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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.

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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.

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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

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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:

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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,C2).

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

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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

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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:

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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

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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 admitem nenhum plano de simetria são

denominadas assimétricas.

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 (*) -

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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

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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.

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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: