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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. C4H6C2 ( 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.
