Atividade sobre Princípios Básicos de Estereoquímica

Ministério da Educação Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri Diamantina Minas Gerais Instituto de Ciência e Tecnologia QUÍMICA TECNOLÓGICA 2 Prof Responsável Dr Marcelo Moreira de Britto ATIVIDADE 5 PRINCÍPOS BÁSICOS DE ESTEREOQUÍMICA Relações isoméricas e estereoisoméricas entre moléculas orgânicas Sistema R e S Projeção de Fischer Estereoisomerismo de compostos cíclicos Moléculas com estereocentros diferentes do carbonol Atividade ótica polarímetro e rotação específica de moléculas orgânicas Separação de enantiômeros Resolução e métodos cromatográficos Estereoquímica de compostos formados em reações químicas 1 Forneça o significado dos seguintes termos a Composto quiral e aquiral b Estereocentro c Enantiômero d Diasteroisômero e Mistura racêmica ou racemato f Composto meso g Atividade ótica h Destrorotatório ou destrogiro i Levorotatório ou levogiro j Rotação especifica 2 Qual é a relação existente entre os seguintes pares de moléculas H H3C NH2 CH3O CH3O NH2 H CH3 OCH3 CH3O OH H CH3 Cl Cl OH H CH3 Cl Cl H CH3 OH H OH CH HO CH3 H HO H CH COOH CH3 OH H CH3 COOH OH H Ministério da Educação Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri Diamantina Minas Gerais Instituto de Ciência e Tecnologia ATENÇÃO As questões 3 a 6 devem ser respondidas com base nas estruturas descritas abaixo CH3 CH2OH HO HO CH2OH CH3 HOCH2 CH3 OH HOCH2 OH OH CH3 CH2OH HO OH CH2OH H3C CH3 OH HOCH2 CH3 OH HOCH2 CH3 OH H3C HOCH2 OH CH2OH O H OH OH H H HO H HO HO H O H OH H OH H HO H HO HO H C CH3 O HO H C OH O H CH3 H3C H H C OH O C CH3 O HO H CH3 H O HO C CH3 O HO CH2OH CH3 HOCH2 H3C H H CH2Br OH HOCH2 H3C H H CH2OH Br HOCH2 H3C H H H H H H CH2OH H HOCH2 H3C H Br 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Ministério da Educação Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri Diamantina Minas Gerais Instituto de Ciência e Tecnologia 3 Qual a relação isomérica se houver existente entre os seguintes pares de compostos a 1 e 2 d 4 e 5 g 6 e 7 j 10 e 11 m 13 e 14 b 2 e 3 e 1 e 4 h 8 e 9 k 11 e 12 n 13 e 15 c 1 e 3 f 3 e 5 i 10 e 12 l 14 e 15 4 Dentre os compostos que você analisou na questão 3 existe algums que sejam oticamente inativos Justifique a sua resposta Quais são os compostos meso 5 Considere que você tenha soluções contendo compostos puros ou misturas Diga se estas soluções apresentariam ou não atividade ótica escrevendo ÓTICAMENTE ATIVA ou ÓTICAMENTE INATIVA Para cada caso justifique a sua resposta a Solução contendo apenas o composto 1 b Solução contendo apenas o composto 3 c Solução contendo mistura equimolar de 10 e 11 d Solução contendo mistura equimolar de 6 e 7 e Solução contendo mistura equimolar de 8 e 9 6 Prediga quantos estereoisômeros são possíveis para cada um dos seguintes compostos a Composto 3 b composto 5 c Composto 8 7 Quais dos seguintes compostos possui um estereoisômero que é um composto meso a 23dimetilbutano b 34dimetilexano c 2bromo3metilpentano d 13dimetilcicloexano e 14dimetilcicloexano f 12dimetilcicloexano g 34dietilexano h 1bromo2metilcicloexano Ministério da Educação Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri Diamantina Minas Gerais Instituto de Ciência e Tecnologia 8 Forneça a estrutura para todos os estereoisômeros dos seguintes compostos a 1bromo2metilbutano b 1cloro3metilpentano c 2metil1propanol d 2bromo1butanol e 3bromo3metilpentano f 3bromo2butanol g 34dicloroexano h 24dicloropentano i 24dicloroeptano j 12diclorociclobutano 9 Baseado na estrutura do 13cicloexanodiol Forneça todos os esteroisômeros do 13cicloexanodiol mostrando a configuração RS para todos os carbonos quirais e a relação entre os pares de estereoisômeros 10 Forneça a estrutura dos isômeros cis e trans para os seguintes compostos a 1etil3metilciclobutano b 34dimetil3hepteno c 1bromo4clorociclohexano d 13dibromociclobutano 11 Indique se cada uma das estruturas dadas tem configuração R ou S OH OH CHCH32 H3C CH2Br CH2CH3 CH2Br H3C CH3CH2 Cl H3C OH CH2CH3 OH Cl HO CH2Br H3C Cl a b c d e f Ministério da Educação Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri Diamantina Minas Gerais Instituto de Ciência e Tecnologia ATENÇÃO As estruturas dos compostos abaixo serão usadas para responder aos exercícios 12 e 13 12 Forneça a configuração RS para os compostos H I J K 13 Qual a relação isomérica se houver existente entre a A e B d K e L b E e F e L e M c F e G f C e D Enantiômeros diasteroisômeros isômeros conformacionais isômeros constitucionais compostos iguais não existe relação isomérica CH3O CH3O CH3 CO2H H2N CH3O CH3O CH3 NH2 HO2C N N O H O H N N O O H H CH2 HO2C CO2H CH2 HO2C CO2H CH2 CO2H HO2C HO2C CO2H HO OH H H HO2C CO2H HO H HO H HO2C CO2H HO OH H H CH3 OH CH3 HO OH CH3 OH H3C OH CH3 CH3 HO A B C D E F G H I J K L M Ministério da Educação Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri Diamantina Minas Gerais Instituto de Ciência e Tecnologia 14 Qual a relação existente entre os seguintes pares de compostos H2N CO2H CH3O CH3O H2N CO2H CH3O OCH3 H2N CO2H CH3O CH3O HO2C NH2 OCH3 CH3O HO CO2H Cl Cl HO CO2H Cl Cl HO2C CO2H H OH H H H OH H2N OH H OH H H H NH2 H OH H HO CO2H CO2H H H H2N OH HO H H H H NH2 a b c d e e Ministério da Educação Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri Diamantina Minas Gerais Instituto de Ciência e Tecnologia 15 Quais das seguintes estruturas representam moléculas idênticas um par de enatiômeros ou diasteroisômeros CH3 HO CH2CH2CH3 H CH2Br H CH3 OH CH2Br H3C CH2CH3 Cl a b c OH CH3CH2CH3 H CH3 Cl CH3CH2 CH2Br CH3 H HO CH2Br CH3 e e e d CH3CH2 H CH2OH CH3 H CH3 CH2CH3 CH2OH e HO CH3 H H Cl CH3 HO CH2CH3 H H Cl CH3 H CH3 OH Cl H CH3 HO CH3 H H Cl CH3 f g H H Cl Cl Cl H H Cl h Cl H Cl H Cl H H Cl C CH2Cl H CH3 CH3CH2 C CH2CH3 H CH2Cl CH3CH2 H Br Br H Br H H Br CH3 CH2CH3 CH3 CH3 CH3CH3 Cl Cl Cl Cl H CH3 CH3 Br CH3 H H Br Cl H CH3 H CH3 CH2CH3 H H Cl CH2CH3 CH3 CH3 i j k l m n o H Br H Br H Br Br H p Ministério da Educação Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri Diamantina Minas Gerais Instituto de Ciência e Tecnologia 16 Questões sobre atividade ótica a Uma mistura contendo 20 mL de solução 02M do composto A e 20 mL de solução 01M do composto B foi colocada em um polarímetro Foi observado um desvio da luz plano polarizada de 264o Qual a rotação ótica específica para os compostos A e B b Em um tubo de 20 cm de um polarímetro com capacidade para 100 mL de amostra foram colocados 10g do composto J e a rotação ótica observada foi de 24o Qual a rotação específica do composto J c Uma mistura contendo os compostos E e F poderia ser separada através de processos físicos convencionais destilação cristalização etc Por que d Uma mistura contendo 25 do composto I e 75 do composto J apresentaria atividade ótica Por que 17 O ácido tartárico HO2CCHOHCHOHCO2H foi um importante composto na história da estereoquímica Duas formas naturais do ácido tartárico são oticamente inativas Uma forma tem o ponto de fusão igual a 206oC e a outra forma tem ponto de fusão igual a 140oC O ácido tartárico com ponto de fusão de 206oC pode ser separado em duas formas oticamente ativas do ácido tartárico dois enantiômeros O outro ácido tartárico com ponto de fusão de 140oC não se apresenta como um par de anantiômeros Escreva as estruturas para o ácido tartárico com ponto de fusão de 140oC e para o ácido tartárico com ponto de fusão de 206oC Porque o ácido tartárico com ponto de fusão de 140oC não pode se apresentar como um par de enantiômeros 18 A ephedrina estrutura descrita abaixo um composto biologicamente ativo utilizado na medicina chinesa usado também em sprays nasais e como um descongestionante é extraído de espécies do gênero Ephedra A estrutura representada abaixo é da ephedrina levogira Baseado nesta estrutura responda OH N H CH3 Ephedrina 1 2 Ministério da Educação Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri Diamantina Minas Gerais Instituto de Ciência e Tecnologia a Dentre os diversos valores de rotação ótica específica apresentados abaixo qual seria a rotação especifica para a ephedrina levogira Configuração 1R 2S 1S 2R 1S 2S 1R 2R Ponto de fusão 40 41o C 117 118o C Rotação específica 63o 63o 52o 52o b O estereoisômero da ephedrina é a pseudoephedrina Qual seria o ponto de fusão da pseudoephedrina levorotatória Justifique c Qual seria o valor da rotação ótica observada para uma mistura equimolar dos quatro estereoisômeros Justifique d Uma mistura contendo os dois enantiômeros da pseudoephedrina foi colocada em um polarímetro A rotação específica observada foi de 22o Qual a porcentagem de cada enantiômero presente na mistura e Uma solução foi preparada misturandose 2 ml de uma solução 01 M do composto 1S 2R 4 mL de uma solução 005 M do composto 1S 2R 2 mL de uma solução 01 M do composto 1S 2R 2 ml de uma solução 005 M do composto 1R 2S A solução resultante é oticamente ativa ou inativa Qual foi a rotação específica observada f Suponha que a ephedrina seja eficiente como uma mistura de enatiômeros cuja rotação ótica observada em um polarímetro com 2 dm de comprimento seja de 25o Qual seria a composição da mistura Ministério da Educação Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri Diamantina Minas Gerais Instituto de Ciência e Tecnologia 19 A rotação observada de 20 g de um composto em 10 mL de solução em um polarimetro cujo tubo que contém a amostra mede 25 cm é de 134o Qual a rotação específica do composto 20 O ácido mandélico tem uma rotação específica de 158º Qula seria a rotação específica observada para cada uma das seguintes misturas a 25 ácido mandélico e 75 ácido mandélico b 50 ácido mandélico e 50 ácido mandélico c 75ácido mandélico e 25 ácido mandélico 21 A Rotaçãop específica do Rgliceraldeído é 87o A rotação específica observada da mistura de Rgliceraldeído e Sgliceraldeído é 14 Qual a porcentagem de gliceraldeído está presente como enantiômero R 22 Uma solução foi preparada misturando 10 mL de solução 01 M do enantiômero R e 30 mL de solução 01 M do enantiômero S A rotação específica observada foi de 48o Qual a rotação específica de cada enantiômero 23 Forneça a estrutura de todos os possíveis estereoisômeros para cada um dos seguintes compostos a 2cloro3hexanol b 2bromo4cloroexano c 23dicloropentano d 13dibromopentano 24 Uma solução foi preparada misturando 20 mL de Uma solução 05 M do enantiômero R e 50 mL de solução 01 M do enantiômero S A rotação específica observada foi de 74o Qual a rotação específica de cada enantiômero 25 A epinefrina natural 25 50o é usada clinicamente Seu enantiômero é bastante tóxico A você um farmacêutico foi dado uma solução contendo 10 g de epinefrina em 20 mL de um líquido mas a pureza ótica não foi especificada Você a coloca em um tubo de 10 cm de um polarimetro e faz uma leitura de 25º Qual a pureza ótica da amostra Baseado na resposta anterior diga se é seguro utilizala clinicamente Ministério da Educação Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri Diamantina Minas Gerais Instituto de Ciência e Tecnologia 26 Com base na série de reações abaixo responda 27 A hidrogenação catalítica do RZ2bromo34dimetil3hexeno A com paládio produz uma mistura de dois compostos B e C através da reação descrita abaixo Com base nestas informações forneça a estrutura e o nome dos produtos O que você poderia dizer sobre a atividade ótica desta mistura Seria possível separalos a a partir dos métodos de separação convencionais destilaçao recristalização etc Justifique a sua resposta COOH HO CH3 H COOH H3C OH H ácido com configuração R ácido com configuração S base enantioméricamente pura configuração S sal com configuração RS sal com configuração SS COO BASE H3C OH H COO BASE HO CH3 H COO BASE HO CH3 H COO BASE H3C OH H sal com configuração SS sal com configuração RS separação A B A B ácido com configuração S ácido com configuração R COOH H3C OH H COOH HO CH3 H HCl baseS baseS HCl a Qual o objetivo do procedimento adotado b Qual é a denominação dada à este procedimento c Porque a base em A precisa ser enantioméricamente pura d Baseado nos produtos A e B o que você poderia dizer sobre a relação existente entre estes compostos Seria possível separalos por métodos físicos convencionais Justifique a sua resposta H3C CH2CH3 CH3 CH3 Br H H2 Pd A B C Ministério da Educação Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri Diamantina Minas Gerais Instituto de Ciência e Tecnologia 28 A reação 1cloro2metilpentano com lítio em éter etílico seguida pela reação com CuI fornece o dialquilcuprato de lítio correspondente Que produto ou produtos você espera obter se este dialquicuprato de lítio reagir com R1cloro2metilbutano Forneça o nome do produto ou produtos do produtos obtidos Caso seja mais de um produto diga qual a relação esteroisoméria entre eles 29 Receptores localizados no exterior dos nervos das células do nariz por exemplo são capazes de perceber e diferenciar mais de 10000 aromas diferentes aos quais são expostos A Rcarvona é responsável pela essência de hortelã ao passo que S carvona é responsável pela essência de anis Baseado nas informações acima responda a Nomeie cada uma das estruturas indicando o efeito provocado essência por cada um dos enantiômeros b Explique o porquê enantiômeros tais como carvona tendo as mesmas propriedades físicas apresentam atividades fisiológicas completamente diferentes 30 Até recentemente a maioria dos medicamentos quirais eram preparados como misturas racêmicas e vendidos como tais Entretanto em diversos casos um dos enantiômeros destes medicamentos pode atuar como bloqueador diminuindo a atividade biológica do outro enantiômero Pior ainda um dos enantiômeros pode ter um espectro de atividade completamente diferente do outro enantiômero sendo algumas vezes tóxico Um trágico exemplo é a talidomida que foi utilizada no início da década de 60 como uma mistura racêmica O consumo de tal medicamento até então utilizado como mistura por mulheres grávidas provocou defeitos congênitos em centenas de recém nascidos CH2 H3C CH3 O CH3 O CH2 H3C A B A B CH3CH2CH2CHCH2Cl CH3 1 Li éter 2 CuI dialquilcuprato de lítio H CH3 CH3CH2 CH2Cl PRODUTO S mistura racêmica Ministério da Educação Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri Diamantina Minas Gerais Instituto de Ciência e Tecnologia Estudos subsequentes mostraram que o enantiômero Stalidomida é teratogênico causador dos defeitos ao passo que o enantiômero Rtalidomida possui propriedades sedativas Baseado nas informações acima nomeie cada uma das estruturas indicando o efeito provocado por cada um dos enantiômeros 31 Os compostos descritos abaixo com formula molecular C8H14 podem sofrer hidrogenação catalítica para fornecer um compostos oticamente ativo e oticamente inativos Baseado nestes compostos responda a Um composto oticamente ativo que sofre hidrogenação catalítica para fornecer um composto oticamente inativo Qual a estrutura do composto formado b Um composto oticamente ativo que sofre hidrogenação catalítica para fornecer uma mistura de diasteroisômeros oticamente inativos Quais são as estruturas dos compostos formados c Um composto oticamente ativo que sofre hidrogenação catalítica para fornecer um composto mesógiro Qual é a estrutura do composto formado N O O H N O O N O O H N O O A B CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 H3C CH3 H3C H3C A B C D E Ministério da Educação Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri Diamantina Minas Gerais Instituto de Ciência e Tecnologia 32 O composto descrito abaixo pode sofrer hidrogenação catalítica gerando uma mistura de decalinas monossubstituídas a Represente as estruturas em cadeira para os produtos formados b Qual dentre estes compostos deve ter o menor calor de combustão Por que c Qual a relação existente entre os produtos formados 33 São apresentadas abaixo duas reações onde uma mistura enantiomérica de um tipo de aminoácido sofre uma reação dando origem a dois compostos Com base nestas reações forneça o que se pede a b CH3 25 D composto 1 composto 2 PF 102104 7374 0C 570 299 o o Na O CH3O CH3O H2N OH O Ac2O 1 2 AcHN O CH3O CH3O AcHN O CH3O CH3O O O mistura enantiomérica de aminoácidos R S composto 1 composto 2 25 D composto 1 composto 2 PF 8082 9798 0C 169 487 o o Na O CH3O CH3O H2N OH O Ac2O 1 2 AcHN O CH3O CH3O AcHN O CH3O CH3O O O mistura enantiomérica de aminoácidos R S composto 1 composto 2 25 D composto 1 composto 2 PF 8082 8082 0C 169 169 o o 25 D composto 1 composto 2 PF 102104 0C 570o o 102104 570 Ministério da Educação Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri Diamantina Minas Gerais Instituto de Ciência e Tecnologia i Escolha o quadro que melhor representa as propriedades físicas dos compostos 1 e 2 E diga se seria possível separalos a partir de métodos físicos convencionais justificando a sua resposta ii Imagine que após a reação os produtos obtidos na reação a e b fossem submetidos à uma análise cromatográfica utilizando fases estácionarias quirais e aquirais Forneça a quantidade de frações e a quantidade de tipos de compostos em cada fração preenchendo o quadro abaixo Fase estacionária Número de frações Número de compostos em cada fração Reação a Quiral Reação b Quiral Reação a Aquiral Reação b Aquiral 35 Esta questão está diretamente relacionadas com o texto apresentado a seguir Os grupos CO em algumas classes de moléculas orgânicas podem reagir com hidretos hidrogênio com carga total ou parcial negativa formando compostos conhecidos como alcoóis Nesta reação o carbono da CO carbono carbonílico altera a natureza dos seus orbitais híbridos Nesta transformação o H pode se ligar ao carbono carbonílico por ambas as faces da molécula com a formação de uma ligação e o rompimento de outra de acordo com o esquema a seguir H O R R H H R R O H R R H O R R H HO R R OH H ataque por trás ataque pela frente Alcoól Alcoól H H i Ministério da Educagao WA C Yi Universidade Federal dos Vales do Jequitinnhonha e Mucuri ie Van s Diamantina Minas Gerais UFVJIM Ra hie ea A eae Instituto de Ciéncia e Tecnologia Na segunda etapa da reacgao o anion formado recebe um se transformando no alcool H Um reagente muito utilizado como fonte de hidretos em reagdes organicas o Hidreto de Litio e Aluminio LiAIHz A reagao descrita a seguir foi conduzida em um laboratorio de quimica organica e ilustra uma reagao envolvendo hidretos e compostos carbonilicos formando alcodis O Hidreto de Litio e aluminio LiAIH o reagente usado como fonte de hidretos OH oe tO 9 C 4 LiAIH C1 5 4 ESTEREOISOMEROS 2 H30 O Ss O R 2Hidroxi2fenilacetofenona SS 4 12Difenil12etanodiol Benzil fo 115 af 94 composto 1 D 123 Terminada a reagao uma aliquota do meio reacional foi retirada para analise e injetada em um cromatografo com uma fase estacionaria aquiral de natureza polar O cromatograma da amostra mostrado na figura 1 apresentou trés sinais relativos as substancias organicas presentes na amostra e seus respectivos tempos de retengao em minutos tempo em que a substancia permanece retida na fase estacionaria Cada sinal corresponde uma fragao devidamente separadas pelo cromatdgrafo A seguir foi determinada a rotagcao a especifica da amostra contida em cada fragao Sendo o 2 4 6 min Figura 1 Fragao 1 40 Fragao 2 25 00 Fragao 3 50 Com base nestas informagoes e nos conhecimentos previamente adquiridos responda a Por que o ataque do hidreto ao carbono carbonilico poderia ocorrer por ambas faces da molécula b Sabendose que cada sinal uma fragao contendo os compostos que saem da coluna contendo a fase estacionaria quantos compostos estariam presentes nas trés fragdes apresentadas c Qualis os compostos contidos em cada uma das fragdes Utilize a representagao de Fischer para os estereois6meros formados Ministério da Educação Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri Diamantina Minas Gerais Instituto de Ciência e Tecnologia Fração 1 Fração 2 Fração 3 Porcentagem dos composto s contidos na fração 1 Porcentagem dos composto s contidos na fração 2 Porcentagem dos composto s contidos na fração 3 d Se na fração houver mais de um composto forneça a porcentagem de cada um na amostra coloque a resposta no quadro da letra d e Apresente a conformação mais estável para os compostos contido na fração 2