Química Orgânica - Isomeria

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Universidade Comunitária da Região de Chapecó
 QUÍMICA ORGÂNICA I
LUCIANO LUIZ SILVA
Química orgânica
Isomeria de compostos orgânicos e Estereoquímica
Isômeros são dois ou mais compostos diferentes que apresentam a mesma fórmula molecular. 
Isomeria plana ou constitucional. 
Estereoisomeria: 
- Isomeria geométrica; 
- Isomeria ótica. 
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Isomeria de compostos orgânicos e Estereoquímica
ISOMERIA DE CADEIA
Isomeria de cadeia é o caso de isomeria plana na qual os compostos isômeros pertencem à mesma função química mas apresentam cadeias carbônicas diferentes. No caso de compostos cíclicos a isomeria de cadeia pode ser chamada isomeria de núcleo. A isomeria de cadeia aparece em todas as funções químicas.
Exemplos:
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ISOMERIA DE POSIÇÃO
Isomeria de posição é o caso de isomeria plana na qual os isômeros pertencem à mesma função química, apresentam a mesma cadeia carbônica, mas diferem entre si pela posição de um grupo funcional ou uma insaturação na cadeia carbônica. Exemplos:
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ISOMERIA FUNCIONAL
Isomeria de função ou química é o caso de isomeria plana na qual os isômeros pertencem à funções químicas diferentes. Os principais casos de isomeria funcional são:
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METAMERIA OU ISOMERIA DE COMPENSAÇÃO
Isomeria de compensação ou metameria é o caso de isomeria plana na qual os isômeros apresentam cadeia carbônica heterogênea e diferem entre si pela grandeza dos radicais ligados ao heteroátomo
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ISOMERIA GEOMÉTRICA ou ESPACIAL
Isomeria espacial ou estereoisomeria é o caso de isomeria no qual os compostos isômeros não diferem entre si pelas suas fórmulas estruturais planas mas sim pelas suas fórmulas estruturais espaciais (fórmulas de Le Bel e Vant’Hoff). Para explicar a isomeria espacial surgiu a concepção da configuração tetraédrica do átomo de carbono.
Isomeria geométrica é um caso de isomeria espacial que ocorre em compostos que apresentam duplas ligações e em compostos cíclicos.
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O isômero cuja molécula apresenta os dois grupos carboxílicos de um mesmo lado do plano determinado pela ligação pi chama-se CIS; o isômero cuja molécula apresenta os dois grupos carboxílicos em lados opostos em relação ao plano determinado pela ligação pi chama-se TRANS
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Consideremos o ácido butenodióico. Na molécula deste composto os dois grupos carboxílicos podem ficar de um mesmo lado ou em lados opostos em relação ao plano determinado pela ligação pi; por isto existem duas moléculas diferentes, correspondem dois compostos diferentes que são os dois isômeros geométricos do ácido butenodióico.
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	Os isômeros geométricos ou cis-trans de um composto diferem entre si nas suas constantes físicas (ponto de fusão, ponto de ebulição, densidade, solubilidade, etc.), e em certas propriedades químicas. Como exemplo de diferença de propriedade química entre o ácido fumárico e malêico, podemos citar a reação de desidratação por aquecimento. O ácido malêico facilmente dá o anidrido malêico:
	Não existe anidrido fumárico, o que se compreende, pois, espacialmente é impossível fechar o ciclo estando os dois grupos carboxílicos em trans. Por aquecimento do ácido fumárico em condições enérgicas obtém-se o anidrido malêico (o ácido fumárico sofre uma transformação em ácido malêico e este se desidrata)
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Nem todos os compostos que apresentam dupla ligação entre átomos de carbono apresentam isômeros geométricos. Assim os compostos seguintes não têm isômeros geométricos ou cis-trans:
Havendo dois átomos ou radicais iguais ligados ao mesmo átomo de carbono da dupla ligação, está eliminada a possibilidade de isomeria geométrica. Representando por a, b, c, e d os átomos ou radicais ligados aos átomos de carbono da dupla ligação:
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	Consideremos o composto 1-2-dicloro ciclopropano. Os dois átomos de cloro podem dispor-se num mesmo lado ou em lados opostos do plano determinado pelo ciclo; existem, pois, duas moléculas diferentes correspondentes ao 1-2-dicloro ciclopropano e, a estas duas moléculas diferentes, correspondem dois compostos diferentes que são os dois isômeros geométricos. O composto cuja molécula apresenta os dois átomos de Cl num mesmo lado do plano determinado pelo ciclo é o isômero cis; o composto cuja molécula apresenta os dois átomos de Cl em lados opostos do plano determinado pelo ciclo é o isômero trans.
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	Considerando-se, por exemplo, todos os isômeros planos do penteno, os únicos que apresentam isômeros geométricos são o 2-penteno e o 1-2 dimetil ciclopropano.
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	Nomenclatura: uso dos prefixos E e Z 
Para designar alquenos tri e tetrassubstituídos utiliza-se outro sistema de nomenclatura, denominado E-Z. 
No sistema E-Z são examinados os grupos ligados a cada átomo de carbono da dupla ligação e colocados em ordem de prioridade. 
Os átomos de maior número atômico têm maior prioridade. Ordem decrescente de prioridade: 
I > Br > Cl > S > F > O > N > C > H 
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Nomenclatura: uso dos prefixos E e Z 
No caso de átomos de mesmo número atômico, o isótopo de maior número de massa tem maior prioridade: T > D > H 14C > 13C > 12C 
Quando os átomos ligados aos carbonos da ligação dupla forem iguais, os números e as massas atômicas dos elementos ligados a esses átomos são usados para realizar o desempate. 
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Nomenclatura: uso dos prefixos E e Z 
No sistema E-Z, examinam-se os dois átomos ou grupos ligados em cada um dos carbonos da ligação dupla e determina-se a ordem de prioridade de cada um deles. 
Se os grupos de maior prioridade em cada carbono estiverem do mesmo lado de um plano imaginário passando por esses carbonos, a geometria dessa dupla ligação será designada pela letra Z (do alemão Zusammen, “juntos”). 
Se os grupos de maior prioridade em cada carbono estiverem em lados opostos da dupla ligação, a geometria da ligação será designada pela letra E (do alemão Entgegen, “opostos”). 
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Exemplo: 
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-Quando um composto com atividade biológica apresenta possibilidade de isomeria geométrica, frequentemente apenas um dos dois isômeros tem tal atividade. 
-Este é o caso, por exemplo, de alguns feromônios. 
são substâncias químicas produzidas e secretadas por indivíduos de uma determinada espécie. 
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		QUIRALIDADE
Objeto quiral: Tem imagem especular não sobreponível. Em outras palavras sua imagem não é oque parece ser. Uma mão é quiral porque quando você olha para a sua mão esquerda em um espelho não é a mão esquerda que você vê, e sim a mão direita. 
Objetos aquirais: São objetos que não são quirais. Um objeto aquiral têm 
imagem especular sobreponível. Como alguns exemplos: cadeira, mesa, 
garfo e copo (aparece igual no espelho).
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		QUIRALIDADE
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		QUIRALIDADE
ISÔMEROS COM UM CARBONO ASSIMÉTRICO
	Uma
substância com um carbono assimétrico, como o 2-bromobutano, pode existir como dois diferentes estereoisômeros. Os dois isômeros são análogos à mão direita e à esquerda. Imagine um espelho entre os dois isômeros, observe como eles são imagens especulares um do outro. Os dois isômeros são imagens especulares não sobreponíveis, eles são moléculas diferentes. 
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		QUIRALIDADE
	Os dois estereoisômeros de 2-bromobutano são enantiômeros. Uma molécula que têm imagem especular não sobreponível, como um objeto que tem imagem especular não superponível, é quiral. Cada um dos enantiômeros é quiral. Uma molécula que têm imagem especular sobreponível, como um objeto que têm uma imagem especular sobreponível, é aquiral. 
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		QUIRALIDADE
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		QUIRALIDADE
	PROJEÇÃO DE FISCHER: Mostra o arranjo tridimensional de grupos ligados a um carbono assimétrico. A projeção de Fischer representa um carbono assimétrico no ponto de intersecção de duas linhas perpendiculares; linhas horizontais representam as ligações que se projetam para fora do plano do papel perto do observador e linhas verticais representam as ligações que se estendem para trás do papel longe do observador. A cadeia de carbono sempre é desenhada verticalmente com o C-1 no topo da cadeia. 
 Para desenhar enantiômeros usando a Projeção de Fischer, desenhe o primeiro enantiômero com o arranjo dos quatro átomos ou grupo ligados ao carbono assimétrico em qualquer ordem. Desenhe o segundo enantiômero intercambiando-se dois átomos ou grupos. É melhor intercambiar os grupos nas duas ligações horizontais porque os enantiômeros vão parecer imagens especulares no papel. 
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		QUIRALIDADE
	NOMEANDO ENANTIÔMEROS: O SISTEMA DE NOMENCLATURA R,S
 
 Esta nomenclatura indica a configuração (arranjo) dos átomos ou grupos do carbono assimétrico. As letras R e S indicam a configuração de um carbono assimétrico. Para qualquer par de enantiômeros com um carbono assimétrico, um deles terá a configuração R e o outro terá a configuração S. 
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		QUIRALIDADE
	COMO DETERMINAR A CONFIGURAÇÃO DE UMA SUBSTÂNCIA 
1) Classifique os grupos (ou átomos) ligados ao carbono assimétrico em ordem de prioridade. O número atômico dos átomos diretamente ligados ao carbono assimétrico determina as prioridades relativas. Quanto maior o número atômico, maior a prioridade. 
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		QUIRALIDADE
	COMO DETERMINAR A CONFIGURAÇÃO DE UMA SUBSTÂNCIA 
2) Oriente a molécula de modo que o grupo (ou átomo) com menor prioridade esteja apontando para longe de você. Depois desenhe uma seta imaginária do grupo (ou átomo) com maior prioridade (1) para o grupo (ou átomo) com a próxima prioridade (2). Se a seta apontar para o sentido horário, o carbono assimétrico tem configuração R(quer dizer direito). Se a seta apontar para o sentido anti-horário, a assimetria do carbono tem configuração S (quer dizer esquerdo).
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		QUIRALIDADE
PROJEÇÃO DE FISCHER:
1) Classifique os grupos ou átomos que estão ligados ao carbono assimétrico em ordem de prioridade. 
2) Desenhe uma seta do grupo (ou átomo) com maior prioridade (1) para o grupo ou átomo com a próxima maior prioridade (2). Se a seta apontar para o sentido horário, o enantiômero é R; se a seta apontar para o sentido antihorário, o enantiômero tem a configuração S, contanto que o grupo de menor prioridade (4) estejana ligação vertical. 
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		QUIRALIDADE
3) Se o grupo (ou átomo) com a menor prioridade estiver na ligação horizontal, a resposta que você recebe da direção da seta será oposta à resposta correta. Por exemplo, se a seta apontar no sentido horário, sugerindo que o carbono assimétrico tem configuração R ele na realidade tem configuração S; se a seta apontar no sentido anti-horário, sugerindo que o carbono assimétrico têm configuração S, ele na realidade tem configuração R. No exemplo seguinte o grupo com a menor prioridade está na ligação horizontal, portanto o sentido horário significa configuração S, e não configuração R. 
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		QUIRALIDADE
4) Pode-se desenhar a seta do grupo 1 para o grupo 2 passando pelo grupo (ou átomo) com menor prioridade (4),mas nunca desenhar passando pelo grupo seguinte de menor prioridade (3). 
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		QUIRALIDADE
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		QUIRALIDADE
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		Trabalho para próxima aula
Exemplos de Substâncias Opticamente Ativas
Nomenclatura e utilização.