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Isomeria ISOMERIA Isomeria é o fenômeno em que compostos orgânicos têm a mesma fórmula molecular, sendo diferentes. ISOMERIA Etimologicamente, significa partes iguais. 1. ISO, igual 2. MEROS, partes ISOMERIA Os compostos (modelos ao lado) são diferentes. As propriedades físicas não são iguais. ISOMERIA Mas as substâncias têm a mesma fórmula molecular (C4H10O). São, portanto, ISÔMEROS. ISOMERIA I S O M E R I A (COMPOSTOS DIFERENTES, MAS COM MESMA FÓRMULA MOLECULAR) CONSTITUCIONAL DE CADEIA DE POSIÇÃO DE FUNÇÃO METAMERIA ESTEREOISOMEROS GEOMÉTRICA ÓPTICA ISOMERIA PLANA É aquela que ocorre quando a diferença entre os isômeros pode ser explicada observando-se apenas as fórmulas estruturais planas. ISOMERIA PLANA DE CADEIA DE POSIÇÃO DE FUNÇÃO METAMERIA ISOMERIA DE CADEIA Também chamada isomeria de núcleo, é aquela em que os isômeros têm cadeias ou núcleos diferentes. ISOMERIA DE POSIÇÃO É aquela que ocorre quando os isômeros têm a mesma cadeia carbônica, mas diferem na posição de ligantes ou de ligações duplas ou triplas. ISOMERIA DE FUNÇÃO Também chamada isomeria funcional, é aquela que ocorre quando os isômeros pertencem a funções químicas diferentes. ISOMERIA DE FUNÇÃO Outros exemplos... ISOMERIA DE FUNÇÃO Existe um caso particular de isomeria de função em que os dois isômeros ficam em equilíbrio dinâmico. É chamada particularmente TAUTOMERIA. TAUTOMERIA ISOMERIA DE FUNÇÃO Os casos mais comuns de tautomeria ocorrem entre: 1. Aldeído e enol; 2. Cetona e enol. TAUTOMERIA Exemplo de tautomeria envolvendo aldeído e enol. TAUTOMERIA Exemplo de tautomeria envolvendo cetona e enol. METAMERIA Também chamada de isomeria de compensação, é aquela em que os isômeros diferem pela posição de um heteroátomo na cadeia. ESTERIOISÔMEROS DIASTERIOISÔMEROS DIASTERIOISÔMEROS CIS-TRANS Também chamada isomeria CIS-TRANS. Os compostos têm a mesma fórmula estrutural plana, mas há que se considerar átomos ligantes espacialmente. Veja exemplos que seguem. CIS-TRANS Modelos para o composto ClCH=CHCl carbono hidrogênio cloro CIS-TRANS Com base nos modelos apresentados, repare que: No primeiro caso, os dois átomos de cloro estão no mesmo lado do plano que divide a molécula. Essa figura é chamada forma cis. (cis = mesmo lado) No segundo caso, os dois átomos de cloro estão em lados opostos do plano que divide a molécula. Essa figura é chamada trans. (trans = através) CIS-TRANS Se são diferentes, como ficam os nomes dos compostos, respectivamente? 1. Cis-1,2-dicloro-eteno 2. Trans-1,2-dicloro-eteno CIS-TRANS É condição para existir isomeria cis-trans, a existência de dupla ligação e que apresentam a estrutura: R1 R3 C = C R2 R4 R1 diferente de R2 e R3 diferente de R4 e podendo R1(ou R2) ser igual ou diferente de R3 e R4. CIS-TRANS CIS-TRANS Existe, ainda, isomeria em compostos cíclicos. Conforme ramificações “acima” ou “abaixo’ do plano que divide a molécula, teremos isomeria cis ou trans. CIS-TRANS Modelos para o composto 1,2-cloro-ciclopropano Carbono hidrogênio cloro CIS-TRANS No primeiro modelo, os átomos de cloro estão do mesmo lado do plano do anel: é a forma cis. No segundo modelo, um átomo de cloro está acima e outro abaixo do plano do anel: é a forma trans. CIS-TRANS Como ficam os nomes dos compostos, respectivamente? 1. Cis-1,2-dicloro-ciclopropano 2. Trans-1,2-dicloro-ciclopropano CIS-TRANS A isomeria cis-trans está presente nos óleos vegetais, os chamados poliinsaturados devido às ligações duplas presentes nas moléculas. CIS-TRANS CIS-TRANS Quando margarinas são produzidas, visando à obtenção de consistência sólida, o acréscimo de hidrogênios (hidrogenação) satura as moléculas favorecendo o aumento de colesterol e triglicérides no sangue. Nomenclatura E e Z Definição Isomero E e Z C C Cl H Cl H C C Cl H H Cl cis-1,2-dicloroeteno trans-1,2-dicloroeteno C2H2Cl2 C2H2Cl2 p.e. 60 oC p.e. 48 oC p.f. -80 oC p.f. -50 oC Densidade 1,284 g mL-1 dens. 1,446 g mL-1 ISOMERISMO CIS E TRANS Ocorre em Alcenos e Cicloalcanos Propriedades físicas CONFORMEROS BUTANO ENANTIÔMEROS Quiralidade: propriedades semelhantes às das mãos. Um objeto que não se sobrepõe com sua imagem especular é quiral. Caso um objeto e sua imagem no espelho possa coincidir no espaço, então eles são ditos aquirais. Objetos quirais: um par de luvas, as lâminas de uma tesoura, um escada em espiral, uma pessoa, um abridor de rolhas de cortiça, hélices, etc. Objetos aquirais: um lápis, um ovo, um cubo, monitor de TV, etc. QUIRALIDADE AQUIRAIS QUIRAIS Carbono assimétrico Uma inspeção cuidadosa da estrutura do 2-iodobutano revela que é uma molécula quiral. Existem duas estruturas isoméricas que não se sobrepõem. 2-iodobutano C CH3 CH2CH3H I 2-iodobutano C CH3CH2 CH3 I H centro quiral ou estereocentro Para converter um dos enantiômeros no outro, é preciso quebrar e reformar ou distorcer a molécula através de uma geometria plana. Este processo requer uma enorme energia para interconverter uma estrutura na outra, uma barreira de energia em geral não disponível em uma reação química. Este tipo de isomeria é chamada de estereoisomerismo. ENANTIÔMEROS Alice no País do Espelho, Lewis Carrol (pseudônimo de Charles L. Dogson,1832-1898): L&PM Pocket, Porto Alegre, 2009, pag. 24. “Você gostaria de morar na Casa do Espelho, gatinho? Fico pensando se o pessoal de lá vai dar leite a você... Pode ser que o leite do Espelho não seja bom de beber”. R S aspartamo amargo aspartamo 100x mais doce que o açúcar Ph N H3CO2C H H O CO2H NH2H Ph N H3CO2C H H O CO2H NH2H SR SR (+)-carvona hortelã (-)-carvona cominho (alcarávia) OO (+)-limoneno odor limão (+)-limoneno odor laranja Substâncias Quirais no nosso organismo Todos os carboidratos são quirais; Todos os aminoácidos proteinogênicos são quirais, com exceção do mais simples, a glicina; Têm propriedades semelhantes as das mãos (ou seja, são quirais): as proteínas, as enzimas, o RNA, o DNA, um número significativo dos princípios ativos de fármacos, de substâncias naturais, etc. Os aminoácidos são um dos blocos construtores da vida. A partir dele são feitas a proteínas, e a grande maioria das enzimas. Notem também que os aminoácidos possuem um carbono quiral, e portanto, aparece na forma de enantiômeros. Quando tratamos de aminoácidos, bem como de carboidratos, não costumamos usar o sistema de nomenclatura R/S mas o D/L, que segue regras diferentes. O interessante é que, todos os aminoácidos de importância biológica são do tipo L (exceto a glicina, que é aquiral). A natureza, ao invés de produzir aminoácidos de dois tipos, “resolveu fazê-los” apenas do tipo L. Minhas proteínas, suas proteínas, as proteínas de todo ser vivo aqui na terra, são “canhotas”. Substâncias Quirais no nosso organismo Como que por mero capricho, os carboidratos, outra classe vital de biomolécula, são todas D (ao menos os de importância biológica). Na figura acima, ao lado da L-alanina, temos a D-glicose, a nossa principal fonte de energia (e não é apenas “a glicose”, mas a D-glicose). Isso significa que se fôssemos alimentados com açúcares “canhotos”, como a l-Glicose, por exemplo, simplesmente morreríamosde fome! Aminoácidos, proteínas, e boa parte das enzimas são “canhotas”, e os carboidratos “destros”. Para isso ficar ainda mais legal, o nosso DNA também é “destro”. A quiralidade vai além do desvio da luz, A VIDA DEPENDE DA QUIRALIDADE. Substâncias Quirais no nosso organismo A importância Biológica da Quiralidade A interação específica de um sítio receptor quiral para com uma molécula quiral acontece usualmente de modo favorável apenas de uma maneira Encaixe perfeito Não tem encaixe Atividade Ótica POLARÍMETRO POLARÍMETRO Aquiral Quiral Nomenclatura Levogiro e Dextrogiro (d) (+) ou (l) (-) https://www.youtube.com/watch?v=NUqFW7jNUpU 9 Treinando.... Nomenclatura R e S (Nomenclatura Cahn-Ingold-Prelog) Como atribuir uma estrutura a um determinado enantiômero? Qual é a estrutura do (+)-2-iodobutano? Qual é a do (-)-2-iodobutano? Quando dois dos átomos ligados diretamente ao estereocentro forem o mesmo, a prioridade é atribuída no primeiro ponto de diferença entre esses mesmos substituintes. C CH3CH2 CH3 I H 1 2 3 4 (S)-2-iodobutano C CH3 CH2CH3H I 1 4 2 3 (R)-2-iodobutano Nomenclatura R e S (Nomenclatura Cahn-Ingold-Prelog) Exercício 6.2 Escreva a estrutura do (S)-3-cloro-2,6-dimetil-heptano. Exercício 6.3 Atribua as configurações R e S para os compostos seguintes. Cl Cl H HO H CH3 (a) (b) 10 Portanto, são opticamente inativos. Mistura Racêmica