ISOMERIA O QUE É ISOMERIA? ISOMERIA PLANA
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ISOMERIA O QUE É ISOMERIA? Quando se substitui um átomo de hidrogênio do etano por um átomo de cloro, pode-se obter somente uma substância, pois, qualquer que seja o hidrogênio substituído, a estrutura obtida será sempre a mesma: Porém, quando se substituem dois átomos de hidrogênio por dois átomos de cloro, obtêm-se duas substâncias diferentes, pois podem ocorrer duas possibilidades: Os dois compostos diferentes possuem os mesmos átomos, na mesma quantidade, mas apresentam estruturas diferentes. Esse é um exemplo do fenômeno denominado isomeria. O estudo da isomeria será dividido em duas partes: plana e espacial (estereoisomeria). OBSERVAÇÃO: Neste modulo, daremos ênfase a ISOMERIA PLANA OU ESTRURAL que ocorre quando podemos verificar a diferença entre os compostos isômeros através de suas fórmulas estruturais planas. Podemos classificar a isomeria plana em: Isomeria de função. Isomeria de cadeia. Isomeria de posição. Isomeria de compensação. Tautomeria. ISOMERIA PLANA Nesse tipo de isomeria, verifica-se a diferença entre os isômeros através do estudo de suas fórmulas estruturais planas. A seguir, vamos estudar os cinco casos de isomeria plana. Os principais casos de isômeros de função ocorrem entre as funções: Álcool - Éter Álcool Aromático - Fenol Aldeído - Cetona Ác. Carboxílico - Éster Os principais casos de tautomeria (tautos = dois de si mesmo) envolvem compostos carbonílicos. Ao preparar uma solução de aldeído acético, uma pequena parte se transforma em etenol, o qual, por sua vez, regenera o aldeído, estabelecendo um equilíbrio químico em que o aldeído, por ser mais estável, está presente em maior concentração. Observe os exemplos: A solução que contém os dois tautômeros é denominada alelotrópica, e ambos os equilíbrios são genericamente denominados cetoenólicos. ISOMERIA ESPACIAL Nesse tipo de isomeria a diferença entre os isomeros só é perceptível pela análise da fórmula estrutural espacial. Existem dois tipos de isomeria espacial: geométrica (cis-trans ou Z-E) e óptica. ISOMERIA GEOMÉTRICA Quando dois hidrogênios, um de cada carbono do etileno, são substituídos por dois átomos de cloro, formam-se duas estruturas diferentes com a mesma fórmula molecular: C2H2,C2). As fórmulas estruturais podem ser feitas da seguinte forma: As diferentes disposições espaciais dos átomos provocam alterações nas propriedades físicas desses compostos, como, por exemplo, na temperatura de ebulição, isso porque tais mudanças acarretam diferença de polaridade das moléculas. Ocorrência de Isomeria geométrica Compostos acíclicos Os compostos acíclicos devem apresentar pelo menos uma dupla ligação entre carbonos, e cada um dos carbonos da dupla deve apresentar grupos ligantes diferentes. De acordo com o esquema: Vejamos alguns exemplos: Ex1: 2- penteno Ex2: 2-bromo-1-cloropropeno Neste caso, os dois isômeros geométricos não podem ser identificados pelos prefixos cis e trans, pois não apresentam nenhum ligante igual nos dois carbonos da dupla ligação. Em tais casos, devemos utilizar as designações E e Z. O isômeros Z é aquele que apresenta dois ligantes de cada C da com os maiores números atômicos; O outro isômero será o E. No exemplo dado, temos: Observação: Em alguns exames vestibulares, o critério de ligantes com maior número atômico do mesmo lado do plano é usado para caracterizar o isômero cis, sendo o outro isômero considerado trans. Compostos cíclicos Os compostos cíclicos devem apresentar grupos ligantes diferentes em pelo menos dois carbonos do ciclo. De acordo com o esquema: Vejamos um exemplo: ISOMERIA ÓPTICA A isomeria óptica esta associada ao comportamento das substâncias submetidas a um feixe de luz polarizada (um só plano de vibração) obtida quando a luz natural, não-polarizada (infinitos planos de vibração), atravessa um polarizador. Algumas substâncias têm a propriedade de desviar o plano de vibração da luz polarizada e são denominadas opticamente ativas. Essa propriedade caracteriza os compostos que apresentam isomeria óptica. O desvio do plano de vibração pode ocorrer em dois sentidos: a) desvio para o lado direito = isômero dextrogiro (d); b) desvio para o lado esquerdo = isômero levogiro (). Esse desvio é determinado experimentalmente por um aparelho denominado polarímetro, esquematizado a seguir: Isomeria óptica e assimetria molecular A condição necessária para a ocorrência de isomeria óptica é que a substância apresente assimetria. CONCEITO DE SIMETRIA Dizemos que uma estrutura é simétrica quando ela apresenta pelo menos um plano de simetria, isto é, quando pode ser dividida em duas metades idênticas. Uma estrutura simétrica, quando colocada diante de um espelho plano, produz uma imagem idêntica a ela. Observe o exemplo abaixo: Estruturas que não denominadas assimétricas. admitem nenhum plano de simetria são Quando colocadas diante de um espelho plano, as estruturas assimétricas produzem imagens diferentes de si próprias. Uma característica importante dessas estruturas é que elas não são sobreponíveis. O caso mais importante de assimetria molecular ocorre quando existir, na estrutura da molécula, pelo menos um carbono assimétrico ou quiral (do grego cheir = mão) - Para que um átomo de carbono seja assimétrico, deve apresentar quatro grupos ligantes diferentes entre si. Na fórmula estrutural, o carbono quiral é indicado por um asterisco (*) - Genericamente, temos: O ácido láctico, encontrado tanto no leite azedo quanto nos músculos, apresenta a• seguinte fórmula estrutural. A presença de 1 carbono assimétrico (1 C*) determina a existência de dois isômeros opticamente ativos: o ácido d-láctico e o ℓ -láctico, que são química e fisicamente iguais e fisiologicamente diferentes, provocando o mesmo desvio angular, porém em sentidos opostos. Um par de isômeros opticamente ativos [(d) e (ℓ)], os quais apresentam o mesmo ângulo de desvio, são denominados antípodas ópticos ou enantiomorfos. Sua mistura em quantidades eqüimolares resulta numa mistura opticamente inativa, denominada mistura racêmica, conhecida também como isômero racêmico [(dℓ) ou (r)]. Observação: A única maneira de saber se um isômero óptico é dextrogiro (d) ou levogiro (ℓ) consiste em utilizar um polarímetro. É impossível obter tal informação mediante a simples análise da fórmula estrutural do isômero. Assim, tomando-se o exemplo do ácido láctico, temos: Quantidade de carbonos assimétricos e número de isômeros ópticos Moléculas com um carbono quiral (C*) O exemplo dado permite concluir que para um carbono assimétrico ou quiral temos: Moléculas com vários carbonos assimétricos diferentes A maneira mais prática de determinar a quantidade de isômeros opticamente ativos e inativos de uma substância é utilizar as expressões matemáticas propostas por Van’t Hoff e Le Bel: Veja o exemplo: n = número de carbonos assimétricos diferentes = 2 Quaisquer outros pares (d1 e d2; d1 e 2; d2 e 1; 1 e 2) são denominados diastereoisômeros. Moléculas cíclicas A isomeria óptica ocorre também em compostos cíclicos, em função da assimetria molecular. Embora nessas moléculas não existam carbonos assimétricos (C*), para determinar o número de isômeros, deve-se considerar sua existência. Para isso, devemos levar em conta os ligantes fora do anel e considerar como ligantes as seqüências no sentido horário e anti-horário no anel. Vejamos um exemplo: O carbono (C3) não pode ser considerado um carbono assimétrico, pois apresenta ligantes iguais. Logo, pode-se considerar que essa molécula apresenta 2 C* diferentes. Em compostos cíclicos, após determinar o número de carbonos que funcionam como C*, pode-se determinar o número de isômeros ópticos, como nos compostos alifáticos, usando expressões matemáticas. Neste exemplo, temos:
