Isomeria

Isomeria

Isomeria é o ramo da Química Orgânica que estuda a ocorrência de duas os mais substâncias diferentes, que apresentam mesma fórmula molecular mas fórmulas estruturais diferentes. Muitos compostos isômeros apresentam características diferenciadas, quando se fala de Densidade, Ponto de Fusão (PF) e Ponto de Ebulição (PE). A Isomeria está dividida em duas partes : Isomeria Plana e Isomeria Espacial ou Estereoisomeria.

1. Isomeria Plana

Neste tipo de Isomeria, pode-se verificar a diferença dos isômeros através da análise de suas fórmulas estruturais. A Isomeria Plana divide-se em cinco classes :

1.1. Isomeria de Cadeia ou Núcleo

Os isômeros fazem parte de uma mesma função, mas suas cadeias são diferentes. Exemplos :

C4H10 C4H10 C3H6 C3H6
Hidrocarboneto Hidrocarboneto Hidrocarboneto Hidrocarboneto
Cadeia Aberta, Normal, Saturada, Homogênea Cadeia Aberta,Ramificada, Saturada, Homogênea Cadeia Fechada (Cíclica), Saturada, Homogênea Cadeia Aberta, Insaturada, Homogênea
Butano Metil-Propano Ciclopropano Propeno
PF : -135º C
PE : -1º C
PF : -145º C
PE : -10º C
Usado como anestésico Usado na fabricação de polímeros.

 

1.2. Isomeria de Posição

Os isômeros pertencem à uma mesma função e têm o mesmo tipo de cadeia, mas apresentam diferença na posição do grupamento funcional, de uma ramificação ou insaturação. Exemplos :

 
C3H8O C3H8O   C4H6 C4H6
Álcool Álcool   Hidrocarboneto Hidrocarboneto
Cadeia Aberta, Normal, saturada e Homogênea Cadeia Aberta, Normal, saturada e Homogênea   Cadeia Aberta, Normal, Insaturada e Homogênea Cadeia Aberta, Normal, Insaturada e Homogênea
1-Propanol 2-Propanol   1-Butino 2-Butino
O grupo funcional (OH) está no carbono 1 O grupo funcional (OH) está no carbono 2   A ligação tripla está no carbono 1 A ligação tripla está no carbono 2

PF : -126º C
PE : 96º C

PF : -86º C
PE : 82,5º C

 

Reage com Sódio metálico

Não reage com Sódio metálico

 

1.2. Isomeria de Função

Isômeros de função são aqueles que possuem fórmula estrutural e cadeia idênticas, mas pertencem à funções diferentes. Exemplos :

   
C3H6O C3H6O   C4H8O2 C4H8O2   C7H8O C7H8O
Aldeído Cetona   Ácido Carboxílico Éster   Fenol Álcool
Propanal Propanona   Ácido Butanóico Etanoato de Etila   Orto-Metil-Hidróxi-Benzeno Álcool Benzílico
Utilizado como mordente na indústria de tinturaria Solvente Orgânico. Vendido com o nome comercial de Acetona.   Presente na manteiga rançosa Essência responsável pelo sabor de maçã.   Matéria prima usada na fabricação do desinfetante conhecido como Creolina Álcool extraído na resina de certas árvores.

 

1.3. Isomeria de Compensação ou Metameria

Os isômeros pertencem a uma mesma função e apresentam cadeias idênticas, mas apresentam uma diferença na posição de um heteroátomo. A palavra metameria vem do grego meta (mudança) + meros (parte). Exemplos :

 

 
C4H10O C4H10O   C3H6O2 C3H6O2
Éter Éter   Éster Éster
Etóxi-Etano Metóxi-propano   Metanoato de Etila Etanoato de Metila
Utilizado como anestésico comum Utilizado em processos industriais   O heteroátomo está entre os carbonos 1 e 2 O heteroátomo está entre os carbonos 2 e 3
Cadeia normal, aberta, saturada e heterogênea Cadeia normal, aberta, saturada e heterogênea   Cadeia normal, aberta, saturada e heterogênea Cadeia normal, aberta, saturada e heterogênea

 

1.4. Isomeria Dinâmica ou Tautomeria

Os principais casos de tautomeria (que vem do grego tautos = dois de si mesmo) envolvem os Enóis, que são Álcoois que possuem a hidroxila (-OH) presa a um carbono insaturado. Os enóis se transformam em Aldeídos quando o carbono insaturado é primário e em cetonas quando o carbono é secundário. Os compostos originados a partir dos enóis apresentam tendência a se transformar novamente nos enóis, fazendo com que o ciclo se reinicie. Quando o Enol se transforma em Aldeído, dizemos que houve um equilíbrio Aldo-enóico e quando o Enol se tranforma em Cetona, houve um equilíbrio Ceto-enóico.Uma solução que contém os dois tautômeros é chamada Solução Alelotrópica. Exemplos :

Olha Lá !

As Cetonas não se transformam em Aldeídos e vice-cersa. A transformação só ocorre entre Enol e Cetona ou Enol e Aldeído. O Enol que se trasnforma em Cetona é diferente do Enol que se transforma em Aldeído.

     
 
Enol com Carbono Primário Áldeído   Enol com Carbono Secundário Cetona
Etenol Etanal   2-2-Butenol Butanona

Isomeria Geométrica ou Isomeria Cis-Trans

Este tipo de isomeria descreve os elementos onde os seus grupamentos funcionais ou ramificações estão orientadas de maneira diferente, tornando os compostos diferentes. Estes compostos, entretanto, possuem mesma fórmula estrutural (e por conseqüencia a mesma fórmula molecular), mas apresentam propriedades físicas diferentes. Tomemos como exemplo o 1,2-Cloro-Eteno.
Quando se pensa neste composto, de fórmula molecular C2H2Cl2, pode-se montar duas estruturas diferentes, que possuem o mesmo nome (1,2-Cloro-Eteno).

Ponto de Fusão : - 80,5 ºC Ponto de Fusão : - 50 ºC
Ponto de Ebulição : 60,3 ºC Ponto de Ebulição : 47,5 ºC
Densidade a 20 ºC : 1,284 g/mL Densidade a 20 ºC : 1,265 g/mL

Então, para diferenciar, foi criado um antecedente para ser colocado no nome de cada isômero, para diferenciar sua fórmula estrutural. Os antecedentes são cis (do latim, significa próximo a) e trans (também latino, significa através de). Veja então como ficou o nome dos isômeros do 1,2-Cloro-Eteno :

Cis-1,2-Cloro-Eteno Trans-1,2-Cloro-Eteno.


1. Ocorrências da Isomeria Geométrica em Compostos Acíclicos (Abertos)

Para ocorrer casos de Isomeria Geométrica em compostos abertos, o composto deve ter uma ligação dupla entre os carbonos e cada um dos carbonos da ligação dupla deve ter seus ligantes diferentes. Veja o esquema :

Vale observar que para que exista a Isomeria, o ligante 1 tem que ser diferente do ligante 3 e o ligante 2 tem que ser diferente do ligante 4. Veja os exemplos :

Como existe ligação dupla entre carbonos e cada carbono da ligação dupla apresenta grupos ligantes diferentes, conclui-se que ele apresenta isômeros geométricos. Para determinar a estrutura de seus isômeros geométricos (cis e trans), analisam-se os grupos ligantes dos carbonos da ligação dupla :

Pode-se obervar que os ligantes dos carbonos A e B são iguais. Quando isto acontece, basta traçar uma linha imaginária na estrutura plana do composto e observar que o isômero Cis será aquele que apresentar os mesmos ligantes do carbono A e B no mesmo lado, enquanto o isômero Trans apresentará os mesmos grupos ligantes em lados opostos da linha. Observe abaixo :

Cis-2-Buteno

Apresenta os mesmos ligantes no mesmo lado da linha imaginária

Trans-2-Buteno

Apresenta os mesmos ligantes em lados opostos da linha imaginária

Há casos onde pelo menos três dos quatro ligantes são diferentes entre si, e pode haver dificuldade de determinar a estrutura dos isômeros Cis e Trans. Veja o exemplo com o composto 2-Cloro-2-Buteno :

O Carbono A possui como ligantes H3C- e Cl- , enquanto o Carbono B possui CH3- e H- . Para determinar a estrutura de isômeros de casos como o do exemplo, utiliza-se uma série de regras propostas por Cohn, Ignold e Prelog, baseadas numa escala de prioridade.
De acordo com esta escala, a maior prioridade é do grupo ligante que apresenta o átomo de maior número atômico e que estiver ligado diretamente ao carbono da ligação dupla. Ou seja, será considerado Cis o composto que apresentar, no mesmo lado da linha imaginária, ligantes dos carbonos da ligação dupla com maior número atômico.

Para aplicar esta regra no exemplo dado, deve-se saber que o número atômico do Carbono é 6, do Hidrogênio é 1 e do Cloro é 17.
No Carbono A, o ligante que apresenta maior prioridade (maior número atômico) é o Cl- , enquanto no Carbono B é o CH3- . Conlui-se então que o isômero Cis é o que apresenta estes grupos no mesmo lado da linha imaginária e que o isômero Trans é o que apresenta estes grupos em lados opostos.

Olha Lá !

Estas regras são válidas para todos os casos de Isomeria Geométrica.

 

Cis-2-Cloro-2-Buteno

Apresenta os ligantes com maior número atômico no mesmo lado da linha imaginária

Trans-2-Cloro-2-Buteno

Apresenta os grupos ligantes de maior prioridade em lados opostos da linha imaginária.

Estas regras também propõem a utilização de novos símbolos - E e Z - para substituir Trans e Cis, onde E (do alemão Entgegen, oposto) substitui o Trans e o Z (do alemão Zusammen, do mesmo lado) substitui o Cis. Com isso, o nome dos compostos podem ser :

2. Ocorrência de Isomeria Geométrica em Compostos Cíclicos (Fechados)

Os compostos fechados devem apresentar grupos ligantes diferentes em pelo menos dois carbonos do ciclo. Veja o esquema abaixo :

Onde é importante observar que o ligante 1 é diferente do ligante 2 e o ligante 3 é diferente do ligante 4. Veja o exemplo com o 1,2-Dicloro-Ciclopropano :

1,2-Dicloro-Ciclopropano

Veja agora seus isômeros geométricos :

1,2-Dicloro-Ciclopropano

Cis-1,2-Dicloro-Ciclopropano ou (Z)-1,2-Dicloro-Ciclopropano

Apresenta os mesmos grupos ligantes ou, de acordo com a regra de prioridade, os grupos ligantes de maiores prioridade se encontram no mesmo lado da linha imaginária

Trans-1,2-Dicloro-Ciclopropano ou (E)-1,2-Dicloro-Ciclopropano

Apresenta os mesmos grupos ligantes em lados opostos da linha imaginária ou, de acordo com a regra da prioridade, os grupos ligantes de maior número atômico se encontram em lados opostos da linha imaginária.

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