Isomeria

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UNIDADE 24 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: a) os dois hidrogênios substituídos estão b) os dois hidrogênios substituídos estão ligados ao mesmo carbono: ligados a carbonos diferentes: C2H4Cl2 1-1-dicloroetano 1-2-dicloroetano Os dois compostos diferentes possuem os mesmos átomos, na mesma quantidade, mas apresentam estruturas diferentes. Esse é um exemplo do fenômeno denominado isomeria. Isomeria: fenômeno caracterizado pela ocorrência de duas ou mais substâncias dife- rentes, que apresentam a mesma fórmula molecular mas diferentes fórmulas estruturais. O estudo da isomeria será dividido em duas partes: plana e espacial (estereoiso- meria).552 PARTE 3 - QUÍMICA ORGÂNICA ISOMERIA PLANA Nesse tipo de isomeria, verifica-se a diferença entre os isômeros através do estudo de suas fórmulas estruturais planas. A seguir, vamos estudar os cinco casos de isomeria plana. Isomeria de função: os isômeros pertencem a funções diferentes. Isômeros Fórmula Função e fórmula Função e fórmula molecular estrutural estrutural álcool éter C2H6O - - H3C - O - CH3 aldeído cetona O C3H6O O H H3C C ácido éster O C3H6O2 O OH H3C - O - CH3 álcool fenol C7H8O - OH CH3 Isomeria de cadeia ou núcleo: os isômeros pertencem à mesma função, mas apre- sentam diferentes tipos de cadeia. Isômeros Fórmula Função e fórmula Função e fórmula molecular estrutural estrutural aldeído aldeído O O 11 C4H8O - CH - C H H CH3 (reta) (ramificada) hidrocarboneto hidrocarboneto CH2 C3H6 C=CH-CH3 = (aberta) (fechada)Unidade 24 - Isomeria 553 Isomeria de posição: os isômeros pertencem à mesma função e têm o mesmo tipo de cadeia, mas apresentam diferença na posição de um grupo funcional, de uma rami- ficação ou insaturação. Isômeros Fórmula Função e fórmula Função e fórmula molecular estrutural estrutural álcool álcool OH OH C3H8O H3C-CH-CH3 hidrocarboneto hidrocarboneto C4H6 Isomeria de compensação ou metameria: os isômeros pertencem à mesma função e apresentam o mesmo tipo de cadeia, mas apresentam diferença na posição de um heteroátomo. Isômeros Fórmula Função e fórmula Função e fórmula molecular estrutural estrutural amina amina C4H11N - CH3 H3C - éster éster O O C4H8O2 HC CH2 - Isomeria dinâmica ou tautomeria: esse é um caso particular de isomeria de função, no qual os isômeros coexistem em equilíbrio dinâmico em solução. Os principais casos de tautomeria (tautos = dois de si mesmo) envolvem compos- tos 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 aldeído, por ser mais estável, está presente em maior concentração. Observe os exemplos: H OH O aldeído H- C - C H-C=C-H enol H H H554 PARTE 3 QUÍMICA ORGÂNICA H OH cetona H C C CH3 enol H A solução que contém os dois tautômeros é denominada alelotrópica, e ambos os equilíbrios são genericamente denominados cetoenólicos. Exercícios de classe 1. Construa as fórmulas estruturais de: a) são isômeros de posição. I - dois alcanos de fórmula molecular b) são metâmeros. II - dois alquinos e dois dienos de fórmula c) são isômeros funcionais. molecular C4H6. d) ambos são ácidos carboxílicos. III três diclorobenzenos. e) o composto I é um ácido carboxílico, e o IV - dois aldeídos e uma cetona de fórmula composto II é um éter. molecular 5. (UFPel-RS) As formigas, principalmente as cor- V dois álcoois e um éter de fórmula mole- tadeiras, apresentam uma sofisticada rede de cular comunicações, entre as quais a química, 2. (UFRS) A fórmula molecular pode baseada na transmissão de sinais por meio de representar compostos pertencentes às substâncias voláteis, chamadas feromônios, funções: variáveis em composição, de acordo com a espécie. feromônio de alarme é empregado, a) hidrocarboneto, álcool e aldeído. primeiramente, na orientação de ataque ao b) álcool e éter. inimigo, sendo constituído, em maior propor- c) aldeído e cetona. ção, pela 4-metil-3-heptanona, além de outros d) ácido carboxílico, aldeído e álcool. componentes secundários já identificados, tais como: 2-heptanona, 3-octanona, 3-octanol e) éter, cetona e éster. e 4-metil-3-heptanol. 3. (UERJ) Na tentativa de conter o tráfico de dro- (Ciência Hoje. n. 35. V. 6.) gas, a Polícia Federal passou a controlar a a) Qual o nome dos grupos funcionais pre- aquisição de solventes com elevado grau de sentes na estrutura da 2-heptanona e do pureza, como o éter (etóxi-etano) e a acetona 3-octanol, respectivamente? (propanona). Hoje, mesmo as universidades b) Quais as funções orgânicas representadas só adquirem esses produtos com a devida au- pelos compostos 4-metil-3-heptanona e torização daquele órgão. A alternativa que 4-metil-3-heptanol, respectivamente? apresenta, respectivamente, isômeros fun- c) Identifique um par de isômeros de cadeia, cionais dessas substâncias é: relacionados no texto. a) butanal e propanal. b) 1-butanol e propanal. 6. (UFRJ) As cetonas se caracterizam por apre- c) butanal e 1-propanol. sentar o grupo funcional carbonila em carbono d) 1-butanol e 1-propanol. secundário e são largamente utilizadas como solventes orgânicos. 4. (UFRS) A respeito dos seguintes compostos, a) Apresente a fórmula estrutural do isômero pode-se afirmar que: de cadeia da 3-pentanona. o o b) As cetonas apresentam isomeria de função com os aldeídos. CH2 C H3C C CH3 / / Escreva a fórmula estrutural da única ceto- H3C CH2 OH CH2 na que apresenta apenas um aldeído IIUnidade 24 - Isomeria 555 ISOMERIA ESPACIAL Nesse tipo de isomeria, a diferença entre os isômeros 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 molecu- lar: C2H2Cl2. H H Cl C C C C plano imaginário H H etileno H 1, 2-dicloroetileno H H Cl C C Cl H 1, 2-dicloroetileno As fórmulas estruturais podem ser feitas da seguinte forma: Cl Cl Note que os 2 átomos de H estão do mesmo lado do plano imaginário, sendo esta disposição denomina- H H da cis: cis-1, 2-dicloroetileno. H Note que os 2 átomos de H estão em lados opostos G do plano imaginário, sendo esta disposição denomi- H Cl nada trans: trans-1, 2-dicloroetileno As diferentes disposições espaciais dos átomos provocam alterações nas pro- priedades físicas desses compostos, como, por exemplo, na temperatura de ebulição, isso porque tais mudanças acarretam diferença de polaridade das moléculas. H C C C H Cl H H cis = molécula polar trans = molécula apolar TE = 60,3 °C TE = 47,5 °C556 PARTE 3 - QUÍMICA ORGÂNICA 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 esquema: Y-C=C-A Y : obrigatoriamente diferente de X em que e , X B A : obrigatoriamente diferente de B Vejamos alguns exemplos: 2-penteno Diferentes Diferentes H H3C H cis / / C C C C / / H H trans Diferentes Diferentes Representação simplificada da diferença Cis-2-penteno Trans-2-penteno na estrutura dos isômeros geométricos. 2-bromo-1-cloropropeno H Cl Cl H Neste caso, os dois isômeros geométricos / / não podem ser identificados pelos prefixos cis C C e trans, pois não apresentam nenhum ligante igual nos dois carbonos da dupla ligação. C C Em tais casos, devemos utilizar as designações Br CH3 Br CH3 O isômero Z é aquele que apresenta dois ligantes de cada C da com os maiores números atômicos; outro isômero será E. No exemplo dado, temos: Z=6 * H CH3 H Br C=C C = C * * * Cl. Br H3C Z=17 Z=35 Z-2-bromo-1-cloropropeno E-2-bromo-1-cloropropeno Observação: Em alguns exames vestibulares, critério de ligantes com maior número atômico do mesmo lado do plano é usado para caracterizar o isômero cis, sendo outro isômero considerado trans.Unidade 24 - Isomeria 557 Compostos cíclicos Os compostos cíclicos devem apresentar grupos ligantes diferentes em pelo menos dois carbonos do ciclo. De acordo com esquema: H2 C / \ { Y : obrigatoriamente diferente de X em que e X- - C- B , A : obrigatoriamente diferente de B Y A Vejamos um exemplo: H2 cis-1, C Cl Cl / \ H-C-C- H Cl trans-1, Cl Cl Cl 1, Exercícios de classe 1. Considere as fórmulas planas dos seguintes f) H3C C-C=C-CH3 - compostos: Br H a) = g) H2 CH3 C CH3 C b) H3C CH2 H H h) c) - C - CH3 H H Br - C - CH2 H d) H H H C H C C Resolva: H3C CH3 a) Quais compostos apresentam isomeria geométrica? e) H3C b) Faça a representação espacial dos isôme- ros de cada composto que apresenta iso- meria geométrica.558 PARTE 3 - QUÍMICA ORGÂNICA 2. Considere os hidrocarbonetos a seguir: b) Calcule as percentagens de carbono e a) 1-penteno; hidrogênio desse alqueno. b) 2-penteno; (Dados: massas atômicas: C = 1) c) 3-hexeno; c) Represente os isômeros estruturais pos- d) 2-metil-1-penteno; síveis a partir da fórmula molecular desse e) 2-metil-2-penteno; alqueno. f) 2-metil-3-hexeno; 4. (Fuvest-SP) Quantos isômeros estruturais e g) 1, 1-dimetil-ciclopentano geométricos, considerando também os cícli- h) 1, 2-dimetil-ciclopentano cos, são previstos com a fórmula molecular Resolva: a) Quais apresentam isomeria geométrica? C3H5Cl? b) Escreva as fórmulas espaciais dos compos- a) 2. d) 5. tos que apresentam isomeria geométrica. b) 3. e) 7. c) 4. 3. (UFOP-MG) Considere o alqueno de menor massa molecular que apresenta isomeria geométrica. 5. Qual é o nome e a fórmula estrutural do a) Represente as fórmulas estruturais (cis e do de menor massa molar que apresenta iso- trans) desse alqueno. meria geométrica? ISOMERIA ÓPTICA A isomeria óptica está 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. plano de polarização polarizador polarizador não-polarizada polarizada Algumas substâncias têm a propriedade de desviar o plano de vibração da luz polari- zada e são denominadas opticamente ativas. Essa propriedade caracteriza os compos- tos que apresentam isomeria óptica. O desvio do plano de vibração pode ocorrer em dois sentidos: a) desvio para lado direito = isômero dextrogiro (d); b) desvio para lado esquerdo = isômero levogiro (l). Esse desvio é determinado experimentalmente por um aparelho denominado polarímetro, esquematizado a seguir:Unidade 24 - Isomeria 559 substância opticamente ativa Isomeria óptica e assimetria molecular A condição necessária para a ocorrência de isomeria óptica é que a substância apre- sente assimetria. Conceito de simetria 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 ao lado: 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 carac- Quando colocamos a mão direita diante de um terística importante dessas estruturas é que espelho plano, a imagem obtida é revertida e elas não são sobreponíveis. corresponde, então, à mão esquerda. 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 dife- rentes entre Na fórmula estrutural, carbono quiral é indicado por um asterisco (*). Genericamente. temos: G3 G3 em que: G1 G1 G4 G2 fórmula estrutural plana560 PARTE 3 QUÍMICA ORGÂNICA O ácido láctico, encontrado tanto no leite azedo quanto nos músculos, apresenta a seguinte fórmula estrutural. OH OH OH C* C OH H C H3O COOH HOOC CH3 ácido láctico ou H H ácido 2-hidroxipropanóico objeto espelho plano imagem A presença de 1 carbono assimétrico (1 C*) determina a existência de dois isômeros opticamente ativos: ácido d-láctico e que são química e fisicamente iguais e fisiologicamente diferentes, provocando mesmo desvio angular, porém em sentidos opostos. Um par de isômeros opticamente ativos [(d) e os quais apresentam 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 uti- lizar um polarímetro. É impossível obter tal informação mediante a simples análise da fórmula estrutural do Assim, tomando-se exemplo do ácido láctico, temos: OH O d isômeros opticamente ativos H3C C* C l (IOA) (enantiomorfos) OH C* H isômero opticamente inativo ácido láctico (IOI) Quantidade de carbonos assimétricos e número de isômeros ópticos com um carbono quiral (C*) exemplo dado permite concluir que para um carbono assimétrico ou quiral temos: 2 isômeros opticamente ativos (IOA) 1 isômero opticamente inativo (IOI) 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:Unidade 24 - Isomeria 561 quantidade de isômeros opticamente ativos (IOA) quantidade de isômeros opticamente inativos (IOI) (misturas racêmicas) em que n = número de carbonos assimétricos diferentes. Veja o exemplo: OH H - H CH3 n = número de carbonos assimétricos diferentes = 2 { = antípodas ópticos IOA = antípodas ópticos e Quaisquer outros pares (d1 e e l2; d2 e e l2) são denominados diastereoisômeros cíclicas A isomeria óptica ocorre também em compostos cíclicos, em função da assimetria molecular. Embora nessas moléculas não existam carbonos assimétricos (C*), para determinar número de isômeros, deve-se considerar sua existência. Para isso, devemos levar em conta os ligantes fora do anel e considerar como li- gantes as no sentido horário e anti-horário no anel. Vejamos um exemplo: H H C H3C-C-C-OH - O carbono (C3) não pode ser considerado um carbono assimétrico, pois apresenta ligantes iguais. Ligantes fora Sentido do percurso no anel do anel Horário Anti-horário - CH - CH2 CH- C(1) -H CH3 CH - C(2) -H CH3 OH OH562 PARTE 3 QUÍMICA ORGÂNICA Logo, pode-se considerar que essa molécula apresenta 2 C* diferentes. Em com- postos cíclicos, após determinar número de carbonos que funcionam como C*, pode- se determinar número de isômeros ópticos, como nos compostos alifáticos, usando expressões matemáticas. Neste exemplo, temos: = 4 = 2 = 2 = Observação: Em algumas como a do ácido tartárico (2, temos dois carbonos assimétricos iguais (mesmos ligantes). Neste caso, não podemos utilizar as expressões 2n e 2n 2 OH OH * C C C HO OH H H Os carbonos a e b apresentam o mesmo ângulo de desvio (experimentalmente Assim, temos as seguintes possibilidades: Os 2 para Os 2 para a 1 para a direita, outro Desvios dos C* a direita esquerda para a esquerda Valor do desvio +12° -12° 0° d l Tipo de isômero meso racêmico(dl) isômero meso é opticamente inativo por uma compensação de desvios no interior da molécula. assimétricas Na maioria dos processos biológicos, somente um dos isômeros ópticos é ativo. Por exemplo, o isômero dextrogiro do LSD causa alucinações, ao passo que o isômero levo- giro não produz nenhum efeito. do O C2H5 LSD = * N C NH C2H5 * N CH3 Morning Glory. Observação: Existem outros casos de isomeria óptica que envolvem estudos particularizados das suas estru- turas e que não são considerados importantes para o nosso curso.Unidade 24 Isomeria 563 Isomeria óptica - Prêmio Nobel o composto limoneno, por exemplo, dá origem a dois aromas diversos: (S)-limoneno (levogira) (R)-limoneno (dextrogira) cheiro de limão cheiro de laranja Uma Química de aplicações práticas, com papel fundamental na criação de novos remédios, foi premiada com o Nobel de 2001. Os vencedores são o japonês Ryoji Noyori e os americanos William Knowles e K. Barry Sharpless. Os cientistas criaram métodos que permitem, numa reação química, obter um produto puro e específico. E esse produto pode ser, por exemplo, um medicamento contra o mal de Parkinson ou um remédio para o A maioria das moléculas da vida existe, na verdade, em duas formas: uma é como se fosse a imagem da outra no espelho. São as moléculas quirais. Apesar de as duas formas serem quase idênticas, a PERIGO diferença sutil muda inteiramente o efeito da substância. No caso do adoçante aspartame, por exemplo, uma das No caso de remédios, mo- imagens é doce a outra amarga. léculas quirais podem ser muito perigosas. Numa reação química normal, as duas imagens de uma molécula são produzidas. Uma vez prontas, é difícil sepa- Foi o caso da talidomida: rá-las. Os ganhadores do Nobel criaram catalisadores só uma das versões servia substâncias que apressam as reações químicas que para tratar náuseas de mu- levam especificamente à imagem desejada. grávidas; a forma es- pelhada causou muitas defor- Segundo a Sociedade Química Americana, o mercado mações em fetos humanos, mundial para remédios desenvolvidos a partir dessa nos anos 60. pesquisa básica chega hoje a R$ 370 Aplicações Ao inventar maneiras seletivas de sintetizar compostos químicos, eliminando a versão quiral indesejada, Knowles, Noyori e Sharpless permitiram a produção de: l-dopa, medicamento usado para tratar mal de Parkinson; beta-bloqueadores, drogas usadas contra problemas cardíacos; antibióticos; adoçantes e flavorizantes artificiais; inseticidas. (Álvaro Pereira Jr. Folha de S. Paulo, 8 out. 2001. p. A-13.)564 PARTE 3 - QUÍMICA ORGÂNICA Exercícios de classe 1. Quais dos compostos seguintes apresentam OH carbono assimétrico? HO CH - Cl a) H3C - CH2 CH2 CH2 HO epinefrina (adrenalina) CH CH - Cl H3C b) H3C - CH-CH3 OH OH NH2 Cl treonina (aminoácido) c) H3C - CH CH2-CH3 4. A glicose é um monossacarídeo cuja fórmula H molecular é A sua concentração nor- mal no sangue humano é de 70 a 110 mg por d) H3C C - 100 mL de sangue, sendo a principal fonte de CH3 energia para as células. Sua estrutura pode H ser representada por: e) H3C - C OH OH OH OH o CH3 - CH - CH - CH - CH H H o OH f) H3C - C CH2 OH Com base na estrutura da glicose, responda: OH Quais são as funções presentes em uma OH molécula de glicose? g) C Indique: OH a) o número de carbonos assimétricos; b) o número de isômeros opticamente ativos; 2. (Unesp-SP) o adoçante artificial aspartame c) o número de isômeros opticamente inativos tem fórmula estrutural (racêmicos). H H o H H 5. (Fuvest-SP) o o C - C C N C - C HO o OCH3 H NH2 CH2 C o C C / / H CH3 H Sobre o aspartame, são feitas as seguintes afirmações: A substância com a fórmula acima é: I - apresenta as funções éster e amida; a) um éter cuja molécula tem dois car- - não apresenta isomeria óptica; bonos assimétricos. III - sua fórmula molecular é C14H13N2O5. b) uma cetona cuja molécula tem um carbono assimétrico. Indique a(s) opção(ões) correta(s). c) uma cetona cíclica, cuja molécula tem dois 3. Considere as seguintes estruturas e indique carbonos assimétricos. as funções presentes em cada fórmula e o d) um éster cíclico, cuja molécula tem um car- número de carbonos (quirais) assimétricos bono assimétrico. existentes. Identifique também o número de e) um éster cíclico, cuja molécula tem dois car- isômeros ópticos ativos (IOA). bonos assimétricos.Unidade 24 - Isomeria 565 6. (UFRJ) Os aminoácidos são moléculas orgâni- COOH cas constituintes das proteínas. Eles podem ser divididos em dois grandes grupos: os H2N - C H essenciais, que não são sintetizados pelo CH2 organismo humano, e os A seguir são apresentados dois aminoácidos, CH-CH3 leucina um de cada grupo: (essencial) CH3 a) A glicina pode ser denominada, pela nomen- COOH clatura oficial, de ácido amino etanóico. Por analogia, apresente o nome oficial da H2N leucina. glicina H b) Qual desses dois aminoácidos apresenta (não-essencial) isomeria ótica? Justifique sua resposta. Exercícios de contexto Açúcares e adoçantes Os carboidratos são compostos formados por C, H e O, sendo divididos em três cate- gorias: dissacarídeos e polissacarídeos. Monossacarídeos, ou açúcares simples, apresentam 6 carbonos (hexoses). São os mais encontrados nos alimentos em nosso organismo. Os dois monossacarídeos mais presentes em nosso organismo são a glicose e a frutose: H OH H OH OH o H OH OH C C C C C CH2OH HOH2C C C C C CH2OH H OH H H OH H H D-glicose D-frutose aldo-hexose ceto-hexose Esses açúcares apresentam sabor doce; porém, quando pensamos em na ver- dade pensamos no açúcar comum - a sacarose , um dissacarídeo cuja fórmula mole- cular é566 PARTE 3 QUÍMICA ORGÂNICA A sacarose é usada como referencial para compararmos a docura, tanto de outros açúcares como de adoçantes artificiais. Nessa comparação, adotaremos para a sacarose valor 100. A interpretação da tabela abaixo deve ser feita da seguinte maneira: Composto Doçura comparativa sacarose 100 100 g de glicose equivalem a 74 g de sacarose; glicose 74 100 g de frutose equivalem a 173 g de sacarose. frutose 173 Vários compostos orgânicos têm sido sintetizados com muito superior à sacarose. Esses adoçantes sintéticos não apresentam praticamente nenhum valor calórico, por isso são usados por pessoas que desejam ou necessitam diminuir a ingestão de açúcares - dia- béticos e obesos, por exemplo. O primeiro adoçante sintético foi a sacarina, descoberta em 1878. A sacarina atravessa organismo sem ser metabolizada, portanto seu valor calórico é igual a zero. Apesar de con- ferir sabor doce, após ingerida deixa um sabor residual amargo. O segundo foi ciclamato de sódio, descoberto em 1937. Por volta de 1970, algumas pesquisas mostraram que doses muito grandes de ciclamato produziam câncer em Embora nunca tenha sido provada sua relação com câncer ou outras doenças em seres humanos, seu uso foi proibido em alguns países. Um dos adoçantes sintéticos mais usados atualmente é aspartame, descoberto em 1965. O aspartame fornece ao organismo 4 cal/g e não deixa sabor desagradável. No organis- mo, aspartame sofre hidrólise, produzindo O ácido aspártico, fenilalanina e metanol. A pequena quantidade de metanol liberada não parece ser um problema, mas a pro- dução de fenilalanina é uma preocupação para pessoas que apresentam uma alteração metabólica conhecida como fenilcetonúria. Essas pessoas não têm, em seu organismo, a enzima fenilalanina hidroxilase, que transforma a fenilalanina. Assim, esta se acumula no organismo, provocando danos ao sistema Observe as fórmulas estruturais desses adoçantes: o o o o N H N S Na+ H2N CH C NH CH C o CH3 S H o CH2 CH2 o o COOH sacarina ciclamato de sódio aspartame A tabela abaixo mostra poder edulcorante comparativo desses adoçantes: Composto Doçura comparativa sacarose 100 sacarina 35000 ciclamato 3000 aspartame 15000 Assim, 100 g de sacarina equivalem a 35 000 g de sacarose.Unidade 24 - Isomeria 567 1. Escreva as fórmulas moleculares da glicose 11. Equacione a combustão completa de 1 mol e da frutose. de glicose. 2. o que você concluiria ao comparar essas 12. Determine o calor liberado na combustão duas fórmulas? completa de 18 g de glicose. 3. Indique os grupos funcionais presentes na (Dados: de combustão da glicose = glicose e na frutose. 2,8 106 J/mol; massa molar da glicose = 180 g/mol) 4. Qual o tipo de isomeria plana existente entre esses dois açúcares? 13. Se forem necessárias 3 colheres de saca- rose para adoçar um copo de suco de laran- 5. A hidrólise da sacarose - reação com a água ja (1 colher = 15 g de sacarose), quantos - produz glicose e frutose. Equacione a gramas de cada adoçante, aspartame e cicla- reação de hidrólise. mato, seriam necessários para se obter a 6. Escreva a fórmula molecular da galactose e mesma sensação de doce? da lactose, sabendo que: 14. A hidrólise do aspartame pode ser esquema- galactose = monossacarídeo; tizada da seguinte forma: lactose e maltose = dissacarídeos. o o I II III 7. Identifique os grupos funcionais presentes NH2 CH C NH CH no aspartame. CH2 CH2 8. Indique quantos carbonos assimétricos e quantos isômeros ópticos ativos apresentam: COOH - glicose, II - frutose, III - aspartame. Associe os grupos I, e III aos nomes abaixo relacionados: fenilalanina, metanol, ácido 9. Classifique em ionico ou molecular os aspártico. sacarina, ciclamato de sódio e aspartame. 15. Você já deve ter notado que muitas pessoas 10. Se prepararmos uma solução aquosa de gli- utilizam adoçantes para emagrecer ou man- cose e outra de ciclamato de sódio, qual irá ter a forma. Baseado nesse fato, discuta a conduzir corrente elétrica? Justifique. afirmação: "Adoçante engorda". Exercícios propostos Isomeria plana 3. (Unifor-CE) Certo composto tem fórmula molecular Ele pode ser um: 1. (PUC-MG) Analise os compostos a seguir: a) álcool ou um éter. 1. CH3COCH3 4. CH3CH2COOH b) aldeído ou uma cetona. 2. CH3COOCH3 5. CH3CH2CH2OH c) álcool ou uma cetona. 3. CH3CH2CHO 6. CH3OCH2CH3 d) éter ou um aldeído. São isômeros os pares: e) álcool ou um aldeído. a) 1 e 5; 2 e 4. d) 3 e 6; 1 e 5. b) 2 e 4; 3 e 5. e) 2 e 4; 3 e 6. 4. (ITA-SP) Considere as afirmações: c) 4. I - Propanal é um isômero da propanona. 2. (Unesp-SP) Têm a mesma fórmula molecular II Etil-metil-éter é um isômero do 2- C5H10: propanol. a) e III - 1-propanol é um isômero do 2-propanol. b) penteno-1 e ciclopentano. IV Propilamina é um isômero da trimetila- c) pentino-2 e ciclopenteno. mina. d) 2-metilbutano e e) 2, 2-dimetilpropano e etilciclopropano Quais são corretas?568 PARTE 3 - QUÍMICA ORGÂNICA 5. (UFV-MG) Com a fórmula molecular C3H8O sente a fórmula estrutural plana, com a existem três isômeros constitucionais. respectiva nomenclatura oficial, dos com- a) Represente as estruturas dos três postos correspondentes a: isômeros. a) um ácido carboxílico com 3 carbonos e b) Organize os três isômeros em ordem cres- cadeia saturada. cente dos seus pontos de ebulição. b) um álcool com 4 carbonos, cadeia aber- ta, ramificada e saturada. 6. (Unesp-SP) Há quatro aminas de fórmula c) um aldeído com 4 carbonos, cadeia satu- molecular C3HgN. rada e ramificada. a) Escreva as fórmulas estruturais das quatro d) um isômero funcional do aldeído do item aminas. b) Qual dessas aminas tem ponto de ebulição 10. (UFRJ - mod.) Com base nos seus conheci- menor que as outras três? Justifique a mentos de Química Orgânica, dê as infor- resposta em termos de estrutura e forças mações solicitadas a seguir: intermoleculares. 1. Nome do ácido isômero de função do metanoato de metila. 7. (Unitau-SP) o ácido benzílico, o cresol e o ani- 2. Nome oficial de CH3 - CH3. zol, respectivamente, 3. Nome oficial do isômero de cadeia do OH metilpropano. 4. Função química a que pertence o com- CH2 OH posto: o CH3 o CH3 C CH3 Isomeria geométrica são isômeros: a) de posição. 11. (EFOA-MG) Considere o 2-buteno. b) de função. a) Que tipo de isomeria o composto apre- c) de compensação. senta? d) de cadeia. b) Escreva as fórmulas estruturais e os nomes dos isômeros. e) 8. (Cesgranrio-RJ) Duas substâncias de odores 12. (PUC-PR) Dados os compostos: bem distintos curiosamente têm fórmula mole- 2-buteno cular idêntica (C6H12O2), o que caracteriza o - 1-penteno fenômeno da isomeria. Os odores e as subs- III - ciclopentano tâncias citadas são responsáveis, respectiva- IV - 1, 2-dicloro-ciclobutano mente, pelo mau cheiro exalado pelas cabras apresentam isomeria geométrica: (CH3 - - - COOH) a) Apenas e II. d) I, II, III e IV. e pela essência do morango (CH3 COO - b) Apenas II e III. e) Apenas I e IV. - CH2 - CHCH3 CH3). o tipo de isomeria c) Apenas I, II e III. que se verifica entre as duas substâncias é: 13. o ácido butenodióico apresenta isomeria a) de cadeia. geométrica. Seu isômero cis é denominado b) de função. ácido maléico e o isômero trans é denomi- c) de posição. nado ácido fumárico. Represente as fórmu- d) de compensação. las estruturais desses e) tautomeria. 14. (Centec-BA) Segundo a IUPAC, a nomen- 9. (UFPel-RS) Dentre os elementos químicos, o clatura correta para o composto representa- carbono é o que tem a maior facilidade de for- do a seguir é: mar cadeias. As cadeias carbônicas são se- OH qüências de carbonos ligados entre si. Tais não têm, teoricamente, limite de H número de carbonos. Levando-se em conta a H função, o número de carbonos e a classifi- HO cação aplicada às cadeias carbônicas, repre-Unidade 24 - Isomeria 569 a) 1, 4-dihidroxiciclopentano-cis. b) 1, 3-dihidroxiciclopentano-cis. c) 1, d) 1, e) 1, 15. (Fuvest-SP) A fórmula molecular C4H8 pode representar vários hidrocarbonetos. Dê a fórmula estrutural do: - isômero cis; II - isômero trans; III cíclico não-ramificado; 18. (PUC-PR) Dadas as fórmulas estruturais: IV insaturado de cadeia ramificada. H2N CH C o H2N CH C 16. (UFMG) o desenho representa a estrutura de um dos estereoisômeros do retinal, presente H3C OH H OH na retina do olho. alanina glicina podemos afirmar: 11 - As duas representam aminoácidos. 12 - Somente a alanina tem atividade óptica. III - As duas substâncias formam pontes de hidrogênio. CHO a) Somente a afirmativa é verdadeira. b) Somente a afirmativa II é verdadeira. a) Cite duas funções químicas exibidas pelo c) As afirmativas I, e III são verdadeiras. retinal. Represente por uma fórmula estru- d) Somente as afirmativas e II são ver- dadeiras. tural o grupo terminal CHO presente na molécula. e) Somente a afirmativa III é verdadeira. b) A absorção de um fóton de luz visível 19. (Vunesp-SP) o ácido lático, um produto do provoca uma modificação na estrutura do metabolismo humano, apresenta as retinal, seguintes características: H H fórmula molecular C3H6O3; absorção é opticamente ativo; R R' de um fóton é um composto que possui as funções álcool e ácido carboxílico. levando à formação de outro Escreva a fórmula estrutural e o nome oficial mero, pela modificação da geometria dos do ácido lático. substituintes ligados aos átomos da dupla 20. (UFPel-RS) Dos aminoácidos isolados dos ligação entre os átomos de carbono nume- seres vivos, apenas cerca de vinte (20) são rados como 11 e 12. componentes naturais das proteínas. Todos Represente a estrutura do isômero geométri- os seres vivos são capazes de sintetizar ami- CO formado depois da absorção do fóton de noácidos; entretanto, muitas espécies não luz visível. são capazes de sintetizar todos os aminoá- Isomeria óptica cidos necessários à vida, os chamados de aminoácidos essenciais e obtidos a partir 17. (UNI-RIO) dos alimentos. Esses compostos constitu- A figura a seguir representa estruturas espa- intes das proteínas apresentam a fórmula ciais de moléculas de 2-butanol. Nesses geral R CH COOH. modelos, é correto afirmar que os compos- tos I e são: NH2 a) isômeros Para a espécie humana, ao todo, oito (8) b) isômeros de cadeia. aminoácidos são essenciais. Como exemplo, c) isômeros de posição. temos a leucina (R = isobutil), a valina (R = d) isômeros geométricos. = isopropil), a isoleucina (R = sec-butil) e a e) rigorosamente iguais. fenilalanina (R = benzil).570 PARTE 3 - QUÍMICA ORGÂNICA - Qual é a fórmula estrutural plana da 23. (UFJF-MG) Escreva o nome de um composto leucina? orgânico que satisfaça a todos os requisi- II Quais das estruturas citadas no texto tos abaixo: apresentam carbono terciário? possuir a fórmula molecular III - Qual dos aminoácidos citados no texto pertencer à função aldeído; tem a nomenclatura oficial ácido-3- possuir um átomo de carbono assimétrico metil-2-amino pentanóico? em sua molécula. IV - Todos os aminoácidos citados são oti- camente ativos. Justifique a afirmativa. 24. (UFRJ) Em artigo publicado em 1968 na revista Science, Linus Pauling criou o termo 21. (UFES) Dados os compostos "psiquiatria ortomolecular", baseado no con- ceito de que a variação da concentração de algumas substâncias presentes no corpo CH3 humano estaria associada às doenças men- NH2 tais. Por exemplo, sabe-se hoje que a vari- H H ação da concentração de ácido glutâmico C = C (C5HgNO4) tem relação com diversos tipos e graus de problemas mentais. CH3CH2 CH3 a) Sabendo que o ácido glutâmico: II apresenta cadeia normal com 5 áto- Cl Br mos de carbono; H é um ácido dicarboxílico saturado; H H apresenta um grupamento amino; e H apresenta carbono assimétrico, III escreva a fórmula estrutural desse ácido. b) Determine o número total de átomos exis- é (são) opticamente ativo(s): tentes em 0,5 mol de ácido glutâmico. a) somente I. d) I, e III. b) e II. e) e III. 25. (PUC-MG) o composto 22. o alqueno de menor massa molar que apre- Cl senta simultaneamente isomeria geométrica e óptica tem fórmula molecular igual a: apresenta isômeros opticamente ativos em a) d) C6H12. número de: b) e) a) 2. c) 6. e) 10. c) b) 4. d) 8.