1. MAPA PILOTO Introdução à Ánalise Conformacional
1.1. Ligação Sigma e Rotação das Ligações
1.1.1. Barreira Torsional
1.1.1.1. Oscilação das Conformações alternadas e quase alternadas
1.1.1.2. Giro de conformação eclipsada para alternada
1.1.2. Conformações, confôrmeros e análise conformacional
1.1.2.1. As formas moleculares temporárias que resultam de uma rotação são chamadas de CONFORMAÇÕES da molécula.
1.1.2.2. Cada estrutura possível é chamada de confôrmero.
1.1.2.3. Uma análise das variações de energia que ocorrem em uma molécula que sofre rotações em torno de ligações simples é chamada de ANÁLISE CONFORMACIONAL.
1.1.3. Projeção de Newman
1.1.3.1. Fórmula de representação em cavalete
1.1.3.1.1. As representações em cavalete são muito parecidas com as fórmulas tridimensionais de traços e cunhas.
1.1.3.2. Fórmula de projeção de Newman
1.1.3.2.1. Alternada
1.1.3.2.2. Eclipsada
1.1.3.2.3. Dependendo do ângulo que você vê a molécula poderá mostrar a fórmula de projeção de Newman para a conformação alternada.
1.2. Análise Conformacional do Butano
1.2.1. Estereoisômeros: Fórmulas e conectividades iguais, porém arranjos diferentes.
1.2.2. Estereoisômeros Conformacionais: Relacionados uns com os outros por rotações de ligação.
1.2.3. Tensão Torsional
1.2.3.1. Conformação Gauche
1.2.3.1.1. Os grupos metila nas conformações Gauche III e V estão suficientemente perto uns dos outros, de modo que as forças de dispersão entre eles são repulsivas, ou seja, as nuvens de elétrons dos dois grupos estão tão próximas que elas se repelem. Tem mais energia que a conformação anti.
1.2.3.2. Conformação Anti
1.2.3.2.1. Conformação mais estável
1.2.3.2.2. A conformação anti não tem tensão torsional devido ao impedimento estérico porque os grupos estão alternados e os grupos metilas estão bem afastados.
1.2.4. Os fatores envolvidos nessa barreira de rotação são, no conjunto, chamados de TENSÃO TORSIONAL e incluem as interações repulsivas entre as nuvens de elétrons dos grupos ligados, chamadas de IMPEDIMENTO ESFÉRICO.
1.3. Estabilidade Relativa dos Cicloalcanos Tensão do Anel
1.3.1. Ciclopropano e ciclobutano são menos estáveis
1.3.1.1. Ciclopropano: A tensão angular existe em um anel de ciclopropano porque os orbitais SP3 dos átomos de carbono não podem se sobrepor de forma tão eficaz.
1.3.1.2. Ciclobutano: O ciclobutano também tem considerável tensão angular. O anel do ciclobutano não é plano, mas um pouco "dobrado".
1.3.2. Tensão torsional: É o resultado de forças de dispersão que não podem ser dissipadas devido à mobilidade conformacional restrita.
1.3.3. Tensão angular: É o resultado do desvio de ângulos de ligações ideais provocado por limitações estruturais inerentes (tais como o tamanho do anel).
1.3.4. Ciclo-hexano é mais estável do que os outros cicloalcanos ele tem várias conformações.
1.3.4.1. A conformação do ciclo-hexano mais estável é a conformação em cadeira, não há tensão torsional ou tensão angular na forma cadeira do ciclo-hexano.
2. MAPA 3 Estereoquímica: Atividade ótica, formas racêmicas, excessos enantiomérico e importância dos compostos biológicos dos compostos quirais
2.1. Propriedades dos Enântiomeros: Atividade ótica.
2.1.1. Luz plano-polarizada: A luz é um fenômeno eletromagnético. Um feixe de luz é constituído por dois campos oscilantes, mutualmente perpendiculares: um campo el´trico e um campo magnético.
2.1.1.1. Uma propriedade, facilmente observável, que distingue cada enantiômero de um par, é seu comportamento frente a luz plano-polarizada. Quando um feixe de luz plano-polarizada passa através de um enantiômero, ocorre uma rotação do plano de polarização.
2.1.1.1.1. Polarímetro: Instrumento usado para medir o efeito de compostos opticamente ativos sobre a luz plano-polarizada.
2.1.2. Cada enantiômeros de um par de enantiômeros apresenta um comportamento diferente apenas quando interage com substâncias quirais.
2.1.2.1. Enantiômeros também apresentam velocidades de reação diferentes com outras moléculas.
2.1.2.1.1. Enantiômeros desviam da luz plano-polarizada da mesma quantidade de graus em sentidos opostos no desvio da luz plano-polarizada: Dextrorrotatório (+) desvio no sentido horário. Levorrotatório (-) desvio no sentido anti-horário.
2.2. Formas Racêmicas:
2.2.1. É uma mistura equimolar de dois enantiômeros.
2.2.2. Dizemos que uma substância opticamente ativa quando a sua estrutura molecular constituída por um enantiômero é denominada enantiomericamente pura ou que tem excesso enantiomérico de 100%
2.2.3. A forma racêmica de uma amostra é designada como +/-
2.2.4. Uma mistura racêmica é definida como uma mistura de dois enantiômeros, com quantidades iguais, sendo um dextrógiro (d-) o outro levógiro(l-).
2.3. Fármacos Quirais:
2.3.1. São fármacos que contêm um único enantiômero em vez de um racemato.
3. MAPA 1 CONFÔRMEROS E ANÁLISE CONFORMACIONAL
3.1. Conformações do Ciclo-hexano: em cadeira e em barco
3.1.1. Conformação em cadeira é mais estável e não há tensão torsional ou angular
3.1.1.1. Oscilação do anel: Quando um anel do ciclo-hexano sofre uma mudança conformacional cadeira-cadeira (uma oscilação do anel), todas as ligações que eram axiais se tornam equatoriais e todas as ligações equatoriais se tornam axiais.
3.1.1.2. Ligações axiais: As ligações axiais do ciclo-hexano são perpendiculares ao plano médio do anel. Existem três ligações axiais em cada face do anel do ciclo-hexano, e suas orientações (para cima ou para baixo) se alternam de um carbono para o próximo.
3.1.1.3. Ligações equatoriais: As ligações equatoriais do ciclo-hexano são aquelas que se estendem a partir do perímetro do anel. As ligações equatoriais se alternam em suas orientações (ligeiramente acima e ligeiramente abaixo) e um carbono para o próximo.
3.1.2. Conformação em barco não tem tensão angular mas tem tensão torsional
3.1.2.1. A conformação em barco do ciclo-hexano é formada "invertendo-se" uma extremidade da forma cadeira para cima (ou para baixo). Essa "inversão" requer somente rotações em torno de ligações simples carbono-carbono.
3.2. Ciclo-hexanos substituídos: grupos de hidrogênios axiais e equatoriais
3.2.1. A formação em cadeira de um anel do ciclo-hexano tem duas orientações distintas para as ligações que se projetam do anel. Essas são chamadas de axial e equatorial.
3.2.1.1. Ligações axiais: Ramo de ligação para cima e para baixo.
3.2.1.2. Ligações equatoriais: Ramo de ligação ligeiramente acima e abaixo.
3.3. Cicloalcanos dissubstituídos: ISOMERISMO CIS-TRANS
3.3.1. A presença de dois substituintes em diferentes carbonos de um cicloalcano permite a possibilidade de isomerismo cis-trans.
3.3.1.1. Cis: Os grupos ligantes iguais ficam do mesmo lado do plano espacial.
3.3.1.2. Trans: Os grupos ligantes ficam de lados opostos do plano espacial.
4. MAPA 2 INTRODUÇÃO À ESTEREOQUÍMICA, INTRODUÇÃO AOS COMPOSTOS QUÍRAIS
4.1. Quiralidade e Estereoquímica
4.1.1. Quiralidade: É uma propriedade importante relacionada à simetria da molécula.
4.1.1.1. Quiral: quando o objeto não é sobreponível a sua imagem especular.
4.1.1.1.1. Exemplos: Mão, pé, luvas, sapatos, etc.
4.1.1.2. Aguiral: Quando o objeto e sua imagem especular são idênticas e são sobreponíveis um sobre o outro.
4.1.1.2.1. Exemplos: Esfera, cubo, copo, etc.
4.2. Isomerismo: Isômeros Constitucionais e Estereoisômeros
4.2.1. Isomerismo: É um fenômeno que ocorre quando duas ou mais substâncias diferentes possuem a mesma fórmula molecular, mas diferentes propriedades e fórmulas estruturais.
4.2.1.1. Isômeros Constitucionais: São isômeros cujos átomos t~em conectividades diferentes e mesma fórmula molecular.
4.2.1.2. Estereoisômeros: São isômeros que têm a mesma conectividade, mas que diferem no arranjo de seus átomos no espaço.
4.2.1.2.1. Diastereoisômeros: São estereisômeros que não são imagens especulares uma da outra.
4.2.1.2.2. Enantiômeros: São estereoisômeros que são imagens especular não sobreponíveis.
4.3. Enantiômeros e Moléculas Quirais
4.3.1. Molécula quiral: quando não é sobreponível a sua imagem especular.
4.3.1.1. Pode existir como um par de enantiômeros.
4.3.1.2. Centros de quiralidade são frequentemente marcados com asterisco (*)
4.3.2. Molécula aquiral: quando sua imagem é idêntica e é sobreponível.
4.3.2.1. Não existem enantiômeros para moléculas aquirais.
4.4. Moléculas Contendo um centro de quiralidade são quirais
4.4.1. Um centro de quiralidade é um átomo de carbono tetraédrico ligado a quatro grupos diferentes.
4.4.1.1. A presença de um único centro de quiralidade de uma molécula garante que a molécula é quiral e que formas enantioméricas são possíveis.
4.4.1.1.1. Moléculas contendo mais do que um centro de quiralidade também pode existir como enantiômeros, mas somente se a molécula não for sobreponível a sua imagem especular.
4.5. Mais sobre a importância biológica da quiralidade.
4.5.1. A quiralidade também influencia nos nossos sentidos, paladar e olfato. A ingestão de alimentos constituídos, predominantemente, por moléculas de imagem especular oposta à natural nos levaria à inanição, porque as enzimas em nosso organismo são quirais e reagem, preferencialmente, com a forma da imagem especular natural de seus substratos.
4.5.2. Fármacos Quirais: A maioria dos fármacos são quirais, normalmente, só uma das formas de imagem especular de um fármaco fornece o efeito desejado, pois se outra imagem o efeito do fármaco pode ser: inativa, menos ativa, pode apresentar efeitos colaterais severos ou ser tóxico.
4.6. Como testar a quiralidade: Plano de Simetria.
4.6.1. Plano de Simetria
4.6.1.1. Um plano de simetria (também denominado plano especular) é um plano imaginário que corta uma molécula ao meio de tal modo que as duas metades da molécula são imagens especulares uma da outra.
4.6.1.2. Todas as moléculas que possuem um plano de simetria em suas conformações mais simétricas são aquirais.
4.6.1.3. Uma molécula não será quiral se ela possui um plano de simetria interno.
5. MAPA 4 REAÇÕES Organicas
5.1. Reações de Substituição Nucleofílica
5.1.1. Reações de Substituição
5.1.1.1. Nucleófilo
5.1.1.1.1. É sempre uma base de Lewis e pode ser carregado negativamente ou neutro.
5.1.1.1.2. Nucleófilo em potencial é qualquer um negativo ou uma molécula com par de elétrons não compartilhados.
5.1.1.1.3. É um reagente que procura um centro positivo.
5.1.1.2. Grupo de saída
5.1.1.2.1. É sempre um espécie que carrega um par de elétrons quando sai, geralmente é um ânion haleto.
5.1.2. Mecanismo SN1
5.1.2.1. Significa a substituição nucleofílica, apenas uma espécie está envolvida no estado de transição que controla a velocidade.
5.1.2.2. Reação do Cloreto de Terc-Butila com o Íon Hidróxido: Uma reação SN1
5.1.2.2.1. Reações em várias Etapas e Etapa Determinante da Velocidade (série de etapas se for intrinsecamente mais lenta a velocidade será basicamente a mesma).
5.1.2.3. Um Mecanismo para Reação SN1
5.1.2.3.1. Formam-se dois intermediários distintos. Etapa Lenta e Etapa determinante de velocidade.
5.1.2.4. Carbocátions
5.1.2.4.1. A Estrutura dos Carbocátions: São planos triangulares.
5.1.2.5. A Estereoquímica das Reações SN1
5.1.2.5.1. Reações que envolvem Racemização: Ocorre sempre que a reação faz com que moléculas quirais sejam convertidas em um intermediário aquiral.
5.1.2.5.2. Solvólise
5.1.3. Mecanismo SN2
5.1.3.1. Cinética de uma reação de substituição nucleofílica
5.1.3.1.1. É a velocidade de uma reação e pode ser medida experimentalmente.
5.1.3.1.2. Ordem de Reação
5.1.3.2. Um mecanismo para reação SN2
5.1.3.2.1. De acordo com o mecanismo o nucleófilo se aproxima por trás do carbono que contém o grupo de saída, isto é do lado diretamente oposto a esse grupo.
5.1.3.3. Teoria do Estado de Transição; Diagrama de Energia Livre
5.1.3.3.1. Exergônica: É uma reação que ocorre com energia livre negativa (libera energia).
5.1.3.3.2. Endergônica: É uma reação que ocorre com uma variação de energia livre positiva (absorve energia).
5.1.3.3.3. Temperatura e Velocidade de reação : Com altas temperaturas aumenta a velocidade das reações SN2
5.1.3.4. A Estereoquímica das Reações SN2
5.1.3.4.1. Causa uma inversão de configuração no carbono do substrato
6. MAPA 5 Reações Orgânicas Reações de Eliminação, Oxidação e Redução
6.1. Reação de Eliminação - Mecanismos E1 e E2
6.1.1. E2 - Mecânismo concertada, que é a eliminação Bimolecular, onde a retirada do hidrogênio pela base, ela e simultaneamente a formação de uma ligação dupla, sendo uma etapa lenta com a participação do substrato e da base.
6.1.1.1. Reação E2 é Bimolecular na etapa determinante da velocidade.
6.1.1.2. Carbocation: É formado pelo grupo de saída do halogênio.
6.1.2. E1 - É semelhante o que acontece no SN1, vamos ter primeiro a saída do halogênio e depois a retirada do hidrogênio o grupo de saída forma um carbocátion.
6.1.2.1. Reação E1 é Unimolecular na etapa determinante da velocidade.
6.1.2.2. Observação: Pode acontecer uma competição entre a reação pelo mecanismo de substituição SN1 ou pelo mecanismo E1, isso porque tem mistura de produtos.
6.2. Reação de Eliminação - Substituição versus Eliminação
6.2.1. Substituição com haletos primários SN2 é favorecida.
6.2.2. Eliminação em haletos secundários E2 é favorecido devido ao impedimento espacial.
6.2.3. Fatores que afetam a velocidade das reações SN1 ou SN2
6.2.3.1. A estrutura do substrato: Dependendo da natureza da molécula na qual iremos reagir ou queremos fazer uma substituição influenciará na velocidade.
6.2.3.1.1. No substrato SN2: Teremos carbono metila, primário, secundário e terciário(não reage). Em um desses carbonos terá um grupo de saída ligado, o qual queremos tirar para colocar um nucleófilo no lugar.
6.2.3.2. Concentração/ reatividade do nucleófilo (SN2): Importante no SN2 que o nucleófilo participa da etapa lenta da reação influenciando na velocidade e na concentração deste nucleófilo a sua reatividade vai influenciar na velocidade.
6.2.3.3. Efeito do solvente:
6.2.3.3.1. Solvente polar é aquele em que a molécula te polaridade.
6.2.3.3.2. Solvente prótico é aquele que possui hidrogênio e este deve estar ligado a um átomo eletronegativo. Ex.: H20
6.2.3.3.3. Quando tem diferentes nucleófilos acompanhando numa mesma família. Ex.: Halogênio. Quanto maior o raio, tamanho do átomo, maior a força, mais nucleofilico ele será. Também podemos observar que quando aumenta a nucleofilicidade, se vê ao contrário o aumento da basicidade para solventes próticos. Ex.: Flúor tem basicidade maior e faz ligações fortes com hidrogênio, enquanto o iodo faz ligações mais fracas e vai fazer uma reação de substituição com muito mais facilidade.
6.2.3.4. Natureza do grupo de saída: Geralmente sai na forma de um anion e tende a ser mais estável possível, ou seja fraco e básico.
6.3. Reações de Eliminação - Síntese de Alcenos
6.3.1. Os Alcenos podem ser obtidos por: Desidroalogenação Desidratação Desbromação Sempre por eliminação E1 ou E2
6.3.2. Os Alcinos se forma basicamente quando tiver dois grupos de saída.
6.4. Adição e oxidação de Alcenos
6.4.1. Onde temos uma molécula diatômica, que se adiciona a uma ligação dupla, ao fazer isso acaba se consumindo a ligação dupla e cada um dos átomos dessa molécula que se adicionou acaba entrando em cada um dos carbonos.
6.5. Adição e oxidação de Alcinos
6.5.1. Alcinos se formam basicamente quando tiver dois grupos de saída.
6.6. Regra de Markovnikov
6.6.1. O hidrogênio se adiciona sempre ao carbono com mais hidrogênio; pois o carbocation secundário é mais estável então o hidrogênio sempre no carbono da ponta.
6.6.2. Adição anti-Markovnikov:
6.6.2.1. Quando o hidrogênio entra no carbono secundário e o OH entra no primário.
6.7. Clivagem oxidativa
6.7.1. Clivagem é uma quebra na ligação feito a quente e forma duas novas moléculas se tiver carbonos ligados, e se fizer clivagem em um composto cíclico gera uma molécula com dois grupos funcionais.
6.8. Oxidação e redução dos compostos
6.8.1. Oxidação é quando acrescentamos oxigênio a uma molécula ou quando retiramos hidrogênio.
6.8.2. Redução é quando acrescentamos hidrogênio a uma molécula ou retiramos oxigênio.
6.9. Tabela de mecanismo para diferentes condições de carbono primário, secundário e terciário.
6.9.1. CH3Xmetila = SN2
6.9.1.1. Haleto de metila não nem primários, são grupos CH3 (cloreto de metila, brometo de metila, iodeto de metila... só fazem reação SN2
6.9.2. RCH2X primário = SN2 mas se a base for volumosa e E2
6.9.2.1. Carbonos primários têm tendencia a fazer reações SN2, mas se a base for volumosa pode ser por E2.
6.9.3. R - CHR - X secundário= base fraca: SN2 base forte: E2
6.9.3.1. Nesse caso o que prepondera é a força e não necessariamente o tamanho. *Bases fracas vão ser melhores nucleófilos e temos mecanismo SN2. *Bases fortes vão conseguir retirar hidrogênio com mais facilidade e o mecanismo será E2.
6.9.4. R - CR - R terciário= solvólise SN1/ E1 T: baixa SN1 T: alta E1
6.9.4.1. Nas estruturas terciarias nunca ocorre SN2. Mas por outro lado tem terá facilidade de formar carbocation principalmente quando tem solvólise(solvente como sendo nucleófilo da reação). Quando tem solvólise terá uma competição entre o mecanismo SN1 e o mecanismo E1. *Em temperaturas mais baixas prepondera SN1 *Em temperaturas altas a eliminação vai preponderar. No caso de utilizar um base forte sempreserá E2