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ISOMERIA
Prof.: Renê Machado
Isomeria
Este fenômeno ocorre com duas ou mais substâncias
orgânicas diferentes que apresentam a mesma fórmula
molecular.
Ex. com a fórmula C3H6O, tem-se os compostos:
CH3 – C – CH3
||
O
(propanona)
e
CH3 – CH2 – C – H
||
O
(propanal)
que pertencem a funções diferentes.
Existem vários isômeros, que se dividem em dois tipos:

Isomeria plana: compostos que apresentam diferença
na fórmula estrutural plana.

Isomeria espacial: composto que apresentam igual
fórmula estrutural plana e diferentes fórmulas estruturais
espaciais.
1)
Isomeria plana
Existem varias formas de isomeria plana:





De cadeia
De posição
De função ou funcional
De compensação ou metameria
De tautomerização ou tautomeria
a) Isomeria de cadeia
Ocorre em compostos, que pertencem a mesma função
orgânica e diferem na cadeia principal.
Ex. C4H10
CH3 – CH2 – CH2 – CH3
CH3 – CH – CH3
|
CH3
(butano)
(metil - propano)
Ambos são hidrocarbonetos, porém diferem na cadeia
principal, onde uma tem 4 carbonos (sendo normal) e a outra tem
3 carbonos (sendo ramificada).
Ex. C4H8
CH3 – CH2 – CH = CH2
CH2 – CH2
|
|
CH2 – CH2
( 1-buteno)
( ciclo butano )
Ambos são hidrocarbonetos, porém diferem na cadeia
principal, onde uma tem 4 carbonos (sendo fechada e
insaturada) e a outra também tem 4 carbonos (sendo aberta
e saturada).
Ex. C2H7N
CH3 – CH2 – NH2
CH3 – N – CH3
|
H
(etilamina)
(N - metil - metilamina)
Ambos são aminas, porém diferem na cadeia principal, onde
uma é homogênea e a outra é heterogênea.
Ex. C7H16
CH3 – CH2 – CH – CH2 – CH2 – CH3
|
(3-metil-hexano)
CH3
CH2 – CH2 – CH – CH2 – CH3
|
CH2– CH3
(3-etil-pentano)
Ambos são hidrocarbonetos, porém diferem na cadeia principal,
onde uma tem 6 carbonos (sendo um ramificação com 2 carbonos) e
a outra tem 5 carbonos (sendo um ramificação com 1 carbono).
b) Isomeria de posição
Ocorre em compostos, que pertencem a mesma função
orgânica, com igual cadeia principal que diferem na posição de
uma ramificação, ou de uma insaturação (dupla ou tripla
ligação), ou de um grupo funcional.
Ex. C6H14
2
CH3 – CH – CH2 – CH2– CH3
|
CH3
(2-metil-pentano )
3
CH3 – CH2 – CH – CH2– CH3
|
CH3
( 3-metil-pentano )
Ambos são hidrocarbonetos, porém diferem na posição da
ramificação. Uma está no carbono número 2 e outra no carbono 3 da
cadeia principal.
Ex. C5H10
CH3 – C = CH – CH3
|
CH3
CH2 = C – CH2 – CH3
|
CH3
( 2-metil – but - 2- eno )
( 2-metil – but - 1-eno )
Ambos são hidrocarbonetos com ramificações em igual posição,
porém diferem na posição da insaturação. Uma está no carbono
número 1 e outra no carbono 2 da cadeia principal.
Ex. C6H14O
CH3 – CH – CH2 – CH2 – CH2 - CH3
|
OH
( hexan- 2 ol )
CH2 – CH2 – CH2 – CH2 – CH2 - CH3
|
OH
( hexan- 1- ol )
Ambos são álcoois, porém diferem na posição do grupo
funcional. Uma está no carbono número 2 e outra no carbono 1 da
cadeia principal.
Obs. Isômeros de posição diferem na sua nomenclatura apenas
nos seus números, possuindo palavras iguais.
c) isomeria de função ou funcional
Ocorre em compostos, que pertencem a funções orgânicas e
diferentes, independente de sua cadeia principal.

álcool e éter (CnH2n+2O)
Ex. C4H10O
CH3 – CH – CH2 – CH3
|
OH
( 2-butanol )
CH3 – CH2 – O – CH2 – CH3
( etoxi-etano )
 álcool aromático, éter aromático e fenol (CnH2n - 6O)
Ex. C7H8O
OH
CH2
O
( fenil-metanol )
CH3
OH
CH3
( metoxi-benzeno )
( orto-metil-hidroxi-benzeno)
 aldeído e cetona (CnH2nO)
Ex. C4H8O
O
||
CH3 – C – CH2 – CH3
O
||
CH3 – CH – C – H
|
CH3
( butanona)
( metil-propanal )
 ácido carboxílico e éster (CnH2nO2)
Ex. C4H8O2
O
||
CH3 – C – O –CH2 – CH3
( etanoato de etila)
O
||
CH3 – CH2 – CH2 – C – OH
( ácido butanóico )
d) isomeria de compensação ou metameria
É um tipo especial de isomeria de posição que corre em
compostos, que pertencem a mesma função orgânica, diferem na
posição de um heteroátomo.
Lembrete:
Um heteroátomo é um elemento organógeno
ligado entre dois carbonos.
Ex. C4H10O
CH3 – CH2 – O – CH2 – CH3
CH3 – CH2– CH2 – O – CH3
( etoxi-etano )
( 1 - metoxi-propano)
Ex. C5H13N
CH3 – CH2 – CH2 – N – CH3 ( N,N-dimetil propanamina)
|
CH3
CH3 – CH2 – N – CH2 –CH3( N-etil N-metil propanamina)
|
CH3
Obs. É retirado um carbono de um dos lados do heteroátomo e
compensado do outro lado do heteroátomo.
e) tautomeria ou tautomerização
É um caso particular de isomeria de função, em que os
compostos estabelecem um equilíbrio químico. Esse tipo
também é chamado de isomeria dinâmica, que possui duas
formas:


aldoenólica: entre aldeído e enol
cetoenólica: entre cetona e enol

aldoenólica
H
OH
H O



H-C=C-H

H-C-C-H

H

cetoenólica
H
OH


H - C = C - CH3
H O


H - C - C - CH3

H
Observe que o hidrogênio localizado na hidroxila do enol, se
desloca para o carbono alfa (carbono vizinho ao carbono funcional) e
o par de elétrons pi se desloca de entre os carbonos para oxigênio,
formando uma carbonila.
Alguns aldeídos e cetonas não irão realizar tautomeria, pois
não possuem hidrogênio alfa (átomo de hidrogênio ligado a
carbono alfa).
CH3 O


CH3 -C - C - H

CH3
2) Isomeria espacial
Divide-se em geométrica e ótica e também é chamada de
estereoisomeria.
Isomeria Geométrica
ou
Cis-Trans.
isomeria geométrica em composto de cadeia
alifática.
Para que ocorra isomeria geométrica é necessário que o
composto seja derivado de um alceno, ou seja, apresente um dupla
ligação na cadeia e ligantes diferentes em cada um dos
carbonos insaturados da dupla (R1  R2 e R3  R4)
Obs. : pode haver ligantes iguais em carbonos diferentes da dupla.
R1
R3
C=C
R2
R4
Será considerado isômero :
Cis: se os ligantes de maiores massas moleculares estiverem para
o mesmo lado do plano.
R1 e R3 ou R2 e R4.
Trans: se os ligantes de maiores massas moleculares estiverem
para lados opostos do plano (transversais).
R1 e R4 ou R2 e R3.
Ex.:
2-bromo-but -2- eno
CH3 – CH = CH – CH3

Br
Através da fórmula estrutural plana não é possível identificar o
tipo de isomeria geométrica, mostrando, somente, que o composto
forma isomeria geométrica.
Dadas as massa moleculares: Br = 80, CH3 = 15 e H = 1
Observe que no primeiro carbono insaturado o grupo formado
pelo metil apresenta maior massa molecular e no segundo carbono
insaturado o grupo formado pelo bromo tem massa molecular maior
.
Comparação:
Primeiro carbono: CH3 (15) > H (1)
Segundo carbono: Br (80) > CH3 (15)
CH3
CH3
C=C
H
Br
Trans - 2-bromo-2-buteno
CH3
H
Br
C=C
CH3
Cis - 2-bromo-2-buteno
Alguns compostos insaturados não apresentam isomeria cis-trans,
devido ao fato de apresentarem ligantes iguais no mesmo carbono.
Ex.:
1-but- 1- eno
CH3 – CH2 – CH = CH2
CH3 – CH2
H
C=C
H
H
isomeria geométrica em composto de
cadeia fechada.
Para que ocorra isomeria geométrica é necessário que o
composto seja derivado de um cicloalcano, e ligantes
diferentes em cada um dos carbonos vizinhos (R1  R2 e
R3  R4)
R1
R3
R2
R4
Será considerado isômero :
Cis: se os ligantes de maiores massas moleculares estiverem para o
mesmo lado do plano. R1 e R3 ou R2 e R4.
Trans: se os ligantes de maiores massas moleculares estiverem para
lados opostos do plano (transversais). R1 e R4 ou R2 e R3.
Ex. C4H6C2 ( em compostos cíclicos )
C
C
C
cis 1,2-dicloro ciclo butano
C
trans 1,2-dicloro ciclo butano
Isomeria óptica.
Isomeria óptica.
Os estereoisômeros ópticos desviam o plano da luz polarizada
para lados opostos.
Luz natural : como toda luz, possui um campo magnético e
um campo elétrico perpendiculares entre si e que giram em
torno do eixo de propagação.
Luz polarizada: é proveniente de uma luz natural que
atravessou um prisma polarizador e tem seu campo elétrico e
seu campo magnético ainda perpendiculares entre si, porém
agora, não giram mais em torno do eixo de propagação.
Essa diferença não é possível de ser distinguida a olho nu.
Um composto para ser opticamente ativo precisa conter um
carbono quiral (assimétrico).
Carbono quiral: carbono saturado que apresenta 4 grupos
ligantes diferentes entre si.
R2

R1 – C – R3

R4
onde
R1  R2  R3  R4
Ex.1
2-butanol (álcool com menor massa molecular que apresenta
carbono quiral).
Grupos ligantes:
H  CH3  OH  C2H5
CH3 – CH – CH2 – CH3

OH
O 2-butanol apresenta dois estereoisômeros, chamados de
enantiômeros ou antípodas ópticas.
Enantiômeros: compostos que são imagens especulares um do
outro e não superponíveis, desviando a luz polarizada para lados
opostos: (um para esquerda e outro para direita).
Desvio para direita ( +  ): dextrógiro ( d )
Desvio para esquerda( -  ) : levógiro (  )
CH3
HO
CH3
H
C 2H 5
levógiro
(-)
H
OH
C 2H 5
dextrógiro
(+)
Só é possível determinar o composto d e o  através de
polarímetro.
ESTRUTURAS DE FISCHER
Trabalhar com fórmulas espaciais como o fizemos para o d-2-butanol e
-2-butanol fica muito difícil. Para facilitar o estudo e compreensão das
substâncias
que
apresentam
carbono
quiral
(assimétrico)
e
conseqüentemente isomeria óptica, passaremos a utilizar as Fórmulas de
Projeção de Fischer.
As convenções de Fischer são as seguintes:
1º) A molécula é representada em forma de cruz.
2º) Fica subentendido que cada carbono quiral (assimétrico) está
localizada na intercessão das hastes que formam a cruz.
3º) Na linha vertical ficará a cadeia carbônica principal.
Exemplo :
Consideremos a estrutura do ácido 2- hidroxipropanóico (ácido
lático):
CH3 – CH – COOH
|
CH3
A estrutura de Fischer será:
COOH
HO
H
CH3
ácido -Lático
COOH
H
OH
CH3
ácido d-Lático
Para verificar se objeto e imagem são ou não superponíveis, deve-se girar
a imagem ( ou o objeto) de 180° e em seguida, colocar a imagem sobre o
objeto. Neste caso, podemos constatar que não há superponibilidade, pois –
CH3 ,fica sobre
- COOH. Se objeto e imagem não são superponíveis e um
é a imagem especular do outro. significa que estas duas estruturas
representam dois compostos orgânicos diferentes, os isômeros dextrógiro e
levógiro, que constituem um par de ENANTIÔMEROS, ENANTIOMORFOS ou
ANTÍPODAS ÓPTICOS.
Podemos calcular o número de isômeros opticamente ativos através
da fórmula:
n
2
onde:
n = número de carbonos quirais diferentes na molécula.
ISOMERIA ÓPTICA EM COMPOSTOS
DE CADEIA CÍCLICA.
OH
OH
OH
OH
enantiômeros
OH
OH
mesocomposto
Somente os isômeros trans formarão isomeria óptica, pois o
composto cis formará um mesocomposto.