4.6 : Moléculas com Múltiplos Centros Quirais

Moléculas que possuem múltiplos centros quirais podem produzir um grande número de estereoisômeros. Por exemplo, enquanto algumas moléculas como o 2-butanol têm um centro quiral, definido como um átomo de carbono tetraédrico com quatro substituintes diferentes ligados, várias moléculas como o butano-2,3-diol têm múltiplos centros quirais. Uma fórmula simples para prever o número de estereoisômeros possíveis para uma molécula com n centros quirais é 2ⁿ. No entanto, pode haver um número menor onde alguns dos estereoisômeros são imagens especulares sobreponíveis entre si e, portanto, representam a mesma molécula. Por exemplo, o butano-2,3-diol com os seus dois centros quirais pode ter 2², ou seja, quatro configurações possíveis. Enquanto RR e SS são imagens especulares um do outro, eles não são sobreponíveis e, portanto, são quirais. No entanto, RS e SR também são imagens especulares um do outro, mas são sobreponíveis e constituem a mesma molécula. Portanto, o butano-2,3-diol tem apenas três estereoisômeros distintos dos quatro potenciais.

Nesse contexto, a compreensão de um centro quiral em relação a uma molécula quiral é vital. Isto depende fundamentalmente da simetria molecular – seja um plano ou centro de simetria ou um eixo impróprio de simetria rotacional. Moléculas com um plano de simetria ou um centro de simetria possuem imagens especulares sobreponíveis e são, portanto, aquirais. No entanto, quando ambos estão ausentes, a molécula ainda é aquiral se a rotação do objeto em torno de um eixo criar uma imagem especular da molécula em um plano perpendicular ao eixo. Esse eixo é conhecido como eixo de rotação impróprio.

Um único centro quiral exclui a possibilidade de qualquer simetria na molécula e, portanto, moléculas com apenas um centro quiral são sempre quirais. Afirmar a quiralidade de uma molécula com múltiplos centros quirais só pode ser feito após avaliar a simetria da estrutura molecular. Moléculas com múltiplos centros quirais e uma configuração aquiral são chamadas de compostos meso. Um exemplo famoso é o ácido meso tartárico mostrado na Figura 1 (c).

Figura 1: Estruturas esqueléticas de projeção de Fischer dos enantiômeros de ácido tartárico - (a) ácido ʟ-tartárico, (b) ácido ᴅ-tartárico e (c) ácido meso-tartárico