioridade sobre CH₂OH, porque o carbono forma três ligações com os átomos de oxigênio (O, O, O), enquanto o outro forma apenas uma com OH (H, H, O).

Características dos enantiômeros

Os enantiômeros carecem de elementos de simetria. Esses elementos podem ser o plano ou o centro de simetria.

Quando estes estão presentes na estrutura molecular, é muito provável que o composto seja aquiral e, portanto, não possa formar enantiômeros.

Propriedades

Um par de enantiômeros exibe as mesmas propriedades físicas, como ponto de ebulição, ponto de fusão ou pressão de vapor.

Porém, uma propriedade que os diferencia é a capacidade de girar a luz polarizada, ou o que dá no mesmo: cada enantiômero tem suas próprias atividades ópticas.

Os enantiômeros que giram a luz polarizada no sentido horário adquirem a configuração (+), enquanto aqueles que a giram no sentido anti-horário adquirem a configuração (-).

Essas rotações são independentes do arranjo espacial dos substituintes no carbono assimétrico. Consequentemente, um composto de configuração R ou S pode ser (+) e (-).

Além disso, se as concentrações de ambos os enantiômeros (+) e (-) forem iguais, a luz polarizada não se desvia de seu caminho e a mistura é opticamente inativa. Quando isso acontece, a mistura é chamada de mistura racêmica.

Por sua vez, os arranjos espaciais governam a reatividade desses compostos contra substratos estereoespecíficos. Um exemplo dessa estereoespecificidade ocorre no caso das enzimas, que só podem atuar sobre um determinado enantiômero, mas não sobre sua imagem no espelho.

Exemplos

De muitos enantiômeros possíveis, os três compostos a seguir são exemplificados:

Talidomida

Qual das duas moléculas tem a configuração S? O da esquerda. A ordem de prioridade é a seguinte: primeiro o átomo de nitrogênio, segundo o grupo carbonila (C = O) e, em terceiro lugar, o grupo metileno (-CH₂–).

Ao passar pelos grupos, use o sentido horário (R); no entanto, uma vez que o hidrogênio aponta para fora do plano, a configuração vista do ângulo traseiro na verdade corresponde ao S, enquanto no caso da molécula da direita, o hidrogênio (aquele com a menor prioridade) aponta para trás uma vez do avião.

Salbutamol e Limoneno

Qual das duas moléculas é o enantiômero R: a parte superior ou inferior? Em ambas as moléculas, o carbono assimétrico está ligado ao grupo OH.

Estabelecendo a ordem de prioridades para a molécula abaixo que dá assim: primeiro o OH, segundo o anel aromático e terceiro o grupo CH₂–NH - C (CH₃)₃.

Passando pelos grupos, um círculo é desenhado no sentido horário; portanto, é o enantiômero R. Assim, a molécula inferior é o enantiômero R, e a superior é o S.

No caso dos compostos (R) - (+) - limoneno e (S) - (-) - limoneno, as diferenças estão em suas fontes e odores. O enantiômero R é caracterizado por ter um cheiro de laranja, enquanto o enantiômero S tem um cheiro de limão.

Referências

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