isomeria prof.: renê machado. isomeria este fenômeno ocorre com duas ou mais substâncias...
TRANSCRIPT
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