Isomeria

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ISOMERIA
Isomeria - Compostos diferentes com a mesma fórmula molecular.
Isomeria plana 
Isomeria de cadeia - Mesma função e cadeias carbônicas diferentes. 
Isomeria de posição - Mesma função, mesma cadeia carbônica, diferentes posições dos átomos ou radicais a ela ligados. 
Isomeria de função - Diferente função química. 
	Principais casos
	álcool e éter 
álcool aromático, éter e fenol 
aldeído e cetona 
ácido carboxílico e éster. 
Isomeria de compensação ou metameria - Diferente posição de um heteroátomo na cadeia. 
Tautomeria - Isômeros em equilíbrio químico. 
	Principais casos
	aldeído Û enol
cetona Û enol
Isomeria de posição 
Os isômeros pertencem à mesma função química e possuem a mesma cadeia carbônica, diferenciando apenas, pela posição de uma ramificação, ou de um grupo funcional, ou uma insaturação (ligações duplas, ou triplas).
 
	
	
	
Isomeria de cadeia ou núcleo 
Os isômeros pertencem à mesma função química, mas possuem cadeias carbônicas diferentes.
	
	
Isomeria de função
Os isômeros pertencem à funções químicas diferentes.
	
	
	
	
Metameria ou isomeria de compensação
Os isômeros pertencem à mesma função e apresentam a mesma cadeia carbônica, mas apresentam diferença na posição do heteroátomo.
A metameria pode ser considerada um caso de isomeria de posição. (Heteroátomo - átomo dentro da cadeia carbônica diferente do carbono. São considerados heteroátomos: N, O, P, S.)
	
	
Tautomeria
É um caso especial de isomeria de função.
A tautomeria acontece quando ocorre um rearranjo de átomos ou grupo de átomos em uma molécula. Isso ocorre como em uma reação, onde um composto se transforma em outro, sendo mantido um equilíbrio.
	
	
Os isômeros espaciais possuem a mesma fórmula molecular e também a mesma fórmula estrutural plana, diferenciando apenas nas fórmulas estruturais espaciais.
Os isômeros espaciais podem ser divididos em geométricos e ópticos.
Isomeria geométrica (cis-trans ou Z-E)
Os isômeros são compostos que possuem a distribuição espacial diferentes. Este tipo de isomeria espacial, ocorre, caso existam ligações duplas ou cadeia fechada ou ainda, os ligantes estejam ligados à carbonos diferentes.
Os isômeros podem ser classificados como cis(Z) ou trans(E).
cis(Z) - do mesmo lado, juntos, no mesmo lado do plano de simetria.
trans(E) - em lados opostos do plano de simetria.
	
	
Os isômeros cis e trans possuem propriedades físicas diferentes, tais como, PF, PE e densidade.
Isomeria óptica
A luz polarizada
          Uma lâmpada incandescente emite uma luz que é constituída de ondas eletromagnéticas, que se propagam com vibrações em infinitos planos, formando, teoricamente, um movimento espiralado. Esse movimento é resultado da composição das diversas vibrações em vários planos. Se "filtrarmos" essas vibrações de modo que se tenha vibração em apenas um plano, teremos a chamada luz polarizada. Veja o esquema abaixo:
Os dispositivos capazes de "filtrar" os planos de propagação da luz são denominados polarizadores. Existem muitas maneiras de polarizar a luz. Uma delas é utilizar o prisma de Nicol - um cristal transparente de CaCO3 denominado espato da Islândia, que possui a propriedade de produzir a dupla refração da luz. Para cada raio incidente saem dois raios refratados. Esses dois raios refratados são polarizados, porém, em planos diferentes. Para obter a luz em um único plano de vibração é preciso eliminar um desses raios. Para isso o prisma é cortado segundo um plano diagonal e em seguida as partes cortadas são coladas com uma resina transparente denominada bálsamo do Canadá. Essa resina é mais refringente que o cristal; um dos raios atinge o bálsamo com um ângulo de incidência maior que o ângulo limite e, consequentemente, é refletido. Somente um dos raios é capaz de atravessar o prisma. Temos então a luz polarizada:
A atividade óptica
          Algumas substâncias, sólidas ou líquidas, possuem a capacidade de produzir um desvio no plano da luz polarizada. São chamadas substâncias opticamente ativas. Quando esse desvio é para a direita (no sentido horário) dizemos que a substância é dextrógira (representada pela letra d ou pelo sinal +). Quando o desvio é para a esquerda (no sentido anti-horário) dizemos que a substância é levógira (representada pela letra l ou pelo sinal -). Quando uma substância opticamente ativa é atravessada pela luz polarizada, ocorre uma rotação no plano de vibração, que é então passado por um analisador, que faz a leitura do ângulo de rotação (desvio do plano). A atividade óptica se manifesta nos seguintes casos:
Quando nos cristais, estes devem ser assimétricos, ou seja, não ter nenhum plano de simetria. 
Quando nos líquidos, estes devem ser formados por moléculas assimétricas. 
Assimetria e Quiralidade molecular
          Por exemplo, num par de sapatos, o pé esquerdo não serve no pé direito e vice-versa. Logo o par de sapatos é composto por duas formas diferentes, ou seja, não coincidentes. Observe ainda que um pé direito do sapato diante de um espelho é a imagem do pé esquerdo e vice-versa. Dizemos que esta é a imagem especular do objeto. Já uma xícara, uma faca ou uma bola possuem uma imagem especular que coincide com o objeto, pois apresentam pelo menos um plano de simetria. O mesmo pode ser aplicado para moléculas. Veja a comparação entre uma molécula simétrica (cloro-metano) e uma molécula assimétrica (ácido láctico), ambas diante de um espelho imaginário:
O par objeto-imagem de uma molécula assimétrica é denominado par de enantiômeros ou antípodas ópticas. O fenômeno que impede a sobreposição da imagem especular da molécula com seu objeto é denominado quiralidade molecular e as moléculas são ditas quirais. Um fator determinante da quiralidade molecular é a presença do carbono assimétrico. Carbono assimétrico é um átomo de carbono saturado (hibridação sp3), que apresenta quatro radicais diferentes ligados a ele. Com essa estrutura, a molécula não apresenta nenhum plano de simetria e sua imagem especular terá estrutura não coincidente (Obs: O carbono assimétrico é marcado com um asterisco: C*). Observando a representação da molécula do ácido láctico abaixo podemos constatar que a sua imagem especular não coincide com o objeto:
          Perceba que, sobrepondo a imagem com o objeto, as estruturas não coincidem. Concluímos então que essa molécula é quiral e existem para ela duas estruturas possíveis no espaço. 
Rotação específica
          Os enantiômeros possuem propriedades físicas e químicas idênticas, pois são o mesmo composto, com igual número e tipo de átomos e ligações. Registra-se apenas uma característica diferente: a rotação causada no plano da luz polarizada. Apenas o sentido da rotação é diferente. A magnitude da rotação é a mesma. Se, por exemplo, num dos isômeros, a rotação específica é de + 5,756o, no outro é de - 5,756o.
          Quando se misturam os enantiômeros em quantidades iguais, tem-se uma mistura racêmica ou racemato, opticamente inativa. Isso porque as moléculas levógiras anulam o efeito das dextrógiras sobre a luz polarizada e vice-versa. Numa substância opticamente ativa, não contaminada pelo respectivo enantiômero, a rotação provocada pelas moléculas não é anulada, já que nenhuma molécula pode ser considerada como imagem em espelho plano de outra, seja qual for a distribuição em que elas se encontrem no espaço.
Plano de simetria
          Vamos exemplificar com uma molécula simples, de geometria tetraédrica. Para maior facilidade de visualização vamos considerar cada vértice do tetraedro como um átomo distinto, ligado ao átomo central. Podemos ter quatro situações possíveis (chamaremos o átomo central de A e os ligantes de B, C, D e E): 
AB4 (quatro ligantes iguais em torno do átomo central) - A molécula é simétrica. Qualquer plano passando por duas ligações dividem-na em duas partes equivalentes. 
AB3C (três ligantes iguais e um diferente em torno do átomo central) - A molécula é simétrica. Um plano quepasse pelo átomo diferente divide a molécula em duas partes equivalentes. 
AB2CD (dois ligantes iguais e dois diferentes em torno do átomo central) - A molécula é simétrica. Um plano que pelos dois átomos diferentes divide a molécula em duas partes equivalentes. 
ABCDE (todos os ligantes diferentes em torno do átomo central) - A molécula é assimétrica. Por quaisquer duas ligações que passemos um plano, nunca conseguiremos duas metades equivalentes da molécula. 
          Veja as representações abaixo. A molécula ABCDE é a única que não resulta duas metades equivalentes quando cortada por um plano que passe por duas ligações. Por não ter nenhum plano de simetria, moléculas desse tipo são ditas assimétricas.
Moléculas com mais de um carbono assimétrico
          Em moléculas que apresentam mais de um carbono assimétrico, podemos calcular o número de estereoisômeros por 2n, onde n é o número de carbonos assimétricos da molécula. No entanto, quando existem carbonos assimétricos idênticos, a simetria de algumas estruturas elimina alguns estereoisômeros. Para ter certeza, em duas dimensões, se duas estruturas são ou não sobreponíveis, recorre-se à representação de Fischer *. Veja um exemplo:
          Tente girar a imagem fazendo rotações no sentido horário e anti-horário, sem tirar a molécula do plano do papel. Se você conseguir coincidir exatamente a imagem com seu objeto, significa que ambas são uma mesma estrutura espacial. Das moléculas acima, I e II são enantiômeros, pois, não são sobreponíveis. Já III e IV são a mesma estrutura, pois consegue-se sobrepô-las, girando uma delas em 180o. Comparada a I e II, a estrutura III (estamos desconsiderando arbitrariamente a estrutura IV) não tem relação objeto-imagem. Dizemos que I e III (ou II e III) são diasteroisômeros. A estrutura III é chamada mesocomposto. 
Configuração relativa
          A configuração relativa é um tipo de classificação dos compostos através da sua esturtura estérica, descrevendo a relação entre dois centros assimétricos. Baseia sua nomenclatura na estrutura do gliceraldeído e é usada somente para compostos derivados dele - os açúcares. Veja:
          Assim, da mesma forma, para outros açúcares, aqueles que apresentarem maior número de hidroxilas para a direita são classificados como D e aqueles que apresentarem maior número de hidroxilas para a esquerda são classificados como L. Não confunda D e L (maiúsculos) com d e l (minúsculos). Os primeiros indicam uma configuração molecular específica para açúcares e os segundos indicam o desvio do plano da luz polarizada para a direita ou para a esquerda, nos compostos com atividade óptica. Pode inclusive acontecer de um açúcar L ser dextrógiro (d) ou vice-versa. Isso mostra que não existe nenhuma relação entre D-L e d-l.
Resolução de racematos
          Proceder com a resolução de um racemato (mistura racêmica) significa separar seus enantiômeros um do outro, . Sabemos que enantiômeros possuem propriedades idênticas, à exceção do sentido de rotação do plano da luz polarizada). Por isso, não podem ser separados por destilação ou cristalização fracionadas. A única maneira de separar dois enantiômeros é química, e não física. Por exemplo, se o racemato a ser resolvido for uma mistura de caráter ácido, trata-se esta com um composto de caráter básico, e vice-versa, de maneira que resultem sais, com ambas as confugurações (R e S). No entanto, estes sais não são sobreponíveis no espelho plano, ou seja, não são enantiômeros, mas diasteroisômeros. Estes, por sua vez, possuindo propriedades diferentes, podem ser separados por cristalização fracionada. Veja o esquema:
          Uma vez separados os dois sais, pode-se recuperar de cada um deles os dois enantiômeros separadamente. Os diasteroisômeros AB são tratados com H+, regenerando-se o ácido/base (B) e o enantiômero (A). Como B é polar, solubiliza-se em água, e A, um composto apolar ou fracamente polar, solubiliza-se em solvente orgânico. Veja um exemplo que mostra a formação dos diasteroisômeros:
Carbono assimétrico 
Carbono assimétrico ou quiral - Tem os quatro átomos ou radicais a ele ligados diferentes entre si. Carbono com ligação dupla ou tripla nunca pode ser assimétrico. 
Compostos com 1C * - Um isômero dextrógiro, um levógiro e um racêmico (formado por quantidades equimolares do dextrógiro e levógiro). 
Compostos com 2C * diferentes - Dois isômeros dextrógiros, dois isômeros levógiros, formando dois pares de antípodas ópticos e dois racêmicos. 
Compostos com 2C * iguais - Um isômero levógiro, um dextrógiro, um racêmico e um meso ou mesógiro (inativo por compensação interna). 
Compostos com nC * diferentes - 2n isômeros opticamente ativos, sendo 2n-1 dextrógiros, 2n-1 levógiros e 2n-1 racêmicos. (lei de van't Hoff) 
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