Quiralidade: o que é e exemplos

A quiralidade é uma propriedade geométrica que um objeto pode ter duas imagens: um direito e um esquerdo, que não são intercambiáveis; isto é, são espacialmente diferentes, mesmo que o restante de suas propriedades seja idêntico. Diz-se simplesmente que um objeto que exibe quiralidade é “quiral”.

A mão direita e a esquerda são quirais: uma é o reflexo (imagem em espelho) da outra, mas elas não são as mesmas, pois ao colocar uma em cima da outra, seus polegares não coincidem.

Quiralidade: o que é e exemplos 1

Fonte: Gabriel Bolívar

Mais do que um espelho, para saber se um objeto é quiral, a seguinte pergunta deve ser feita: possui “versões” para os lados esquerdo e direito?

Por exemplo, uma mesa para canhotos e uma mesa para destros são objetos quirais; dois veículos do mesmo modelo, mas com o volante à esquerda ou à direita; um par de sapatos, como os 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 algumas moléculas com geometria tetraédrica. Mesmo se a da esquerda for girada e as esferas azul e roxa forem tocadas, as marrons e as verdes “parecerão” fora do avião.

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 (R) ou (S) de Cahn-Ingold-Prelog, ou à propriedade óptica dessas substâncias quirais para 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. Que característica marcante tem o par de moléculas na imagem acima?

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

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

Diz-se então que na estrutura existe um centro de quiralidade ou centro estereogênico . Onde houver, haverá um par de estereoisômeros conhecido como enantiômeros .

As duas moléculas da imagem são enantiômeros. Quanto maior o número de centros de quiralidade 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 metal.

Exemplos de quiralidade

O centro quiral 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 que nos modelos 3D deixam em evidência uma imagem espelhada que não pode ser sobreposta.

Para essas estruturas, diz-se então 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 poder diferenciar um estereoisômero de outro.

Axial

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Fonte: Jü [CC0], do Wikimedia Commons

Na imagem acima, os compostos podem parecer planos à primeira vista, mas na verdade não são. À esquerda está a estrutura geral de um aleno, onde R denota os quatro substituintes diferentes; e à direita, a estrutura geral de um composto bifenil.

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Eles são o fim em que R 3 e R 4 podem ser exibidas como uma mentira “barbatanas” perpendicular ao plano em que R 1 e R 2 .

Se um observador analisa tais moléculas de posicionamento do olho a partir do primeiro carbono ligado a R 1 e R 2 (de aleno), verá R 1 e R 2 para o lado esquerdo e direito, e R 4 e R 3 e para cima e para baixo.

Se R 3 e R 4 permanecem fixos, mas são alteradas R 1 para a direita, e R 2 para a esquerda, então você tem uma outra versão “espaço”.

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

Parafusos de anel ou helicóptero

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Fonte: Sponk [Domínio público ou Domínio público], do Wikimedia Commons

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

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

Portanto, para discernir de um enantiômero de outro, essas moléculas devem ser observadas de cima (de preferência).

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

Planar

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

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

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Fonte: Anypodetos, autor do arquivo PNG original: EdChem [CC0], do Wikimedia Commons
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Por exemplo, no ferroceno na imagem acima, os anéis que “combinam” com o átomo de Fe não mudam; mas a orientação espacial do anel com o átomo de azoto e o grupo -N (CH 3 ) 2 .

Na imagem do grupo de -N (CH 3 ) 2 aponta para a esquerda, mas o seu ponto de enantiómero para a direita.

Outros

Para macromoléculas ou com estruturas únicas, o panorama começa a se simplificar. Porque Porque, a partir de seus modelos 3D, pode ser visto como um pássaro se eles são quirais ou não, como é o caso dos objetos nos exemplos iniciais.

Por exemplo, um nanotubo de carbono pode mostrar padrões de curva à esquerda e, portanto, é quiral se existir um idêntico, mas com curvas à direita.

O mesmo vale para outras estruturas onde, apesar de não ter centros quirais, o arranjo espacial de todos os seus átomos pode assumir formas quirais.

Fala-se então de uma quiralidade inerente, que não depende de um átomo, mas do todo como um todo.

Uma maneira quimicamente contundente de diferenciar a “imagem esquerda” da imagem à direita é através de uma reação estereosseletiva; isto é, um 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: chemistryexplained.com
  4. Steven A. Hardinger e Harcourt Brace & Company. (2000) Estereoquímica: Determinando Quiralidade Molecular. 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 Achirais. Recuperado de: science.oregonstate.edu

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