Autoria: Davi Fraga da Silva
Isomeria em compostos orgânicos
Considerações Preliminares
Isômeros são compostos totalmente diferentes, com propriedades diferentes, que apresentam a mesma formula molecular. Compostos como o butano e 2-metil-propano possuem a mesma fórmula molecular, C4H10 , porém fórmulas estruturais diferentes.
Isômeros Estruturais
Nos isômeros estruturais, há diferenciação na ordem na qual os átomos estão ligados. Especificamente, o butano é um alcano de “cadeia linear”, enquanto o 2-metilpropano possui uma cadeia de carbonos ramificada.
Isomeria estrutural é comum entre todos os tipos de compostos orgânicos. Veja os seguintes exemplos:
1. Os três isômeros estruturais do alceno C4H8:
2. Os dois isômeros estruturais do álcool de três carbonos C3H7OH:
3. Os dois isômeros estruturais, éter dimetílico e álcool etílico, ambos com a fórmula molecular C2H6O:
Isômeros Geométricos
Como sabemos, há três isômeros estruturais para o alceno C4H8. Você poderá ficar surpreso ao descobrir que existem, na realidade, quatro alcenos diferentes com esta fórmula molecular. O composto “extra” surge devido a um fenômeno denominado isomerismo geométrico. Veja os dois 2-butenos diferentes:
No isômero cis, os dois grupos CH3 (ou os dois átomos H) estão o mais próximo possível um do outro. No isômero trans, os dois grupos idênticos estão o mais afastado possível (em posições contrárias). As duas formas existem porque não há rotação livre em torno da ligação dupla carbono-carbono. A situação, neste caso, é análoga à que ocorre entre isômeros cis-trans de complexos quadrado-planos. Em ambos os casos, a diferença em geometria é responsável pelo isomerismo; os átomos estão ligados entre si do mesmo modo.
Isomerismo geométrico, ou cis-trans é muito comum entre alcenos. De fato, ele ocorre com todos os alcenos, exceto com aqueles nos quais estão ligados dois átomos ou grupos idênticos a um dos carbonos de ligação dupla. Portanto, 2-buteno possui isômeros cis e trans, enquanto isobutileno e 1-buteno não apresentam este isomerismo.
Isomerismo Ótico
O isomerismo ótico ocorre devido à natureza tetraédrica da ligação em torno do átomo de carbono. Ele ocorre quando pelo menos um átomo de carbono na molécula está ligado a quatro grupos ou átomos diferentes. Veja, por exemplo, o derivado do metano, CHClBrI. Como sabemos, há duas formas diferentes desta molécula, que são imagens espelhos uma da outra. As imagens espelhos não são sobreponíveis; isto é, você não pode colocar uma molécula sobre a outra de tal modo que os grupos idênticos se toquem. Neste sentido, os dois isômeros parecem-se com luvas de mão-direita e luvas de mão-esquerda. Isômeros óticos diferenciam-se dos isômeros geométricos pelo fato de que os isômeros geométricos não são imagens de espelho um do outro.
Um átomo de carbono com quatro grupos ou átomos diferentes ligados a ele é denominado um quiral. Esses átomos também são denominados assimétricos. Uma molécula que contenha este carbono apresenta isomerismo ótico. Ela existe sob duas formas diferentes que são imagens especulares não-sobreponíveis. Essas formas são conhecidas como isômeros óticos ou enantiômeros. As moléculas podem conter mais de um carbono quiral, e, neste caso, podem existir mais de dois enantiômeros.
O termo isomerismo ótico é devido ao efeito que os enantiômeros exercem sobre a luz plano-polarizada, com a que é produzida por uma lente Polaróide. Quando essa luz é passada por uma solução que contém um único enantiômero, o plano é desviado de sua posição original. Um isômero o desvia para a direita (sentido dos ponteiros do relógio), e o outro o desvia para a esquerda (sentido anti-horário). Se ambos os isômeros estiverem presentes em quantidades iguais, obtemos o que é conhecido como uma mistura racêmica. Neste caso, as duas rotações cancelam-se e não há efeito na luz plano-polarizada.
Os enantiômeros, de um modo geral, são muito assemelhados em suas propriedades físicas e químicas. Por exemplo, as duas formas do ácido lático possuem o mesmo ponto de fusão (52 ºC), densidade (1,25 g/ml) e constante de dissociação ácida (Ka = 1,4×10-4). Incrível, não acha?
Por outro lado os enantiômeros diferenciam-se freqüentemente em sua atividade fisiológica. Isto foi descoberto por Louis Pasteur, o pai da bioquímica moderna. Trabalhando com uma mistura de isômeros óticos do ácido lático, ele descobriu que apenas ocorria crescimento de mofo com o enantiômero II. Aparentemente o mofo era incapaz de metabolizar o enantiômero I. Um exemplo mais moderno deste tipo envolve anfetamina, utilizada ilegalmente como “doping”. A anfetamina consiste em dois enantiômeros:
O enantiômero I, denominado Dexedrina, é, de longe, o estimulante mais forte. Ele é cerca de quatro vezes mais ativo do que a Benzedrina, a mistura racêmica (igual) dos dois isômeros. Viu só?
Resumindo
Isomeria é comum entre moléculas orgânicas. Os isômeros possuem a mesma fórmula molecular, porém diferem em suas estruturas e propriedades. Foram considerados na abordagem de isomeria nos compostos orgânicos dois tipos de isomeria:
– Geométrica: cuja principal diferença entre os isômeros é quanto ao tipo de ligação entre os átomos.
– Ótica: cuja principal diferença entre os isômeros consiste em moléculas não-superponíveis