Isomeria: Conceitos e Exemplos

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Isomeria
Profa. Marina Braga
Bacharelado em Farmácia
Universidade Cruzeiro do Sul
Introdução
Conceitos importantes
O butan-1-ol é um excelente solvente orgânico 
e também possui certa solubilidade em água. 
Além disso, pode ser usado para fabricação de 
tintas. E, como você já sabe, o butan-1-ol é 
classificado como um álcool. Observe a 
fórmula estrutural plana do butan-1-ol:
Agora, vamos pensar em outro composto 
orgânico: o éter etílico (etoxietano). Como 
o próprio nome popular já diz, trata-se de 
um éter. É um composto volátil e muito 
inflamável. Ademais, é pouco solúvel em 
água, pois é uma substância de baixa 
polaridade. A fórmula estrutural plana do 
etoxietano é:
Introdução
Conceitos importantes
As duas substâncias orgânicas citadas anteriormente possuem suas próprias características 
físicas e estruturais. No entanto, apresentam algo em comum. Você sabe o quê? Isso 
mesmo, a fórmula molecular! Ambas são representadas por C4H10O. Essa particularidade 
permite que sejam classificadas como isômeros.
Isomeria, portanto, é o fenômeno que ocorre entre dois ou mais compostos que 
apresentam mesma fórmula molecular, mas um arranjo diferente de átomos no espaço 
ou diferentes conectividades entre eles. Em outras palavras, são substâncias de mesma 
fórmula molecular, mas são diferentes. Nesta aula, veremos dois tipos de isomeria: isomeria 
constitucional (ou plana) e estereoisomeria.
Isomeria constitucional (plana)
Como já foi visto na introdução desta unidade, a isomeria constitucional (também chamada de 
isomeria plana) relaciona-se com diferenças de conectividade entre átomos. Em outras 
palavras, compostos que apresentam isomeria constitucional possuem a mesma fórmula 
molecular, mas fórmulas estruturais planas diferentes. A isomeria constitucional pode ser 
dividida em:
• Isomeria de posição;
• Isomeria de cadeia (também conhecida como isomeria de núcleo);
• Isomeria de função;
• Isomeria dinâmica (tautomeria);
• Isomeria de compensação (metameria).
Isomeria constitucional (plana)
Isomeria de posição
Isômeros de posição são compostos que pertencem à mesma função orgânica, possuem a 
mesma estrutura de cadeia carbônica, no entanto, podem diferir pela posição de: grupos 
funcionais, radicais ou insaturação na cadeia. Observe um exemplo.
O propan-1-ol e o propan-2-ol 
são isômeros de posição e 
diferem pela posição do grupo 
funcional hidroxila (-OH).
Isomeria constitucional (plana)
Isomeria de posição
A figura a seguir mostra um exemplo de duas substâncias que apresentam isomeria de 
posição e diferem pela posição do radical metil (-CH3). Note que, neste caso, o radical metil se 
encontra no carbono nº 2 de um composto e no carbono nº 3 de outro.
Exemplo de isomeria de posição 
por diferença na posição da 
ramificação.
Isomeria constitucional (plana)
Isomeria de cadeia
Também chamada de isomeria de núcleo, é o fenômeno que ocorre entre espécies químicas 
que pertencem à mesma função orgânica, no entanto, diferem no tipo de cadeia. O butano e o 
metil-propano são isômeros de cadeia, pois possuem a mesma fórmula molecular (C4H10), 
porém, o butano apresenta cadeia normal e o metil-propano, ramificada. Observe a diferença 
estrutural entre esses compostos na figura a seguir.
O butano e o metilpropano 
são isômeros de cadeia.
Isomeria constitucional (plana)
Isomeria de função
Isômeros de função são compostos que possuem a mesma fórmula molecular, mas diferem 
na conectividade entre os átomos, o que faz com que pertençam a funções diferentes. Na 
figura a seguir, por exemplo, são mostrados dois compostos de mesma fórmula molecular, 
porém pertencentes a duas funções diferentes (ácido carboxílico e éster, respectivamente).
Isomeria constitucional (plana)
Isomeria dinâmica (tautomeria)
A isomeria dinâmica (tautomeria) é um tipo específico de isomeria constitucional que 
acontece quando há o equilíbrio dinâmico na conversão de cetonas a enóis (e vice e versa) e 
na conversão de aldeídos a enóis (e vice e versa). Na figura a seguir, você pode observar a 
conversão de um aldeído – etanal – a um enol – etenal.
Enol é uma função orgânica na qual uma hidroxila encontra-se ligada a um dos carbonos da ligação dupla do tipo 
carbono-carbono, cuja cadeia carbônica no qual está presente é aberta.
Isomeria constitucional (plana)
Isomeria de compensação (metameria)
Isômeros de compensação apresentam um heteroátomo em posições diferentes na cadeia. 
Observe a figura a seguir, por exemplo. O nitrogênio está exatamente no meio da cadeia da 
dietilamina, enquanto que, na metil-propilamina, ele se encontra mais próximo da 
extremidade esquerda da cadeia carbônica.
Isomeria constitucional (plana)
Exercícios
Identifique o tipo de isomeria presente nos dos pares de compostos abaixo e esboce a 
fórmula estrutural plana de cada um dos compostos.
a) Propeno e ciclopropano;
b) Metoxipropano e etoxietano;
c) Propanal e propanona;
d) Cicloexano e cicloexeno;
e) Decano e 2-metilnonano.
Isomeria constitucional (plana)
Exercícios
Estereoquímica ou estereoisomeria
Conceitos importantes
A estereoquímica é o ramo da química que estuda o fenômeno da isomeria espacial entre 
compostos. Neste caso, as substâncias apresentam fórmulas moleculares e estruturais planas 
iguais, no entanto, o arranjo espacial dos átomos é diferente. A isomeria espacial pode ser 
geométrica ou óptica.
Além disso, os chamados estereoisômeros podem ser subdivididos em:
• Enantiômeros: são isômeros espaciais cujas moléculas são imagens especulares uma da 
outra, mas não podem ser sobrepostas (não sobreponíveis).
• Diasteroisômeros: são isômeros espaciais cujas moléculas não são imagens especulares 
uma da outra.
Estereoisomeria
Conceito de quiralidade
Antes de iniciarmos o estudo específico de cada tipo de isomeria espacial e identificarmos 
enantiômeros e diasteroisômeros, é importante introduzir um conceito importante: a quiralidade. Vários 
objetos que usamos em nosso dia a dia apresentam essa particularidade. Mas, afinal de contas, o que 
é quiralidade?
É possível identificar se existe quiralidade em determinado objeto através da análise do mesmo e de 
sua imagem especular (imagem no espelho). Se um objeto é quiral, ele e sua imagem especular não 
são sobreponíveis. Se um objeto é aquiral, por outro lado, ele e sua imagem especular são 
sobreponíveis. Luvas e sapatos, por exemplo, são objetos quirais.
Estereoisomeria
Conceito de quiralidade
imagens: freepik.com
Estereoisomeria
Conceito de quiralidade
Um dos casos mais conhecidos que envolve enantiômeros é o caso da talidomida. É uma molécula que 
pode existir como um par de enantiômeros (R-talidomida e S-talidomida). Você verá mais adiante que a 
única característica que pode diferenciar isômeros ópticos, como é o caso, é o desvio da luz polarizada. 
No caso da talidomida, um desses isômeros (R-talidomida) era vendido como um sedativo, que poderia 
minimizar alguns desconfortos para mulheres grávidas. Porém, como o medicamento era vendido como 
uma mistura dos dois isômeros (mistura racêmica). O problema é que, o outro isômero (S-talidomida) 
causava má formação congênita. Isso provocou muitos problemas na época, pois bebês estavam 
nascendo com membros atrofiados e outros problemas graves. Mas, se a única diferença entre eles é o 
desvio da luz polarizada, por que houve este problema?
Estereoisomeria
Conceito de quiralidade
Bem, o caso é que os isômeros podem reagir de formas diferentes em rotas biológicas, por 
exemplo. É o famoso caso do modelo “chave-fechadura”, no qual certas enzimas reagem 
apenas com certos substratos. Daí você pode ver a importância do estudo da quiralidade e 
de estereoisômeros em química orgânica.
Fonte: https://www.infoescola.com/bioquimica/complexo-chave-e-fechadura/
Estereoisomeria
Isomeria geométrica
Isômeros geométricos são compostos que apresentam diferentes arranjos espaciais de 
átomos, semprelevando em consideração um plano de referência. Pode ocorrer entre 
compostos que apresentam as seguintes características:
• Ligação dupla entre carbonos;
• Cadeia carbônica cíclica. Os compostos da figura 
apresentarão isomeria geométrica 
se R1 for diferente de R2 e R3 for 
diferente de R4.
Estereoisomeria
Isomeria geométrica – nomenclatura 
Isômeros geométricos podem ser nomeados pelos sistemas cis/trans ou E/Z. Mas, como 
saber qual sistema usar? Bem, quando R1 ou R2 for um hidrogênio e R3 ou R4 também for um 
hidrogênio, devemos utilizar o sistema cis/trans.
Primeiramente, temos o composto (I). Podemos notar que se trata de uma substância 
cíclica, representada pela estrutura cunha-cunhatracejada-linha. A cunha (triângulo escuro), 
indica que a ligação está à frente do plano da página. Já a cunha tracejada (triângulo com 
preenchimento tracejado), representa a ligação que está atrás do plano da página. E, 
finalmente, a linha, representa ligações que estão no plano da página.
Estereoisomeria
Isomeria geométrica – nomenclatura 
Estereoisomeria
Isomeria geométrica – nomenclatura 
Usaremos, então, o próprio plano da página para analisar se a isomeria do composto (I) é cis 
ou trans. Considerando o plano da página, é possível observar que os átomos de hidrogênio 
se encontram do mesmo lado (à frente) e os átomos de bromo também se encontram do 
mesmo lado (atrás). Logo, quando radicais iguais se encontram do mesmo lado do plano, o 
tipo de isomeria é cis. Portanto, o nome do composto é cis-1,2-dibromociclopropano.
Estereoisomeria
Isomeria geométrica – nomenclatura 
Agora, passemos para o composto (II). Observe que, neste caso, foi necessário traçar um 
plano imaginário que “dividisse” a ligação dupla. Com a inclusão do plano imaginário, é 
possível observar que os átomos de cloro e hidrogênio estão em lados diferentes. Logo, 
quando radicais iguais se encontram em lados diferentes do plano, temos a isomeria trans. 
Então, o nome do composto é trans-1,2-dicloroeteno.
Mas, e a nomenclatura E/Z? Neste caso, se o composto for um alceno e tiver apenas um ou 
nenhum átomo de hidrogênio ligado a apenas um dos carbonos da ligação dupla, usamos o 
sistema E/Z. 
Vejamos um exemplo.
Estereoisomeria
Isomeria geométrica – nomenclatura 
Estereoisomeria
Isomeria geométrica – nomenclatura 
Observe que os átomos em destaque são o flúor e o iodo. Além disso, as moléculas não 
apresentam radicais em comum em nenhum dos lados do plano. Então, como é possível 
identificar se o isômero é E ou Z? Bem, neste caso, temos que determinar o substituinte de 
maior prioridade.
Estereoisomeria
Isomeria geométrica – nomenclatura 
Devemos levar em consideração o número atômico de cada átomo em cada carbono. Vamos 
representar o número atômico por NA, para não confundir com a nomenclatura. Então, temos: 
NAF = 9; NAI = 53; NACl = 17; NAH = 1. Observe que, ao carbono da esquerda, estão ligados os 
átomos de flúor e hidrogênio. Como o flúor tem maior número atômico, ele tem prioridade. O 
mesmo ocorre no carbono da direita, cujo átomo de maior número atômico ligado a ele é o 
iodo. Então, flúor e iodo tem prioridade. Se estiverem do mesmo lado do plano imaginário, 
serão do tipo Z. Se estiverem de lados opostos, E.
Os ácidos maleico e fumárico:
a) Apresentam ambos o mesmo arranjo espacial.
b) Possuem ambos dois carbonos quirais.
c) Possuem todas as propriedades físicas e químicas iguais.
d) Possuem relação de imagem especular não sobreponível, pelo fato de 
seres isômeros ópticos.
e) São, respectivamente, isômero cis e isômero trans.
Estereoisomeria
Isomeria geométrica – nomenclatura 
O ácido maleico (I) é um ácido orgânico insaturado, muito utilizado na produção de resinas 
sintéticas. Esse ácido pode ser facilmente transformado em ácido fumárico (II).
Os ácidos maleico e fumárico:
a) Apresentam ambos o mesmo arranjo espacial.
b) Possuem ambos dois carbonos quirais.
c) Possuem todas as propriedades físicas e químicas iguais.
d) Possuem relação de imagem especular não sobreponível, pelo fato de 
seres isômeros ópticos.
e) São, respectivamente, isômero cis e isômero trans.
Estereoisomeria
Isomeria geométrica – nomenclatura 
O ácido maleico (I) é um ácido orgânico insaturado, muito utilizado na produção de resinas 
sintéticas. Esse ácido pode ser facilmente transformado em ácido fumárico (II).
Estereoisomeria
Isomeria óptica
Até o momento, estudamos sobre isômeros constitucionais e também vimos alguns 
diasteroisômeros quando falamos sobre isomeria geométrica. Vejamos um exemplo. Os 
compostos da figura a seguir são imagens especulares um do outro?
O par de isômeros cis-but-2-eno e 
trans-but-2-eno não são a imagem 
especular um do outro.
Estereoisomeria
Isomeria óptica
É possível notar que os compostos não são a imagem especular um do outro, no entanto, 
como possuem a mesma fórmula molecular, são considerados um par de isômeros. Eles são 
classificados, portanto, como diasteroisômeros.
Mas por que este exemplo agora? Bem, compostos que apresentam isomeria plana e também 
os diasteroisômeros possuem propriedades físicas diferentes (ponto de fusão, ponto de 
ebulição, solubilidade, etc.). Isso faz com que seja possível diferenciar um composto do outro. 
Os enantiômeros, por outro lado, são isômeros que possuem as mesmas propriedades 
físicas. Então, como diferenciá-los?
Estereoisomeria
Isomeria óptica
É aqui que entra a isomeria óptica. Os enantiômeros são 
compostos opticamente ativos, ou seja, são capazes de desviar o 
plano da luz polarizada. Além disso, os enantiômeros também 
podem apresentar comportamentos distintos quando interagem 
com outra substância quiral. Porém, vamos nos concentrar na 
atividade óptica dos enantiômeros, por enquanto.
Exemplo de um par de 
enantiômeros. Note que 
eles não são sobreponíveis.
Para verificar se uma substância a influência de uma determinada substância em um plano de 
luz polarizada, utiliza-se um polarímetro. O polarímetro medirá o ângulo do deslocamento da 
luz polarizada que foi gerado pela fonte de luz.
Estereoisomeria
Isomeria óptica
Estereoisomeria
Isomeria óptica
Os isômeros ópticos podem desviar o plano da luz polarizada das seguintes formas:
• Sentido horário: quando isso ocorre, o isômero é chamado de dextrógiro e recebe o 
símbolo (+) em sua nomenclatura;
• Sentido anti-horário: quando isso ocorre, o isômero é chamado de levógiro e recebe o 
símbolo (-) em sua nomenclatura;
• Não há desvio: a substância (ou solução) é opticamente inativa.
IMPORTANTE: Não há como identificar para qual lado será o desvio da luz polarizada sem um aparato 
experimental. Em outras palavras, não é possível prever como será o fenômeno apenas observando a 
estrutura do composto.
Estereoisomeria
Isomeria óptica
Mas, existe alguma condição para que um composto tenha atividade óptica? A resposta é sim. 
Em geral, é necessário que o composto tenha um carbono estereogênico (conhecido, 
antigamente, como carbono quiral). Esse carbono está ligado a quatro átomos ou grupos de 
átomos diferentes. Isso faz com que a molécula que possui este átomo de carbono seja 
assimétrica. Observe a substância presente na figura a seguir, por exemplo.
Na a seguir, você pode observar que o carbono central está ligado a quatro grupos ou 
átomos diferentes: metil (CH3), etil (C2H5), hidrogênio e cloro. Portanto, é considerado um 
carbono estereogênico (quiral). Portanto, a molécula em questão é quiral.
Um carbono estereogênico é, geralmente, representado por C*.
Estereoisomeria
Isomeria óptica
SAIBA MAIS: Uma mistura equimolar de dois 
enantiômeros é chamada de mistura racêmica (ou 
racemato). Uma mistura racêmica é opticamente inativa, 
apesar de seus componentes individuais serem 
opticamente ativos (par de enantiômeros).
Estereoisomeria
Configuração absoluta de carbonos estereogênicos
Para diferenciar isômeros ópticos, a IUPAC criou o sistema R,S, que determinaa configuração 
absoluta do carbono estereogênico. É importante ressaltar que este sistema nada tem a ver 
com a classificação pelo desvio de luz polarizada (dextrógiro e levógiro).
No sistema R,S, para cada um dos quatro grupos ligados ao átomo de carbono é atribuída uma 
prioridade (a, b, c ou d). Essa prioridade é, na maioria das vezes, atribuída de acordo com o 
número atômico do átomo que está ligado ao carbono estereogênico. Quanto maior o número 
atômico, maior será a prioridade. Portanto, o átomo do elemento de maior número atômico 
recebe a letra a, o segundo maior recebe a letra b, e assim por diante.
Estereoisomeria
Configuração absoluta de carbonos estereogênicos
Se, por um acaso, a prioridade não puder ser atribuída de acordo com o número atômico 
(átomos iguais, por exemplo), então o próximo conjunto de átomos nos grupos não 
atribuídos é examinado, até que se tome uma decisão. E se houver ligações duplas ou 
triplas, atribui-se a prioridade como se os átomos fossem duplicados.
Estereoisomeria
Configuração absoluta de carbonos estereogênicos
Exemplo 1. Coloque os seguintes grupos em ordem crescente de prioridade, de acordo 
com a nomenclatura R,S: -CH3, -CH2Br, -CH2Cl e -CH2OH.
Solução. -CH3