ISOMERIA
O QUE É ISOMERIA?
Quando se substitui um átomo de hidrogênio do etano por um átomo de cloro, pode-se
obter somente uma substância, pois, qualquer que seja o hidrogênio substituído, a
estrutura obtida será sempre a mesma:
Porém, quando se substituem dois átomos de hidrogênio por dois átomos de cloro,
obtêm-se duas substâncias diferentes, pois podem ocorrer duas possibilidades:
Os dois compostos diferentes possuem os mesmos átomos, na mesma quantidade, mas
apresentam estruturas diferentes.
Esse é um exemplo do fenômeno denominado isomeria.
O estudo da isomeria será dividido em duas partes: plana e espacial (estereoisomeria).
OBSERVAÇÃO:
Neste modulo, daremos ênfase a ISOMERIA PLANA OU ESTRURAL que ocorre quando
podemos verificar a diferença entre os compostos isômeros através de suas fórmulas
estruturais planas.
Podemos classificar a isomeria plana em:
 Isomeria de função.
 Isomeria de cadeia.
 Isomeria de posição.
 Isomeria de compensação.
 Tautomeria.
ISOMERIA PLANA
Nesse tipo de isomeria, verifica-se a diferença entre os isômeros através do estudo de
suas fórmulas estruturais planas.
A seguir, vamos estudar os cinco casos de isomeria plana.
Os principais casos de isômeros de função ocorrem entre as funções:
 Álcool - Éter
 Álcool Aromático - Fenol
 Aldeído - Cetona
 Ác. Carboxílico - Éster
Os principais casos de tautomeria (tautos = dois de si mesmo) envolvem compostos
carbonílicos. Ao preparar uma solução de aldeído acético, uma pequena parte se
transforma em etenol, o qual, por sua vez, regenera o aldeído, estabelecendo um
equilíbrio químico em que o aldeído, por ser mais estável, está presente em maior
concentração.
Observe os exemplos:
A solução que contém os dois tautômeros é denominada alelotrópica, e ambos os
equilíbrios são genericamente denominados cetoenólicos.
ISOMERIA ESPACIAL
Nesse tipo de isomeria a diferença entre os isomeros só é perceptível
pela análise da fórmula estrutural espacial.
Existem dois tipos de isomeria espacial: geométrica (cis-trans ou Z-E) e
óptica.
ISOMERIA GEOMÉTRICA
Quando dois hidrogênios, um de cada carbono do etileno, são
substituídos por dois átomos de cloro, formam-se duas estruturas diferentes
com a mesma fórmula molecular: C2H2,C2).
As fórmulas estruturais podem ser feitas da seguinte forma:
As diferentes disposições espaciais dos átomos provocam alterações
nas propriedades físicas desses compostos, como, por exemplo, na
temperatura de ebulição, isso porque tais mudanças acarretam diferença de
polaridade das moléculas.
Ocorrência de Isomeria geométrica
Compostos acíclicos
Os compostos acíclicos devem apresentar pelo menos uma dupla
ligação entre carbonos, e cada um dos carbonos da dupla deve apresentar
grupos ligantes diferentes.
De acordo com o esquema:
Vejamos alguns exemplos:
Ex1: 2- penteno
Ex2: 2-bromo-1-cloropropeno
Neste caso, os dois isômeros geométricos não podem ser identificados
pelos prefixos cis e trans, pois não apresentam nenhum ligante igual nos dois
carbonos da dupla ligação. Em tais casos, devemos utilizar as designações E
e Z.
O isômeros Z é aquele que apresenta dois ligantes de cada C da
com os maiores números atômicos;
O outro isômero será o E. No exemplo dado, temos:
Observação: Em alguns exames vestibulares, o critério de ligantes com maior
número atômico do mesmo lado do plano é usado para caracterizar o isômero
cis, sendo o outro isômero considerado trans.
Compostos cíclicos
Os compostos cíclicos devem apresentar grupos ligantes diferentes em
pelo menos dois carbonos do ciclo.
De acordo com o esquema:
Vejamos um exemplo:
ISOMERIA ÓPTICA
A isomeria óptica esta associada ao comportamento das substâncias
submetidas a um feixe de luz polarizada (um só plano de vibração) obtida
quando a luz natural, não-polarizada (infinitos planos de vibração), atravessa
um polarizador.
Algumas substâncias têm a propriedade de desviar o plano de vibração
da luz polarizada e são denominadas opticamente ativas. Essa propriedade
caracteriza os compostos que apresentam isomeria óptica.
O desvio do plano de vibração pode ocorrer em dois sentidos:
a) desvio para o lado direito = isômero dextrogiro (d);
b) desvio para o lado esquerdo = isômero levogiro ().
Esse desvio é determinado experimentalmente por um aparelho denominado
polarímetro, esquematizado a seguir:
Isomeria óptica e assimetria molecular
A condição necessária para a ocorrência de isomeria óptica é que a
substância apresente assimetria.
CONCEITO DE SIMETRIA
Dizemos que uma estrutura é simétrica quando ela apresenta pelo
menos um plano de simetria, isto é, quando pode ser dividida em duas
metades idênticas.
Uma estrutura simétrica, quando colocada diante de um espelho plano,
produz uma imagem idêntica a ela. Observe o exemplo abaixo:
Estruturas que não
denominadas assimétricas.
admitem
nenhum
plano
de
simetria
são
Quando colocadas diante de um espelho plano, as estruturas
assimétricas produzem imagens diferentes de si próprias. Uma característica
importante dessas estruturas é que elas não são sobreponíveis.
O caso mais importante de assimetria molecular ocorre quando existir,
na estrutura da molécula, pelo menos um carbono assimétrico ou quiral (do
grego cheir = mão) - Para que um átomo de carbono seja assimétrico, deve
apresentar quatro grupos ligantes diferentes entre si. Na fórmula estrutural, o
carbono quiral é indicado por um asterisco (*) -
Genericamente, temos:
O ácido láctico, encontrado tanto no leite azedo quanto nos músculos,
apresenta a• seguinte fórmula estrutural.
A presença de 1 carbono assimétrico (1 C*) determina a existência de
dois isômeros opticamente ativos: o ácido d-láctico e o ℓ -láctico, que são
química e fisicamente iguais e fisiologicamente diferentes, provocando o
mesmo desvio angular, porém em sentidos opostos.
Um par de isômeros opticamente ativos [(d) e (ℓ)], os quais apresentam o
mesmo ângulo de desvio, são denominados antípodas ópticos ou
enantiomorfos. Sua mistura em quantidades eqüimolares resulta numa mistura
opticamente inativa, denominada mistura racêmica, conhecida também como
isômero racêmico [(dℓ) ou (r)].
Observação:
A única maneira de saber se um isômero óptico é dextrogiro (d) ou
levogiro (ℓ) consiste em utilizar um polarímetro. É impossível obter tal
informação mediante a simples análise da fórmula estrutural do isômero.
Assim, tomando-se o exemplo do ácido láctico, temos:
Quantidade de carbonos assimétricos e número de isômeros ópticos
Moléculas com um carbono quiral (C*)
O exemplo dado permite concluir que para um carbono assimétrico ou
quiral temos:
Moléculas com vários carbonos assimétricos diferentes
A maneira mais prática de determinar a quantidade de isômeros
opticamente ativos e inativos de uma substância é utilizar as expressões
matemáticas propostas por Van’t Hoff e Le Bel:
Veja o exemplo:
n = número de carbonos assimétricos diferentes = 2
Quaisquer outros pares (d1 e d2; d1 e 2; d2 e 1; 1 e 2) são denominados
diastereoisômeros.
Moléculas cíclicas
A isomeria óptica ocorre também em compostos cíclicos, em função da
assimetria molecular. Embora nessas moléculas não existam carbonos
assimétricos (C*), para determinar o número de isômeros, deve-se considerar
sua existência.
Para isso, devemos levar em conta os ligantes fora do anel e considerar
como ligantes as seqüências no sentido horário e anti-horário no anel.
Vejamos um exemplo:
O carbono (C3) não pode ser considerado um carbono assimétrico, pois
apresenta ligantes iguais.
Logo, pode-se considerar que essa molécula apresenta 2 C* diferentes.
Em compostos cíclicos, após determinar o número de carbonos que funcionam
como C*, pode-se determinar o número de isômeros ópticos, como nos
compostos alifáticos, usando expressões matemáticas. Neste exemplo, temos: