3º Trabalho de Química Orgânica

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CENTRO UNIVERSITÁRIO DO NORTE – UNINORTE LAUREATE
ESCOLA DE CIÊNCIAS DA SAÚDE
CURSO DE FARMÁCIA
3º Trabalho da Disciplina de Química Orgânica
Manaus – AM
17 de novembro de 2017
ESCOLA DE CIÊNCIAS DA SAÚDE
CURSO DE FARMÁCIA
ALUNO (s): 
Erick Cativo – 16246896
Esmeraldo Gama - 17070272
Luciana Lima - 17229324
Rosângela Mourão - 17066840
Wendell Fabrício - 
FAN02S1
ISOMERIA
3º Trabalho da Disciplina de Química Orgânica
Trabalho apresentado à Professora Msc. Karol de Souza Barbosa como requisito para obtenção de nota parcial na disciplina de Química Orgânica
Manaus – AM
17 de novembro de 2017
Introdução
O conceito de isomeria teve origem na primeira síntese orgânica, quando Wöhler e Berzelius observaram que tanto a ureia, CO (NH2)2(s), como o cianato de amônio, NH4OCN (s), que havia sido utilizado para prepará-la, apresentavam os mesmos elementos na mesma quantidade: N2H4CO.
Os cientistas observaram também que as propriedades químicas e físicas dessas substâncias, contudo, eram absolutamente diferentes. 
Foi Berzelius quem, com a ajuda do químico alemão Justus von Liebig (1803-1873), propôs uma explicação para o fenômeno: os compostos apresentavam a mesma composição de elementos, mas a disposição dos átomos desses elementos em cada composto era diferente. 
Tratava-se de compostos isômeros (do grego ísos, mesmo, e méros, parte, significando, portanto, ‘partes iguais’), palavra inventada por Berzelius para descrever a isomeria, um novo conceito em Química. 
O que é isomeria?
Isomeria é um fenômeno no qual dois ou mais compostos diferentes apresentam a mesma fórmula molecular e diferentes fórmulas estruturais. A palavra isômero vem do grego – isos (igual) e mero (parte). O fenômeno da isomeria, na Química, é semelhante ao fenômeno da existência de palavras diferentes pela simples permutação de letras, como AMOR E ROMA. A isomeria é um fenômeno muito comum na Química Orgânica. O próprio “nascimento” da Química Orgânica ocorreu por meio da isomeria, pois a síntese de Wöhler é uma reação de isomerização.
Quais são os tipos de isomeria? 
Observação: A IUPAC considera que não existe molécula plana, todas são tridimensionais, por isso não recomenda o uso dos termos isomeria plana e isomeria espacial.
3.1 Isomeria constitucional estática 
É dividida em três grupos: funcional, esqueletal e posicional.
Na isomeria funcional é quando a diferença entre os isômeros está no grupo funcional, como: Isomeria Éter-Álcool (dada uma fórmula molecular, sempre que for possível escrever a fórmula estrutural de um éter, também será possível escrever a fórmula de um álcool); Isomeria Cetona-Aldeído (dada uma fórmula molecular, sempre que for possível escrever a fórmula estrutural de uma cetona, também será possível escrever a fórmula de um aldeído); Isomeria Éster-Ácido Carboxílico (dada uma fórmula molecular, sempre que for possível escrever a fórmula de um éster, também será possível escrever a fórmula de um ácido carboxílico); Isomeria Fenol-Álcool Aromático-Éter Aromático (dada uma fórmula molecular, sempre que for possível escrever a fórmula estrutural de um fenol que tenha um substituinte alquila, será possível escrever a fórmula de um álcool aromático e de um éter aromático.
Na isomeria esqueletal é quando a diferença entre os isômeros está apenas no tipo de cadeia carbônica (o grupo funcional é necessariamente o mesmo). Há três casos diferentes de isomeria esqueletal: 
Cadeia ramificada e Cadeia normal: Sempre que for possível escrever a fórmula estrutural de um composto de cadeia ramificada, será possível escrever a fórmula estrutural de um composto de cadeia normal.
Cadeia heterogênea e Cadeia homogênea: Ocorre sempre que for possível trocar a posição de um heteroátomo e tornar a cadeia homogênea sem alterar o grupo funcional – o que se dá com as amidas e aminas.
Cadeia fechada e Cadeia aberta: Sempre que for possível escrever a fórmula estrutural de um ciclano, também será possível escrever a fórmula estrutural de um alceno.
Na isomeria posicional é quando a diferença pode estar na posição de uma insaturação, de um grupo funcional, de um heteroátomo ou de um substituinte. 
Diferente posição de uma insaturação: Ocorre com compostos insaturados que não sofrem ressonância e têm no mínimo 4 carbonos.
Diferente posição de um grupo funcional: Ocorre apenas com grupos funcionais ligados à cadeia homogênea, como álcoois e cetonas.
Diferente posição de um heteroátomo: A diferença entre os isômeros está na posição de um heteroátomo. Ocorre geralmente entre éteres, ésteres, aminas e amidas.
Diferente posição de um substituinte: Ocorre entre compostos acíclicos com no mínimo 6 átomos de carbono ou em compostos cíclicos com no mínimo 5 átomos de carbono.
3.2 Isomeria Constitucional Dinâmica
A isomeria constitucional dinâmica, também conhecida como tautomeria, ocorre somente na fase líquida, em compostos cuja molécula possui um elemento muito eletronegativo, como o oxigênio ou o nitrogênio, ligado ao mesmo tempo ao hidrogênio e a um carbono insaturado (que faz ligação dupla). A alta eletronegatividade do oxigênio ou do nitrogênio provoca a atração dos elétrons da ligação dupla do carbono, que é uma ligação fraca e fácil de deslocar. Os dois isômeros passam a coexistir em equilíbrio dinâmico.
Tautomeria aldoenólica (Enol – Aldeído)
Ocorre entre enóis e aldeídos que possuem, no mínimo, 2 átomos de carbono.
Tautomeria cetoenólica (Enol – Cetona)
Ocorre entre enóis e cetonas que possuem, no mínimo, 3 átomos de carbono.
3.3 Estereoisomeria
Os estereoisômeros são compostos pertencentes a um mesmo grupo funcional, com o mesmo tipo de estrutura esqueletal (cadeia carbônica) e mesma posição de insaturação, grupo funcional, heteroátomo ou substituinte. A diferenciação dos compostos isômeros se dá na configuração das moléculas, ou seja, pela disposição espacial dos átomos que constituem as moléculas isômeras. Os estereoisômeros podem ser divididos em dois grupos principais: diastereoisômeros (que não são a imagem no espelho um do outro) e enantiômeros (quando são a imagem no espelho um do outro). 
Diastereisomeria: Quando dois átomos de carbono fazem uma ligação dupla, não é possível haver rotação entre eles. Qualquer tentativa de rotação entre os átomos de carbono ocasiona o rompimento da ligação. A ligação dupla é “rígida”. O mesmo ocorre na ligação entre carbonos em uma cadeia cíclica.
Diastereisomeria cis-trans em compostos de cadeia acíclica
Em um composto de cadeia acíclica, se os ligantes de cada átomo de carbono da dupla forem diferentes entre si e iguais aos ligantes do outro átomo de carbono, tem-se a formação de dois compostos que são os diastereisômeros cis e trans.
Observações: É necessário que os ligantes de cada átomo de carbono da dupla sejam diferentes entre si, pois, se forem iguais, não haveria isomeria. 
Diastereisomeria cis-trans em compostos de cadeia cíclica
Quando átomos de carbono estiverem ligados a uma cadeia cíclica, eles jamais poderão fazer uma rotação completa em torno de seus eixos sem que haja rompimento do ciclo. A estrutura cíclica é “rígida”. Logo, para que haja diastereisomeria cis-trans, basta que pelo menos dois átomos de carbono do ciclo tenham ligantes diferentes entre si e iguais aos de um outro átomo de carbono. 
Isomeria E-Z
Os termos cis e trans podem se tornar ambíguos se forem aplicados a alcenos cujos átomos de carbono da dupla tenham, em conjunto, mais que dois ligantes diferentes. Note que os ligantes em destaque são os mais simples de cada carbono da dupla e, por estarem em um mesmo plano, esse seria o isômero cis. Essa ideia, no entanto, opõe-se à definição vista anteriormente, pois os ligantes iguais estão em planos opostos. Para evitar esse tipo de impasse, nesses casos, o mais correto é usar o sistema de nomenclatura E-Z, proposto pelo químico orgânico inglês Christopher Kelk Ingold (1893-1970), pelo químicoorgânico naturalizado suíço Vladimir Prelog (1906-1998) e por colaboradores. Nesse sistema, a letra E vem da palavra alemã entgegen, opostos, e a letra Z, da palavra alemã zusammen, juntos. No sistema E-Z, examinamos os dois grupos ligados a cada átomo de carbono da dupla ligação e os colocamos em ordem de prioridade. Terá maior prioridade o ligante cujo átomo imediatamente ligado ao carbono da dupla tiver maior número atômico.
Enantiômeros: Quando uma molécula é assimétrica, ou seja, quando não é possível dividi-la ao meio de modo que os dois lados resultantes dessa divisão fiquem iguais, ela possui dois enantiômeros que são a imagem especular um do outro. Os enantiômeros não são sobreponíveis e, por isso, são chamados de moléculas quirais. A diferença entre dois enantiômeros costuma ser bastante acentuada em relação a fenômenos bioquímicos, ou seja, na maneira como dois enantiômeros atuam em um organismo vivo.
3.4 Isomeria Óptica
Luz natural e Luz polarizada
A luz comum (ou natural) é formada por ondas eletromagnéticas, sendo que as ondas elétricas vibram em um plano e as magnéticas, em outro, perpendiculares entre si.
3.5 Isomeria Óptica com carbono assimétrico (ou carbono quiral ou centro estereogênico)
Um modo de verificarmos se a molécula de determinado composto orgânico é assimétrica – e, portanto, se possui atividade óptica – é observar se essa molécula tem átomo de carbono assimétrico.
Compostos com um carbono assimétrico
Todo composto que apresenta apenas um único carbono assimétrico, C*, na molécula apresenta dois enantiômeros, um dextrogiro e um levogiro. Esses dois estereoisômeros desviam a luz polarizada em um mesmo ângulo α, só que em sentidos contrários. Átomo de carbono assimétrico, C*, é aquele com todos os 4 ligantes diferentes entre si. Note que devemos entender por ligante as 4 estruturas completas ligadas ao átomo de carbono e não apenas os 4 átomos imediatamente ligados. São por isso chamados enantiômeros, antípodas ópticos, enantiomorfos ou ainda moléculas quirais. Se misturarmos partes iguais de dois antípodas ópticos (dextrogiro e levogiro), obteremos uma mistura racêmica, que é opticamente inativa por compensação externa. 
Compostos com dois carbonos assimétricos diferentes
Os compostos com 2 átomos de carbono assimétricos diferentes apresentam 4 estereoisômeros opticamente ativos e 2 misturas racêmicas.
Compostos com N carbonos assimétricos diferentes
Quando uma molécula tem vários átomos de carbono assimétricos diferentes, calcula-se o número de enantiômeros ativos pela regra de Van’t Hoff, estabelecida por volta de 1882 pelo cientista holandês Jacobus Henricus van’t Hoff (1852-1911). A regra é: O número de estereoisômeros opticamente ativos é igual a 2C*, sendo C* o número de átomos de carbono assimétricos diferentes existentes na molécula.
Compostos com dois carbonos assimétricos iguais
Ao contrário do que se verifica nos compostos com vários carbonos assimétricos diferentes, os carbonos são iguais ou equivalentes entre si, pois ambos estão ligados aos mesmos grupos. Quando dois isômeros com atividade óptica, misturam-se entre si em partes iguais, formam o racêmico. No entanto, existe agora um isômero que, por si só, não tem atividade óptica (é inativo por compensação interna): o composto meso, que possui um plano de simetria na molécula. 
3.6 Isomeria Óptica sem carbono assimétrico
Nas substâncias orgânicas, a atividade óptica decorre da assimetria molecular. A presença de carbonos assimétricos é um fator de assimetria, que, porém, não é o único. Existem moléculas orgânicas que são assimétricas sem possuírem carbonos assimétricos. Os dois casos mais comum são: o dos compostos alênicos e o dos compostos cíclicos. 
O que é a talidomida? Qual o seu tipo de isomeria?
A talidomida dextrogira é indicada como sedativo suave, isento de efeitos colaterais. Por isso, essa substância foi amplamente receitada para mulheres grávidas na década de 1960. Porém, a talidomida levogira é teratogênica, ou seja, provoca mutações genéticas graves no feto. Quando a forma dextrogira (inofensiva) da talidomida é ingerida, sofre racemização no organismo e dá origem à forma levogira. Com isso, nasceram milhares de crianças com malformação congênita até seu uso ser proibido. A síntese da talidomida é barata e descobriu-se que essa droga pode ser útil em uma série de doenças como hanseníase (lepra), lúpus, câncer, leucemia, vitiligo, aftas, tuberculose, angiodisplasia, etc. Assim, continua no mercado e, apesar de ter seu uso controlado, ainda causa o nascimento de crianças com malformação genética (2ª e 3ª gerações); principalmente em função da desinformação, inclusive de profissionais da área da saúde e pela automedicação, uma prática constante no Brasil.
O tipo de isomeria da Talidomida é a Estereoisomeria do grupo dos Enantiômeros.
Conclusão
Na Química Orgânica é muito comum que os mesmos átomos se agrupem de formas diferentes, produzindo estruturas moleculares distintas e, consequentemente, substâncias também distintas. Por exemplo: com a fórmula C20H42 existem 366.319 “arrumações” diferentes de seus 20 átomos de carbono. Esse fenômeno, denominado isomeria, é muito frequente e importante na Química Orgânica e, mais ainda, na Bioquímica, uma vez que enzimas e hormônios vegetais e animais, em geral, somente têm atividade biológica quando seus átomos estão arrumados em uma estrutura bem definida. Uma consequência direta desse fato é que certos medicamentos somente agem de modo benéfico, em nosso organismo, se suas moléculas tiverem uma arrumação bem definida de seus átomos.
Referências Bibliográficas 
Fonseca, Martha Reis Marques da / Martha Reis Marques da Fonseca. Química - 1. ed. – São Paulo: Ática, 2013. Obra em 3 v.
Feltre, Ricardo, 1928 - Química / Ricardo Feltre. – 6. ed – São Paulo: Moderna, 2004. Obra em 3 v. Conteúdo: V. 1. Química geral — v. 2. Físico-química — v. 3. Química orgânica.