Molécula com um carbono assimétrico e isômeros ópticos


A existência de carbonos assimétricos foi sugerida em 1874, por Jacobus Henrique van’t Hoff (1852-1911) e Joseph Achille le Bel (1847-1930), químicos holandês e francês, respectivamente. Apesar de trabalharem separadamente, chegaram à mesma conclusão ao mesmo tempo. Ambos demonstraram a possível existência da assimetria de carbonos através de teorias matemáticas. Contudo, não foram bem aceitos pela comunidade científica.

Um dos maiores críticos da dupla foi o famoso químico alemão Adolph Wilhelm Kolbe (1818-1884), que focou sua crítica principalmente em van’t Hoff. Kolbe não viveu o tempo suficiente para ver van’t Hoff receber o Nobel em 1901, sendo o primeiro químico a ser contemplado com o prêmio. A existência de um carbono assimétrico foi comprovada mais tarde.

Um pouco antes dessa descoberta, Jöns Jacob Berzelius (1779 – 1848) e Friedrich Wöhler (1800 – 1882) observaram que a ureia, e o cianeto de amônio que foi utilizado para prepará-la, possuíam elementos em quantidades iguais: N2H4CO. Eles perceberam que, apesar disso, as propriedades químicas e físicas das substâncias eram diferentes. Ao propor Berzelius que, apesar da composição de elementos, a disposição dos átomos em cada composto eram diferentes, ele deu a origem do conceito de isomeria.

Molécula com um carbono assimétrico

O que melhor define um isômero é seu próprio termo. A palavra deriva dos radicais gregos “iso”, que significa “igual”, e “meros”, que significa “diferentes”. Ou seja, isômeros são compostos de igual fórmula molecular, mas que são diferentes. Quando observamos duas ou mais substâncias de propriedades químicas e físicas diferentes, com a mesma fórmula molecular, temos diante de nós o fenômeno da isomeria.

Experiências erradas com isômeros ocasionaram muitos problemas no final da década de 1950. Após alguns estudos, cientistas resolveram utilizar um isômero em medicamentos tranquilizantes e soníferos para mulheres gestantes. Isso acontece porque foi observado que ele apresentava algumas propriedades sedativas. O problema é que enantiômeros acabaram sendo misturados ao medicamento ingerido pelas grávidas. O isômero em questão é teratogênico, o que fez com que as gestantes dessem à luz aos bebês com pés, mãos, braços e pernas atrofiados.

Molécula assimétrica e carbono assimétrico

Um objeto simétrico é aquele cujas partes que a dividem são idênticas. Ele possui pelo menos um plano de simetria. Estamos rodeados de objetos de uso cotidiano simétricos, como, por exemplo, um copo americano. Se fosse possível cortá-lo ao meio, teríamos duas partes exatamente iguais. Ao colocar uma dessas partes de frente a um espelho plano, a imagem refletida se uniria à metade do copo na produção de uma imagem idêntica à do copo original.

De modo oposto, aquelas estruturas que não permitem que haja um plano simétrico são chamadas de “assimétricas”. Também há inúmeros exemplos dessas estruturas no cotidiano. Por exemplo, um sapato. Ele não reproduziria uma imagem idêntica num espelho plano, porque o pé direito resultaria numa imagem refletida de um esquerdo, e vice-versa. O molde do sapato não possui idêntica forma nos seus planos opostos. Estruturas assimétricas não são sobreponíveis.

Obviamente, a mão humana também é um exemplo assimétrico. É por isso que chamamos o carbono assimétrico de “carbono quiral”, pois essa palavra vem do grego “khéir”, que significa “mão”.

Molécula com um carbono assimétrico e isômeros ópticos

Quando dois ou mais compostos se diferenciam no que diz respeito à atividade óptica (o que acontece pela mudança do plano de luz polarizada), mas, mesmo assim, possuem a fórmula molecular igual, acontece o que se chama de isomeria óptica.

Existem alguns fatores determinantes para a atividade óptica acontecer. Uma das características que determinam essa atividade é a molécula com um carbono assimétrico. Para descobrir isso, basta verificar se ela possui ao menos um átomo de carbono assimétrico ou quiral. A característica que define se o átomo possui tais qualidades é o modo como são formados os ligantes. Eles precisam ser diferentes entre si para que tenhamos um exemplo de átomo de carbono assimétrico, por exemplo. Os ligantes exteriores ao anel e os ligantes em sentido horário e anti-horário no anel devem ser observados nos compostos cíclicos.

Quando, por exemplo, quatro ligantes dentro de uma estrutura complexa são diferentes entre si, temos uma molécula com um carbono assimétrico. Dessa forma, o composto possuirá dois isômeros ópticos ativos, que não são sobreponíveis, e cuja imagem especular é igual entre si.

Veremos a seguir que uma molécula com um carbono assimétrico sempre terá:

* 2 isômeros ópticos ativos (dextrogiro e levogiro);
* 1 isômero óptico inativo (mistura racêmica);

O isômero chamado de mistura racêmica tem uma formação composta de 50% do isômero dextrogiro e 50% do isômero levogiro. Ele não desvia o plano de luz polarizada, sendo um isômero opticamente inativo. As moléculas de um carbono possuem, então, dois isômeros ópticos ativos e a mistura racêmica, que é inativa.

A mistura racêmica tem a característica de ser opticamente inativa por compensação externa. Isso acontece porque cada um deles, o dextrogiro e o levogiro, anulam o efeito um do outro, já que provocam desvios de igual valor.