ISOMERIAISOMERIA

Prof.: Renê Machado

IsomeriaIsomeria

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 e CH3 – CH2 – C – H | | | | O O (propanona) (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)1)        Isomeria planaIsomeria plana

 Existem varias formas de isomeria plana:

De cadeia De posição De função ou funcional De compensação ou metameria De tautomerização ou tautomeria

a) a) Isomeria de cadeiaIsomeria de cadeia

Ocorre em compostos, que pertencem a mesma função orgânica e diferem na cadeia principal.

 

Ex. C4H10

CH3 – CH2 – CH2 – CH3 (butano)

CH3 – CH – CH3 (metil - propano) | CH3

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 ( 1-buteno)

CH2 – CH2

| | ( ciclo butano ) CH2 – CH2

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 (etilamina)

 

CH3 – N – CH3 (N - metil - metilamina) | H

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

| (3-etil-pentano) CH2– CH3

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) Ib) Isomeria de posiçãosomeria 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. CEx. C66HH1414

CH3 – CH – CH2 – CH2– CH3

| (2-metil-pentano ) CH3

  

CH3 – CH2 – CH – CH2– CH3

| ( 3-metil-pentano ) CH3

 Ambos são hidrocarbonetos, porém diferem na posição da

ramificação. Uma está no carbono número 2 e outra no carbono 3 da cadeia principal.

3

2

Ex. CEx. C55HH1010

CH3 – C = CH – CH3

| ( 2-metil – but - 2- eno ) CH3

  CH2 = C – CH2 – CH3

| ( 2-metil – but - 1-eno ) CH3

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. CEx. C66HH1414OO

  CH3 – CH – CH2 – CH2 – CH2 - CH3

| ( hexan- 2 ol ) OH  CH2 – CH2 – CH2 – CH2 – CH2 - CH3

| ( hexan- 1- ol ) OH 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) c) isomeria de função ou funcionalisomeria 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

| ( 2-butanol ) OH CH3 – CH2 – O – CH2 – CH3 ( etoxi-etano )

álcool aromático, éter aromático e fenol (Cálcool aromático, éter aromático e fenol (CnnHH2n - 62n - 6O)O)

Ex. C7H8O

  ( fenil-metanol )    ( metoxi-benzeno )    ( orto-metil-hidroxi-benzeno)  

CH2 OH

O CH3

OH

CH3

aldeído e cetona (Caldeído e cetona (CnnHH2n2nO)O)

 Ex. C4H8O 

O | |CH3 – C – CH2 – CH3 ( butanona)  O | |CH3 – CH – C – H ( metil-propanal ) | CH3

ácido carboxílico e ésterácido carboxílico e éster (C(CnnHH2n2nOO22))

Ex. C4H8O2

  O | |CH3 – C – O –CH2 – CH3 ( etanoato de etila)

  O | |CH3 – CH2 – CH2 – C – OH ( ácido butanóico )

d) d) isomeria de compensação ou metameriaisomeria 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 ( etoxi-etano )

CH3 – CH2– CH2 – O – CH3 ( 1 - metoxi-propano)

Obs. É retirado um carbono de um dos lados do heteroátomo e compensado do outro lado do heteroátomo.

Ex. C5H13N

CH3 – CH2 – CH2 – N – CH3 ( N,N-dimetil propanamina) | CH3

CH3 – CH2 – N – CH2 –CH3( N-etil N-metil propanamina) | CH3

e) e) tautomeria ou tautomerizaçãotautomeria 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 O

H - C = C - CH3 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) 2) Isomeria espacialIsomeria espacial

Divide-se em geométrica e ótica e também é chamada de estereoisomeria.

Isomeria GeométricaIsomeria Geométrica

ouou

Cis-Trans.Cis-Trans.

isomeria geométrica em composto de cadeia isomeria geométrica em composto de cadeia alifática.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  

   CH3 Br C = C H CH3

   Cis - 2-bromo-2-buteno 

Trans - 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 isomeria geométrica em composto de cadeia fechada.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 trans 1,2-dicloro ciclo butano

C

Isomeria óptica.Isomeria óptica.

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 CH3

 HO H H OH  C2H5 C2H5 

levógiro dextrógiro ( - ) ( + )

Só é possível determinar o composto d e o através de polarímetro.

ESTRUTURAS DE FISCHERESTRUTURAS 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

 

COOH COOH HO H H OH  CH3 CH3

 ácido -Lático ácido d-Lático

 A estrutura de Fischer será:

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:

2n   

onde:

n = número de carbonos quirais diferentes na molécula.

ISOMERIA ÓPTICA EM COMPOSTOS ISOMERIA ÓPTICA EM COMPOSTOS DE CADEIA CÍCLICA.DE CADEIA CÍCLICA.

 Somente os isômeros trans formarão isomeria óptica, pois o

composto cis formará um mesocomposto.

OH OH

enantiômeros mesocomposto

        

OH

OH OH

OH