Doutorado
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  2. Química Orgânica  2.1. Mecanismo de reação  2.1.1. Reações de substituição nucleofílica  2.1.2. Reações de adição e substituição eletrofílica  2.1.3. Reações de eliminação  2.1.4. Reações de Rearranjo  2.1.5. Reações Radicais  2.1.6. Reações Pericíclicas  2.1.7. Reações fotoquímicas  2.2. Estereoscópico  2.2.1. Quiralidade e atividade óptica  2.2.2. Análise estrutural  2.2.3. Efeitos estereoeletrônicos  2.2.4. Síntese assimétrica  2.2.5. Estereoquímica Dinâmica  2.3. Química Organometálica na Síntese Orgânica  2.3.1. Reagentes de organolítio e organomagnésio  2.3.2. Reações de acoplamento catalisadas por metais de transição  2.3.3. Reações catalisadas por paládio  2.3.4. Metátese de Olefinas  2.3.5. Catálise de ouro e prata  2.4. Química de produtos naturais  2.4.1. Alcaloides e terpenoides  2.4.2. Esteróides e Flavonoides  2.4.3. Síntese total de produtos naturais  2.4.4. Biossíntese de produtos naturais  2.5. Química Supramolecular  2.5.1. Química Hospedeiro-Convidado  2.5.2. Auto-organização e reconhecimento molecular  2.5.3. Catalise Supramolecular  2.5.4. Máquinas Moleculares
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Estereoscópico


A estereoquímica é um domínio fundamental dentro da química orgânica que lida com a disposição tridimensional dos átomos em moléculas. É importante para entender o comportamento e as propriedades das moléculas. Nesta explicação, exploraremos vários aspectos da estereoquímica, sua importância e como ela afeta as propriedades físicas e químicas dos compostos.

Introdução à estereoquímica

A estereoquímica envolve o estudo da disposição espacial dos átomos dentro das moléculas. Diferentemente dos isômeros constitucionais que diferem na conectividade dos átomos, os estereoisômeros possuem a mesma conectividade, mas diferem na orientação de seus átomos no espaço. Essa disposição espacial pode afetar significativamente o ponto de fusão, ponto de ebulição, solubilidade e, mais importante, a atividade biológica de uma molécula.

Tipos de isomeria

Isomeria é um fenômeno no qual compostos possuem a mesma fórmula molecular, mas diferentes arranjos estruturais ou espaciais. Os isômeros podem ser amplamente classificados em dois tipos principais: isômeros estruturais e estereoisômeros. Estereoisômeros podem ser divididos em enantiômeros e diastereômeros.

Isômeros estruturais

Isômeros estruturais diferem na valência dos átomos. As propriedades físicas e químicas de cada isômero estrutural podem ser completamente diferentes.

Exemplo: C4H10 pode existir como: 
- n-butano: CH3-CH2-CH2-CH3 
- isobutano (ou 2-metilpropano): (CH3)2CH-CH3

Estereoisômeros

Estereoisômeros têm a mesma ordem de átomos ligados, mas diferem na orientação tridimensional desses átomos. Existem dois tipos principais de estereoisômeros:

  • Enantiômeros: imagens espelhadas sobrepostas.
  • Diastereômeros: não são imagens espelhadas e não são sobreponíveis.

Quiralidade e centros quirais

Quiralidade é um conceito importante na estereoquímica. Uma molécula é quiral se não for sobreponível à sua imagem espelhada. A presença de um centro quiral, geralmente um átomo de carbono ligado a quatro grupos diferentes, geralmente confere quiralidade.

Centro quiral

Centros quirais são designados com um asterisco (*) e geralmente envolvem um átomo de carbono ligado a quatro substituintes diferentes. Este arranjo único resulta em duas configurações diferentes, geralmente denotadas como 'R' ou 'S', dependendo das regras de prioridade estabelecidas no sistema Cahn-Ingold-Prelog (CIP).

Exemplo: CH3-CH(OH)-COOH 
Na molécula de ácido lático, o carbono central ligado a OH, COOH, H e CH3 é um centro quiral.

Atividade óptica

Atividade óptica refere-se à maneira como moléculas quirais interagem com luz polarizada em plano, fazendo com que as moléculas girem no plano para a direita (dextrógiro) ou para a esquerda (levógiro). Esta rotação óptica é uma característica das substâncias quirais e é medida usando polarímetros.

Enantiômeros e atividade óptica

Enantiômeros são pares de moléculas que são imagens espelhadas não sobreponíveis. Eles exibem propriedades físicas idênticas, exceto pela direção em que giram a luz polarizada no plano. Enantiômeros giram a luz em quantidades iguais, mas em direções opostas.

Exemplo: (R)-2-Butanol e (S)-2-Butanol

Projeções de Fischer

Projeções de Fischer são uma maneira bidimensional de representar moléculas tridimensionais. Elas são particularmente úteis para estudar carboidratos e aminoácidos. Em uma projeção de Fischer, linhas verticais representam ligações indo para o plano, e linhas horizontais representam ligações saindo do plano.

Visualizando a projeção de Fischer

Para explicar a projeção de Fischer considere o seguinte:

  • As interseções representam átomos de carbono.
  • Grupos funcionais são desenhados com linhas horizontais e verticais.
Exemplo: 
  H   OH
     /
    C
   / 
COOH  H3C

Configuração e nomenclatura

O sistema de nomenclatura R/S atribui rótulos aos centros quirais com base na prioridade dos substituintes ligados. A rotulagem envolve as regras de prioridade CIP:

  1. Identifique o centro quiral.
  2. Atribua prioridade com base no número atômico; número atômico maior terá maior prioridade.
  3. Organize de tal forma que o grupo de prioridade mais baixa esteja afastado de você.
  4. Determine a sequência 1-2-3; se for no sentido horário, é R. Se for no sentido anti-horário, é S.
Exemplo: Atribuindo configuração R/S a 2-bromo-1-cloropropano:
1. Br > Cl > CH3 > H
2. A configuração é R.

Diastereômeros

Diastereômeros são estereoisômeros que não são imagens espelhadas. Eles podem surgir em moléculas com múltiplos centros quirais. Diastereômeros frequentemente têm diferentes propriedades físicas e reatividades.

Exemplo: O ácido tartárico pode existir como: 
- D-(+)-ácido tartárico 
- L-(-)-ácido tartárico 
- ácido meso-tartárico

Compostos meso

Compostos meso contêm múltiplos centros quirais, mas podem ser sobrepostos às suas imagens espelhadas devido ao plano de simetria interno. Embora contenham centros quirais, compostos meso são aquirais.

Exemplo: meso-2,3-butanodiol

Isômero geométrico

Isômeros geométricos, um subgrupo de diastereômeros, surgem de rotação restrita em torno de ligações duplas ou estruturas em anel. Eles são geralmente referidos como isômeros cis-trans.

Isomerismo cis-trans

Isômeros cis-trans ocorrem em compostos com rotação restrita, onde grupos diferentes estão ligados ao carbono de uma ligação dupla ou em estruturas em anel.

Exemplo: But-2-eno: 
- Cis: CH3 no mesmo lado
- Trans: CH3 em lados opostos

Importância da estereoquímica

A estereoquímica desempenha um papel importante na indústria farmacêutica, onde a atividade de um medicamento pode depender em grande parte de sua estereoquímica. Um enantiômero pode ser terapêutico, enquanto outro pode ser prejudicial ou inativo. Portanto, os químicos sintéticos devem garantir que o enantiômero correto seja produzido.

Quiralidade na biologia

Sistemas biológicos são inherentemente quirais e frequentemente interagem apenas com um enantiômero de uma molécula quiral. Esta especificidade destaca a importância da estereoquímica no design e ação de medicamentos.

Conclusão

A estereoquímica é um campo vasto e complexo que tem implicações profundas em uma variedade de campos, desde a química orgânica fundamental até o desenvolvimento de medicamentos. Ao compreender os princípios da estereoquímica, os químicos podem prever, entender e manipular de forma mais eficaz as propriedades e reações de compostos orgânicos.


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