Capítulo 4 ISOMERIA - dequi.eel.usp.br croa/apostilas/apos4-5.pdf · Isomeria geométrica é um caso de isomeria espacial que ocorre em compostos que apresentam duplas ligações e em compostos cíclicos

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  • 94

    Captulo 4 ISOMERIA

    ISOMERIA ESPACIAL Isomeria espacial ou estereoisomeria o caso de isomeria no

    qual os compostos ismeros no diferem entre si pelas suas frmulas

    estruturais planas mas sim pelas suas frmulas estruturais espaciais

    (frmulas de Le Bel e VantHoff). Para explicar a isomeria espacial surgiu

    a concepo da configurao tetradrica do tomo de carbono.

    ISOMERIA DE CADEIA Isomeria de cadeia o caso de isomeria plana na qual os

    compostos ismeros pertencem mesma funo qumica mas

    apresentam cadeias carbnicas diferentes. No caso de compostos

    cclicos a isomeria de cadeia pode ser chamada isomeria de ncleo.

    A isomeria de cadeia aparece em todas as funes qumicas.

    Exemplos:

    H3C

    H

    O

    CC

    H

    CH3

    H3C C C C

    O

    HH2 H2

    butanal: C4H8O metil propanal: C4H8O

    H3C C C C C

    O

    OHH2 H2 H2

    H3C

    OH

    O

    CCC

    CH3

    H

    H2H3C

    CH3

    C C

    O

    OH

    CH3

    cido pentanicoC5H10O2

    cido 2-metil butanicoC5H10O2

    cido dimetil propanicoC5H10O2

  • 95

    H2C CH2

    CH2H2C H2C

    C

    C

    CH3

    H

    H2

    ciclobutano: C4H8 metil ciclopropano: C4H8

    Nestes exemplos temos ismeros de ncleo.

    ISOMERIA DE POSIO Isomeria de posio o caso de isomeria plana na qual os

    ismeros pertencem mesma funo qumica, apresentam a mesma

    cadeia carbnica, mas diferem entre si pela posio de um grupo

    funcional ou uma insaturao na cadeia carbnica. Exemplos:

    H3C C C C OH

    H

    CH3

    H2 H2H3C CH3CC

    OHH

    HCH3

    H3C

    CH3

    C C

    OH

    CH3

    3-metil 1-butanolC4H10O

    3-metil 2-butanolC4H10O

    H2

    2-metil 2-butanolC4H10O

    OH

    OH

    OH

    OH

    OH

    OH

    C6H6O2 C6H6O2 C6H6O21-2-di-hidroxibenzeno ou(piro) catecol

    1-3-di-hidroxibenzeno ouresorcinol

    1-4-di-hidroxibenzeno ouhidroquinona

    1-buteno C4H82-buteno C4H8

    H2HH2C C C CH3

    HHH3C C C CH3

  • 96

    ISOMERIA FUNCIONAL Isomeria de funo ou qumica o caso de isomeria plana na

    qual os ismeros pertencem funes qumicas diferentes. Os principais

    casos de isomeria funcional so:

    a) lcool e ter.

    Exemplo:

    H3C C OH

    C2H6OC2H6Olcool etlico:ter dimetlico:

    H2H3C O CH3

    b) lcool aromtico, fenol e ter.

    Exemplo:

    O CH3 OH

    CH3

    lcool benzlico metoxi-benzeno orto cresolC7H8O C7H8O C7H8O

    C OHH2

    c) Aldedo e cetona.

    Exemplo:

    H3C C C

    O

    HH2

    H3C C CH3

    OPropanal: C3H6O Propanona: C3H6O

    d) cido carboxlico e ster.

    Exemplo:

    H3C

    O

    O

    C

    CH3

    C3H6O2acetato de metila

    H3C C C

    O

    OHH2

    C3H6O2cido propinico

  • 97

    METAMERIA OU ISOMERIA DE COMPENSAO Isomeria de compensao ou metameria o caso de isomeria

    plana na qual os ismeros apresentam cadeia carbnica heterognea e

    diferem entre si pela grandeza dos radicais ligados ao hetero-tomo.

    Exemplos:

    H2H3C C O C CH3

    H2

    ter etlico: C4H10O

    H3C O C C CH3H2 H2

    ter metil proplicoC4H10O

    H C

    O

    O C C CH3H2 H2

    formiato de propilaC4H8O2

    H3C C

    CH3O

    O

    CH2

    propionato de metilaC4H8O2

    H2

    H3C C

    O

    O C CH3

    acetato de etilaC4H8O2

    H3C C N C CH3

    H

    H2 H2H3C N C C CH3

    H

    H2

    dietil amina: C4H11N metil, propil amina: C4H11N

    H2

    ISOMERIA GEOMTRICA Isomeria geomtrica um caso de isomeria espacial que ocorre

    em compostos que apresentam duplas ligaes e em compostos cclicos.

    Consideremos o cido butenodiico. Na molcula deste

    composto os dois grupos carboxlicos podem ficar de um mesmo lado ou

    em lados opostos em relao ao plano determinado pela ligao pi; por

    isto existem duas molculas diferentes, correspondem dois compostos

    diferentes que so os dois ismeros geomtricos do cido butenodiico.

    O ismero cuja molcula apresenta os dois grupos carboxlicos

    de um mesmo lado do plano determinado pela ligao pi chama-se CIS; o

    ismero cuja molcula apresenta os dois grupos carboxlicos em lados

  • 98

    opostos em relao ao plano determinado pela ligao pi chama-se

    TRANS.

    O cido butenodiico cis chamado CIDO MALICO e o trans

    chamado CIDO FUMRICO.

    H

    HOOC COOH

    C CH

    HHOOC

    COOH

    C CH

    CIDO BUTENODIICO CIS CIDO BUTENODIICO TRANS

    CIDO MALEICO CIDO FUMRICO

    cido butenodiico CIScido maleico

    OH

    O

    H CC

    O

    H

    OH

    CC

    C

    C H

    C

    O

    H

    COH

    O

    HO

    cido butenodiico TRANScido fumrico

    Outros exemplos:

    CIS TRANS

    1-2-DICLOROETENO

    H C Cl

    CH Cl1-2 dicloro eteno cis

    H C Cl

    CCl H1-2 dicloro eteno trans

  • 99

    H3C C

    CH5C2

    H

    H2-penteno cis

    H3C C

    CH

    H

    C2H52-penteno trans

    H3C C H

    H

    O

    HC C

    aldedo crotnico cis

    H3C C H

    CH C

    H

    O

    aldedo crotnico trans

    trans (em relao ao H e Br) 1-bromo 1-cloro 1-propeno

    H3C C H

    CBr Cl

    H3C C H

    CBr Cl1-bromo 1-cloro 1-propenotrans (em relao ao H e Br)

    Nem todos os compostos que apresentam dupla ligao entre

    tomos de carbono apresentam ismeros geomtricos. Assim os

    compostos seguintes no tm ismeros geomtricos ou cis-trans:

    C

    C

    H H

    Cl Cl

    1-1-dicloroeteno

    C

    C CH3C

    H H

    H

    O

    metil propenal

    C

    C

    H3C CH3

    Cl Br

    1-bromo 1-cloro2-metil 1-propeno

    Havendo dois tomos ou radicais iguais ligados ao mesmo

    tomo de carbono da dupla ligao, est eliminada a possibilidade de

    isomeria geomtrica.

    Representando por a, b, c, e d os tomos ou radicais ligados

    aos tomos de carbono da dupla ligao:

    a) Compostos que no apresentam ismeros geomtricos:

    a C a

    C aa

    a C a

    C bb

    a C a

    C cb

  • 100

    b) Compostos que apresentam ismeros geomtricos:

    a C b

    C ba

    a C b

    C ca

    a C b

    C bc

    Os ismeros geomtricos ou cis-trans de um composto diferem

    entre si nas suas constantes fsicas (ponto de fuso, ponto de ebulio,

    densidade, solubilidade, etc.), e em certas propriedades qumicas.

    Como exemplo de diferena de propriedade qumica entre o

    cido fumrico e malico, podemos citar a reao de desidratao por

    aquecimento. O cido malico facilmente d o anidrido malico:

    H C C

    O

    O H

    O

    CC

    O H

    H

    H C C

    O + H2O

    O

    CC

    O

    H

    cido malico anidrido malico

    No existe anidrido fumrico, o que se compreeende, pois,

    espacialmente impossvel fechar o ciclo estando os dois grupos

    carboxlicos em trans. Por aquecimento do cido fumrico em condies

    enrgicas obtm-se o anidrido malico (o cido fumrico sofre uma

    transformao em cido malico e este se desidrata).

  • 101

    Por que o cido butanodiico (cido succnico), a exemplo do

    cido butenodiico, no apresenta dois ismeros correspondentes s

    frmulas estruturais seguintes?

    H

    C CH

    O

    OH

    HOH

    O

    H CC

    H

    C CH

    O

    OH

    H

    C HC

    O

    HO

    No cido succnico os tomos de carbono 2 e 3 esto ligados

    entre si por meio de uma simples ligao, isto , de uma ligao sigma

    sp3 - sp3; nestas condies, h livre rotao dos referidos tomos de

    carbono em torno da ligao sp3 - sp3 e, com isto, as molculas

    correspondentes s frmulas citadas tornam-se iguais. No caso do cido

    butenodiico, os tomos de carbono esto ligados entre si por uma

    ligao sigma sp2 - sp2, e uma ligao pi; esta ligao pi impede a livre

    rotao dos tomos de carbono em torno da ligao sp2 - sp2 e, por isto,

    as molculas do cido malico e fumrico so diferentes entre si.

    Portanto, dois tomos de carbono ligados por uma dupla ligao no tm

    livre rotao em torno da ligao. Esta a causa de isomeria geomtrica.

    CIDO SUCCNICO CIDO SUCCNICO

    C

    O

    OH

    H

    H

    HH

    C

    O

    OH

    C

    O

    OH

    H

    HH

    C

    O

    HO

    IGUAIS

    H

  • 102

    Consideremos o composto 1-2-dicloro ciclopropano. Os dois

    tomos de cloro podem dispor-se num mesmo lado ou em lados opostos

    do plano determinado pelo ciclo; existem, pois, duas molculas

    diferentes correspondentes ao 1-2-dicloro ciclopropano e, a estas duas

    molculas diferentes, correspondem dois compostos diferentes que so

    os dois ismeros geomtricos. O composto cuja molcula apresenta os

    dois tomos de Cl num mesmo lado do plano determinado pelo ciclo o

    ismero cis; o composto cuja molcula apresenta os dois tomos de Cl

    em lados opostos do plano determinado pelo ciclo o ismero trans.

    H

    C

    HC C

    HH

    Cl Cl

    H

    C

    HC C

    Cl

    Cl

    H

    H

    1-2 DICLORO CICLO PROPANO

    CIS

    TRANS

    O 1-3-dicloro propano, no apresenta dois ismeros

    correspondentes s frmulas

    IGUAIS

    C

    H

    H CC

    HH

    H H

    Cl Cl

    C

    H

    H CC

    H

    H H

    Cl

    Cl

    H

    porque, neste caso, existe LIVRE ROTAO do carbono 1 em torno do

    carbono 2 e, com isto, as duas molculas tornam-se iguais,

  • 103

    desap