Enantiômeros: Nomenclatura, Características, Propriedades e Exemplos

Enantiômeros são aqueles pares de compostos orgânicos (e inorgânicos) que consistem em duas imagens espelhadas que não podem se sobrepor umas sobre as outras. Quando ocorre o oposto - 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 puder se sobrepor à sua imagem especular. Por exemplo, as mãos são elementos quirais, porque o reflexo da mão esquerda, apesar de girar, nunca coincidirá com o original.

Uma maneira de demonstrar o exposto acima é colocando a mão direita à esquerda, descobrindo que os únicos dedos que se sobrepõem são os do meio. De fato, a palavra chiral deriva da palavra grega cheir, que significa "mão".

Para o caso do garfo da imagem superior, se o seu reflexo girasse, ele se ajustaria perfeitamente ao original, o que se traduz como um objeto aquiral.

Carbono assimétrico

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

Para este composto hipotético de CW4 ser quiral, todos os substituintes devem ser diferentes. Se não fosse assim, o reflexo do tetraedro poderia se sobrepor após algumas rotações.

Assim, o composto C (ABCD) é quiral. Quando isso ocorre, o átomo de carbono ligado a quatro diferentes substituintes é conhecido como carbono assimétrico (ou carbono estereogênico). Quando este carbono "olha" para o espelho, o seu reflexo e isto compõem o par enantiomérico.

Na imagem superior são ilustrados três pares enantioméricos do composto C (ABCD). Considerando apenas o primeiro par, sua reflexão não é sobreponível, porque ao virar apenas as letras A e D coincidem, mas não C e B.

Que relação os outros pares de enantiômeros têm entre si? O composto e a sua imagem do primeiro par enantiomico s diastereeros dos outros pares.

Em outras palavras, os diastereômeros são estereoisômeros do mesmo composto, mas sem serem o produto de sua própria reflexão; isto é, eles não são sua imagem espelhada.

Uma maneira prática de assimilar esse conceito é através do uso de modelos, alguns deles tão simples como aqueles armados com uma bola de anime, alguns paus 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 alteradas, a operação retornará ao composto original com orientação espacial diferente.

Deste modo, a alteração de duas letras dá origem a dois novos enantiómeros e, ao mesmo tempo, a dois novos diastereómeros do par inicial.

No entanto, como diferenciar esses enantiômeros uns dos outros? É aqui quando surge a configuração absoluta de RS.

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

Regras de seqüências 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 seqüências ou prioridades devem ser seguidas:

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

2- A molécula é orientada de modo que o átomo ou grupo de menor prioridade fique atrás do plano.

3- Desenhe as setas dos links e desenhe um círculo na direção descendente de prioridade. Se esta direção é 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 com maior prioridade, e assim por diante.

A esfera branca, a do número 4, quase sempre corresponde ao átomo de hidrogênio. Em outras palavras: o hidrogênio é o substituinte da prioridade mais baixa e a contagem é a última.

Exemplo de configuração absoluta

No compósito 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 sendo o H.

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

Características dos enantiômeros

Os enantiômeros não possuem 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 é aquiral e, portanto, não pode formar enantiômeros.

Propriedades

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

No entanto, uma propriedade que os diferencia é a capacidade de girar a luz polarizada, ou o que é a mesma coisa: cada enantiômero tem suas próprias atividades ópticas.

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

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

Adicionalmente, se as concentrações de ambos os enantiómeros (+) e (-) são iguais, a luz polarizada não se desvia da sua trajectória e a mistura é opticamente inactiva. Quando isso acontece, a mistura é chamada de mistura racêmica.

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

Exemplos

De muitos enantiômeros possíveis, temos como exemplos os três compostos a seguir:

Talidomida

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

Ao percorrer os grupos, use o sentido horário (R); no entanto, como o hidrogênio aponta para fora do plano, a configuração vista do ângulo posterior na verdade corresponde ao S, enquanto no caso da molécula à direita, o hidrogênio (a prioridade mais baixa) aponta de volta uma vez do avião.

Salbutamol e limoneno

Qual das duas moléculas é o enantiômero R: o acima ou o abaixo? Em ambas as moléculas, o carbono assimétrico está ligado ao grupo OH.

Estabelecendo a ordem de prioridades para a molécula abaixo que dá desta forma: primeiro o OH, segundo o anel aromático e terceiro o grupo CH ₂ -NH-C (CH ₃ ) ₃ .

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

Para o caso do composto (R) - (+) - limoneno e (S) - (-) - limoneno, as diferenças estão em suas fontes e odores. O enantiômero R é caracterizado por ter um odor de laranja, enquanto o enantiômero S tem um cheiro de limão.