19 Isomeria

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Capítulo
Refletindo sobre os tópicosTópicos do capítulo
• O álcool comum e o éter têm a mesma fórmula molecular, mas são
substâncias diferentes. Indique uma diferença entre eles.
• O que você sabe sobre a luz?
• Que analogia há, em termos de simetria, entre determinados com-
postos orgânicos e as mãos esquerda e direita de uma pessoa?
• Quais são os efeitos da talidomida em fetos humanos?
Introdução
1a Parte – Isomeria plana ou
constitucional
1 Isomeria de cadeia (ou de
núcleo)
2 Isomeria de posição
3 Isomeria de compensação (ou
metameria)
4 Isomeria de função (ou
funcional)
5 Tautomeria
2a Parte – Isomeria espacial
1 Isomeria cis-trans (ou
geométrica)
2 Isomeria óptica
Leitura – A natureza é quiral
Isomeria na
Química Orgânica25
Com a mesma fórmula molecular C4H10, podemos rearranjar seus quatro
átomos de carbono, formando duas estruturas moleculares diferentes e,
consequentemente, duas substâncias distintas.
Com a fórmula molecular C20H42 podemos agrupar seus vinte átomos de
carbono em 366.319 arranjos ou substâncias diferentes. Este fenômeno na
Química é denominado isomeria.
Na Bioquímica, as enzimas e os hormônios vegetais e animais têm atividade
biológica adequada quando seus átomos estão arrumados em estruturas bem
definidas. O grande desafio tecnológico para a obtenção de compostos
específicos é criar e produzir o isômero correto e com bom rendimento.
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� A inscrição contida no caminhão do corpo de bombeiros e a imagem dessa inscrição
no retrovisor (BOMBEIROS) são assimétricas. Na Química, os compostos assimétricos são distintos
e provocam reações diferentes.
(BOMBEIROS)
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Capítulo 25 • ISOMERIA NA QUÍMICA ORGÂNICA
Existem duas substâncias, que chamaremos de A e B, com a mesma
fórmula molecular (C2H6O):
• a substância A é um líquido incolor, que ferve a 78,5 °C e apresenta
uma certa reatividade química;
• a substância B é um gás incolor, que se liquefaz somente a 23,6 °C
abaixo de zero e tem reatividade química muito baixa.
Como são possíveis diferenças tão grandes, se A e B têm a mesma fór-
mula C2H6O?
Simplesmente porque esses átomos estão arrumados diferentemente:
• a substância A é um álcool: CH3 K CH2 K OH;
• a substância B é um éter: CH3 K O K CH3.
Dizemos que A e B são isômeros e chamamos esse fenômeno de
isomeria.
Isômeros são compostos de mesma fórmula molecular que apresentam propriedades
diferentes devido a fórmulas estruturais diferentes.
A palavra isômero vem do grego — isos, igual; mero, parte. O fenômeno da isomeria, na Química,
é semelhante ao da existência de palavras diferentes pela simples permutação de letras como, por
exemplo, AMOR e MORA.
A isomeria é um fenômeno muito comum na Química Orgânica. Exemplos:
• com fórmula C5H12 existem 3 isômeros;
• com fórmula C10H22 existem 75 isômeros;
• com fórmula C20H42 existem 366.319 isômeros.
De um modo amplo, a isomeria pode ser dividida em:
• isomeria plana ou constitucional, que depende da localização dos átomos na molécula e que
pode ser explicada por fórmulas estruturais planas;
• isomeria espacial ou estereoisomeria (do grego stereos, espacial), que depende da orientação
dos átomos no espaço e que somente pode ser explicada por fórmulas estruturais espaciais.
1a PARTE: ISOMERIA PLANA OU CONSTITUCIONAL
A isomeria plana ocorre quando a diferença entre os isômeros pode ser explicada por
fórmulas estruturais planas.
Os casos mais comuns de isomeria plana são:
• isomeria de cadeia (ou de núcleo);
• isomeria de posição;
• isomeria de compensação (ou metameria);
• isomeria de função (ou funcional);
• tautomeria.
INTRODUÇÃO
Você pode observar
A arrumação dos átomos no interior das moléculas é de grande importân-
cia. Assim, por exemplo, as enzimas e os hormônios só agem, em nosso organis-
mo, quando seus átomos estão arrumados e orientados em estruturas bem de-
finidas. A ação benéfica de muitos medicamentos também depende de arruma-
ções e orientações específicas dos átomos no interior da molécula.
Iguais ou
diferentes?
C2H6O
A B
C2H6O
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• Fundamentos da Química
3
Esses isômeros pertencem sempre à mesma função química e diferem entre si pelo fato de a cadeia
(ou núcleo) aumentar ou diminuir, havendo uma compensação na quantidade e tamanho das ramifica-
ções (veja o 1º e o 3º exemplos). Nesse caso, pode ocorrer também a isomeria entre um composto
acíclico e um cíclico, como no 2º exemplo.
1 ISOMERIA DE CADEIA (OU DE NÚCLEO)
Isomeria de cadeia (ou de núcleo) é aquela em que os isômeros têm cadeias (ou
núcleos) diferentes.
2o exemplo: C5H10
1o exemplo: C4H10
3o exemplo: C4H8O2
CHCH3CH3 ouCH2CH2CH3 CH3
CH3
H2C
H2C
CH
CH2
CH3
CH2
H2C
H2C CH2
CH2
, ou aindaCH2 CH CH3CH2CH2 e
CHCH3 COOHCH2CH2CH3 COOH e
CH3
2 ISOMERIA DE POSIÇÃO
A isomeria de posição ocorre quando os isômeros têm a mesma cadeia carbônica,
mas diferem pela posição de ramificações ou de ligações duplas ou triplas.
1o exemplo: C3H8O
2o exemplo: C4H8 CH2 l CH k CH2 k CH3 e CH3 k CH l CH k CH3
3o exemplo: C4H6Cl2
CH2 CH3CH2
OH
CH3 CH CH3
OH
e
Cl CH CH2
CH Cl
CHCH
CH2
ClCl
H2C H2C
e
Nesse tipo de isomeria, os isômeros também pertencem sempre à mesma função química.
ISOMERIA DE COMPENSAÇÃO (OU METAMERIA)
A isomeria de compensação (ou metameria) ocorre quando os isômeros diferem
pela posição de um heteroátomo na cadeia carbônica.
1o exemplo: C4H10O CH3 k O k CH2 k CH2 k CH3 e CH3 k CH2 k O k CH2 k CH3
Veja que o heteroátomo (no caso, o oxigênio) mudou da posição 2 para a posição 3. Disso sempre
resulta um encurtamento da cadeia carbônica de um lado do heteroátomo, com o consequente alonga-
mento da cadeia do lado oposto. Veja também que, nesse caso, os dois isômeros pertencem à mesma
função (função éter), sendo chamados de metâmeros (do grego: meta, mudança).
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Capítulo 25 • ISOMERIA NA QUÍMICA ORGÂNICA
5
2o exemplo: C4H11N
Nesse caso, a isomeria decorre da mudança da posição do heteroátomo nitrogênio.
3o exemplo: C3H6O2
NCH3 CH2 CH2 CH3
H
NCH2 CH2 CH3CH3
H
e
CH2
CH
O
O CH3 CH3
CCH3
O
O
e
Nesse exemplo, é mais fácil enxergar o alongamento e encurtamento da cadeia carbônica, antes e
depois do grupo funcional C
O
O
.
4 ISOMERIA DE FUNÇÃO (OU FUNCIONAL)
A isomeria de função (ou funcional) ocorre quando os isômeros pertencem a fun-
ções químicas diferentes.
Os casos mais comuns de isomeria de função ocorrem entre:
• álcoois e éteres; • álcoois aromáticos, éteres aromáticos e fenóis.
• aldeídos e cetonas; • ácidos carboxílicos e ésteres.
Vamos exemplificar cada um desses casos:
1o exemplo: C2H6O
CH3 k CH2 k OH e CH3 k O k CH3
2o exemplo: C7H8O
3o exemplo: C3H6O
4o exemplo: C3H6O2
CH2OH
Álcool aromático
OCH3
Éter aromático Fenol
CH3
OH
eCCH2
O
H
CH3
Aldeído
CH3 C
O
CH3
Cetona
eCCH2
O
OH
CH3
Ácido
CCH3
O
O CH3
Éster
TAUTOMERIA
Tautomeria é o caso particular de isomeria funcional em que os dois isômeros ficam
em equilíbrio químico dinâmico.
Os casos mais comuns de tautomeria ocorrem entre:
• aldeído e enol; • cetona e enol.
Álcool Éter
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• Fundamentos da Química
Consideremos os dois exemplos dados na tabela abaixo:
H CC
H
H
O
H
Aldeído
H C
H
C
OH
H
Enol
Tautômeros
Equilíbrio aldo-enólico
Cetona Enol
Tautômeros
H C C
H
HC
H
HOH
H HCC
H
C
H
HOH
Equilíbrio ceto-enólico
1o exemplo 2o exemplo
Equilíbrio entre o etanal ou aldeído acético
(CH3K CHO) e um enol.
Equilíbrio entre uma cetona e um enol.
a) Isômeros são compostos com fórmulas iguais e propriedades , devido a fórmulas diferentes.
b) Isômeros planos diferem pela dos átomos na molécula.
c) Isômeros espaciais diferem pela espacial dos átomos na molécula.
d) Isômeros de cadeia ou núcleo diferem pela ou .
e) Isômeros de posição diferem pela posição das ou das ligações ou .
f) Isômeros de compensação diferem pela posição de um na cadeia.
g) Isômeros de função pertencem a químicas diferentes.
h) Tautômeros são isômeros em químico dinâmico.
REVISÃO
1 (PUC-RS) Considere as fórmulas das seguintes substâncias:
I. CH3 k CH2 k CH3
II. CHCH3 CH3
CH3
III. CH3 k CH2 k CH l CH2
IV. CH3 CH2CH2
CH3
V. CHCH2CH3 CH3
CH3
Pela análise, pode-se afirmar que a fórmula correspon-
dente a um isômero do butano é:
a) I b) II c) III d) IV e) V
2 (PUC-MG) Analise os compostos a seguir.
1. CH3COCH3 4. CH3CH2COOH
2. CH3COOCH3 5. CH3CH2CH2OH
3. CH3CH2CHO 6. CH3OCH2CH3
São isômeros os pares:
a) 1 e 5; 2 e 4 c) 1 e 3; 2 e 4 e) 2 e 4; 3 e 6
b) 2 e 4; 3 e 5 d) 3 e 6; 1 e 5
3 (Mackenzie-SP) Metil-propano CH(H3C CH3)
CH3
 e
butano (H3C K CH2 K CH2 K CH3) são isômeros planos de:
a) cadeia. c) função. e) núcleo.
b) posição. d) metameria.
4 (Mackenzie-SP) Entre os compostos
CHCH2H3C CH3
NH2
CH2 CH2H3C CH2 eNH2
,
ocorre isomeria de:
a) metameria. c) função. e) tautomeria.
b) posição. d) cadeia.
5 (Mackenzie-SP) Dentre os compostos formulados, os que
apresentam isomeria de função são:
a) HC e
O
O CH2 CH3
H3C C
O
O CH3
b) 
H2C CH CH
CH3
CH3
CH2H2C CH CH2 CH3 e
c)
CH3
OH
CH3
HO
e
d) H2C L CH K CH3 e HC M C K CH3
e) H3C K O K CH3 e H3C K CH2 K OH
6 (Fesp-PE) A propanona e o isopropenol são casos típicos
de isomeria:
a) de cadeia. d) de posição.
b) de tautomeria. e) estereoisomeria.
c) de metameria.
EXERCÍCIOS
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Capítulo 25 • ISOMERIA NA QUÍMICA ORGÂNICA
1
2a PARTE: ISOMERIA ESPACIAL
A isomeria espacial (ou estereoisomeria) é aquela que só pode ser explicada por
meio de fórmulas estruturais espaciais.
Em outras palavras, isso significa que só iremos observar a diferença existente entre dois isômeros
espaciais se fizermos uso de modelos moleculares espaciais.
A isomeria espacial divide-se em:
• isomeria cis-trans (ou geométrica); • isomeria óptica.
EXERCÍCIOS COMPLEMENTARES
7 (UFV-MG) Considere os nomes dos hidrocarbonetos a
seguir:
I. 2,2-dimetilbutano
II. 3-metilexano
III. 1,2-dimetilciclobutano
IV. cicloexano
V. hex-1-eno
A opção que relaciona corretamente isômeros é:
a) IV e V b) II e IV c) I e III d) I e IV e) II e V
8 (Uerj) Na tentativa de conter o tráfico de drogas, a Polí-
cia Federal passou a controlar a aquisição de solventes
com elevado grau de pureza, como o éter (etóxi-etano)
e a acetona (propanona). Hoje, mesmo as universidades
só adquirem esses produtos com a devida autorização
daquele órgão. A alternativa que apresenta, respectiva-
mente, isômeros funcionais dessas substâncias é:
a) butanal e propanal. c) butanal e 1-propanol.
b) 1-butanol e propanal. d) 1-butanol e 1-propanol.
9 (UFRGS-RS) A creolina, usada como desinfetante, contém
cresóis, que são hidróxi-metil-benzenos de fórmula
molecular C7H8O. Esses cresóis podem apresentar isomeria:
a) de função e cadeia. d) de posição e função.
b) de cadeia e tautomeria. e) de função e metameria.
c) de cadeia e posição.
10 (Mackenzie-SP) O número máximo de isômeros de fór-
mula molecular C5H12 é:
a) 6 b) 5 c) 4 d) 3 e) 2
ISOMERIA CIS-TRANS (OU GEOMÉTRICA)
Este tipo de isomeria pode ocorrer em dois casos principais, a saber:
• em compostos com duplas ligações;
• em compostos cíclicos.
1.1. Isomeria cis-trans em compostos com ligações duplas
Seja o composto ClCH L CHCl. Usando-se o modelo de bolas, podemos ter as seguintes arruma-
ções espaciais:
HH
ClCl
H
Cl
Cl
H
C C C C
Modelo da molécula trans-1,2-dicloro-eteno.Modelo da molécula cis-1,2-dicloro-eteno.
Repare:
• na figura da esquerda, os dois átomos de cloro estão no mesmo lado do plano que divide a
molécula ao meio; essa é a chamada “forma cis” (cis � “mesmo lado”);
• na figura da direita, os dois átomos de cloro estão em lados “opostos” do plano que divide a
molécula ao meio; essa é a chamada “forma trans” (trans � “através” ou “transversal”).
Os dois compostos dados podem também ser representados abreviadamente do seguinte modo:
CC
H
Cl
H
Cl
Cis-1,2-dicloro-eteno
(Molécula polar)
CC
H
Cl
Cl
H
Trans-1,2-dicloro-eteno
(Molécula apolar)
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• Fundamentos da Química
Note que R1 (assim como R2) pode ser igual ou diferente de R3 e R4.
1.2. Isomeria cis-trans em compostos cíclicos
Os compostos cíclicos apresentam um anel ou núcleo que é um polígono plano ou reverso.
Conforme as ramificações (ou os substituintes) estejam acima ou abaixo desse polígono, podem surgir
casos de isomeria cis-trans (aqui também chamada isomeria baeyeriana, como homenagem ao cientista
Adolf von Baeyer).
Seja, por exemplo, o composto 1,2-dicloro-ciclo-propano. Ele poderá apresentar as seguintes es-
truturas:
Generalizando, podemos dizer que irá ocorrer isomeria cis-trans em compostos contendo dupla
ligação e que apresentem a estrutura:
CC
R1
R2
R3
R4
R1 i R2
R3 i R4
em que: e
Na primeira figura, os dois átomos de cloro estão no mesmo lado do plano do anel; na segunda
figura, um átomo de cloro está acima e o outro está abaixo do plano do anel. As duas estruturas não
podem ser superpostas — trata-se, então, de dois isômeros diferentes: o primeiro é o cis e o segun-
do, o trans.
Modelo da molécula trans-1,2-dicloro-ciclo-propano.
H
H
H
H
C
C
C
Cl
Cl H
H
H
H
C
C
C
Cl
Cl
Modelo da molécula cis-1,2-dicloro-ciclo-propano.
a) A isomeria espacial ou só é explicada por fórmulas estruturais , pois a diferença entre
os isômeros reside na dos átomos no espaço.
b) A isomeria geométrica ou aparece em compostos com ligações e em compostos .
REVISÃO
EXERCÍCIOS
11 (UFRGS-RS) Assinale, entre os seguintes compostos, o que
pode apresentar isomeria espacial.
a) H2C L CHCl d) CHCl L CHCl
b) CH2ClBr e) CH2Cl K CH2Br
c) CH2Cl K CH2Cl
12 (Unisinos-RS) As fórmulas de quatro compostos orgâni-
cos são:
I. H2C L CHCH3 III. (H3C)2HC K CH3
II. ClHC L CHCl IV.
CClH
CClHH2C
O(s) que apresenta(m) isomeria geométrica ou cis-trans
é(são):
a) I, II, III e IV. c) apenas I e II. e) apenas II e IV.
b) apenas III. d) apenas II e III.
13 (Vunesp) Apresenta isomeria geométrica:
a) 2-penteno d) tetrabromoetileno
b) 1,2-butadieno e) 1,2-dimetilbenzeno
c) propeno
14 Indique qual dos seguintes compostos não apresenta
isomerismo geométrico (cis-trans):
a) buteno-2 d) 1-cloropropeno
b) 1,2-dicloroeteno e) 2-metilbuteno-2
c) penteno-2
15 (PUC-SP) O hidrocarboneto acíclico mais simples que
apresenta isomeria cis-trans é o:
a) eteno d) buteno-2
b) propeno e) penteno-1
c) buteno-1
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Capítulo 25 • ISOMERIA NA QUÍMICA ORGÂNICA
2 ISOMERIA ÓPTICA
2.1. Introdução
A luz comum (ou natural) é formada por ondas elétricas e ondas magnéticas que vibram em
planos perpendiculares entre si. Além disso, esses planos giram em torno do próprio eixo de propaga-
ção da luz. Esquematicamente temos:
Na chamada luz polarizada, os planos de vibração não giram. Daí as representações:
Eixo de propagaçãodo raio luminoso
Plano de vibração da onda elétrica
Plano de vibração da onda magnética
Rotação dos planos
90º
A maneira mais simples de polarizar um raio luminoso é usando o material denominado polaroide,
empregado em óculos de sol, em câmeras fotográficas etc. São usados também os chamados prismas
de Nicol, fabricados com CaCO3.2.2. Substâncias opticamente ativas
Certas substâncias desviam, ou melhor, giram o plano de
polarização da luz polarizada, como indicamos na figura ao lado.
Essas substâncias são denominadas substâncias opticamente ati-
vas (dizemos também que elas têm atividade óptica).
E como podemos constatar esse desvio da luz polarizada? Com
o auxílio de um aparelho denominado polarímetro, cujo esque-
ma mostramos a seguir:
Representação da luz polarizada (Onde
indicamos os planos que estão fixos.)
Representação da luz natural (Onde indi-
camos os planos que estão girando.)
Plano original
de vibração
Novo plano
de vibração
Desvio
Fonte de
luz (I)
Polarizador (II)
Tubo com a
amostra (III)
Analisador (IV)
Observador
Luz natural
Luz polarizada Luz polarizada e
desviada pela
amostra
Desvio da luz
polarizada
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• Fundamentos da Química
No polarímetro, mostrado na página anterior, existem:
• a fonte de luz (I), normalmente de luz monocromática (por exemplo, uma lâmpada de sódio,
que produz luz amarela);
• o polarizador (II), que é um prisma de Nicol, que polariza a luz;
• o tubo com a amostra (III), onde fica a solução da substância a ser analisada;
• o analisador (IV), que é um segundo prisma de Nicol, utilizado para medir a rotação (desvio) que
o plano da luz polarizada sofre quando essa luz atravessa a substância em análise.
Um exemplo clássico de substância opticamente ativa
é o ácido lático. Existem dois tipos de ácido lático: um que
desvia o plano de polarização para a direita e o outro que o
desvia para a esquerda.
Surgiram desse fato as expressões antípodas ópticos
ou enantiomorfos (do grego enantios, oposto; morpho, for-
ma). A substância que desvia o plano da luz polarizada para
a direita chama-se dextrogira (do latim dexter, direito); a
que o desvia para a esquerda chama-se levogira (do latim
laevus, esquerdo).
De um modo geral, podemos dizer que:
A atividade óptica de uma substância é
devida à assimetria existente na disposição dos
átomos no interior de sua molécula.
CH3 COOHC
H
OH
Ácido lático
+ α – α
Substância
dextrogira (d) (�)
Substância
levogira (l) (�)
Há objetos simétricos, como uma bola, um
copo etc. Outros são assimétricos e formam
pares “opostos”, como acontece com:
• um par de sapatos — não podemos calçar o
sapato do pé direito no pé esquerdo ou vice-
-versa;
• um par de luvas — não podemos vestir a
luva da mão direita na mão esquerda ou vice-
-versa; etc
É interessante notar que esses pares
assimétricos se assemelham ao par objeto-ima-
gem num espelho. É o caso, por exemplo, de
nossas mãos direita e esquerda, como mos-
tramos abaixo.
Conceituação de assimetria
A imagem da mão direita em um espelho tem
a mesma forma da mão esquerda.
A luva da mão direita não se encaixa na
mão esquerda.
Esse tipo de assimetria é chamado de
assimetria quiral, palavra que vem do grego
cheir, que significa mão. A propósito, esse ter-
mo originou, na língua portuguesa, várias pala-
vras, como quiromancia (leitura das mãos) e
cirurgia (intervenção com as mãos).
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Capítulo 25 • ISOMERIA NA QUÍMICA ORGÂNICA
2.3. Compostos com um carbono assimétrico (ou quiral)
Carbono assimétrico (ou quiral) é o átomo de carbono que está ligado a quatro
grupos diferentes entre si.
Consideremos o caso do ácido lático.
O carbono central é assimétrico (costuma-se indicar os carbonos assimétricos com um asterisco),
pois a ele estão ligados quatro radicais diferentes: H, CH3, OH e COOH. Lembrando a estrutura tetraédrica
do carbono, temos:
Você poderá perceber que, se tentarmos “encaixar” uma molécula na
outra, nunca haverá coincidência de todos os radicais. São, pois, moléculas
diferentes (para visualizar melhor esse fato, o leitor poderá montar os mo-
delos usando bolinhas de isopor coloridas espetadas em palitos de fósforos):
• das duas moléculas ao lado, a de cima representa o ácido lático
dextrogiro, e nós escrevemos ácido d-lático ou ácido (�) lático;
• a de baixo é o ácido lático levogiro, e nós escrevemos ácido l-lático
ou ácido (�) lático.
Os dois ácidos láticos têm todas as propriedades físicas iguais, exceto
o desvio do plano da luz polarizada (tem rotações específicas opostas).
CH3 COOHC*
H
OH
Ácido lático
H
OH
CH3
COOH
Espelho
H
OH
CH3
COOH
Modelo da molécula de ácido lático dextrogiro e sua imagem refletida num espelho
plano (ácido lático levogiro).
Abreviadamente:
Par de enantiomorfos ou antípodas ópticosCH3 COOHC
H
OH
CH3HOOC C
H
OH
Espelho plano
Completando o que explicamos acima, diremos ainda que racêmico ou mistura racêmica é a
mistura do isômero dextrogiro com seu antípoda levogiro, na proporção de 50% de cada um.
O racêmico não desvia o plano da luz polarizada (isto é, tem [α]D
20 °C � zero), pois o desvio provo-
cado por uma molécula é sempre neutralizado pelo desvio provocado por outra. Dizemos então que o
racêmico não tem atividade óptica ou que é opticamente inativo; com mais propriedade, dizemos que
o racêmico é inativo por compensação externa, já que o efeito produzido por uma molécula é compen-
sado externamente, ou seja, por outra molécula. No exemplo do ácido lático, o racêmico é representado
por ácido (d) (l) lático ou ácido (�) (�) lático. É curioso notar que o racêmico tem propriedades físicas
diferentes dos enantiomorfos. O ácido lático racêmico, por exemplo, tem ponto de fusão igual a 16,8 °C,
enquanto os enantiomorfos, como já vimos na tabela acima, têm ponto de fusão igual a 52,8 °C.
H
OH
COOH
CH3
H
OH
CH3
COOH
Ponto de fusão (°C) Densidade (g/mL) Rotação específica [α]2D0 °C
Fórmula estrutural plana do
ácido lático.
A B
Ácido (�) lático 52,8 1,2485 �2,6°
Ácido (�) lático 52,8 1,2485 �2,6°
R
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602
• Fundamentos da Química
2.4. Compostos com vários carbonos assimétricos diferentes
Consideremos o exemplo do ácido α-hidróxi-β-metil-succínico.
Temos, nessa substância, dois carbonos assimétricos conside-
rados diferentes entre si porque os grupos ligados ao carbono 2
não são todos iguais aos radicais ligados ao carbono 3.
Esse composto tem quatro isômeros opticamente ativos e dis-
tintos entre si, que podem ser representados esquematicamente
do seguinte modo:
Repare que a diferença entre os quatro compostos é indicada pelas posições dos grupos OH e CH3,
que estão ora à esquerda, ora à direita da fórmula. Os isômeros A e B são antípodas ópticos; um será
dextrogiro e o outro levogiro, com desvios iguais em valor absoluto. O mesmo podemos dizer entre C e
D. Temos também duas misturas racêmicas: A � B e C � D. Nesse caso, usamos ainda o termo
diastereoisômeros para indicar os isômeros ópticos que não são enantiomorfos entre si — é o caso
dos pares: A e C; A e D; B e C; e B e D.
Generalizando nossas conclusões, podemos dizer que, havendo 1, 2, 3, ... n carbonos assimé-
tricos diferentes, teremos 21, 22, 23, ... 2n isômeros ópticos diferentes entre si e, consequentemente,
2n : 2 � 2n � 1 misturas racêmicas diferentes entre si.
2.5. Compostos com dois carbonos assimétricos iguais
Consideremos agora o exemplo do ácido tartárico (ácido di-hidróxi-succínico):
Ácido α-hidróxi-β-metil-succínico
C*
H
OH
COOHHOOC C*
H
CH3
1 2 3 4
C* OH OH
CH3
COOH
COOH
H
C*H
A
Espelho plano Espelho plano
C* H
HCH3
COOH
COOH
HOHO
C*
B
C*
HCH3 CH3
COOH
COOH
H
C*
C
C* H
H
COOH
COOH
C*
D
Ácido tártaricoC*
H
OH
COOHHOOC C*
H
OH
1 2 3 4
Nesse exemplo, ao contrário do que se verifica nos compostos com vários carbonos assimétricos
diferentes, os carbonos assimétricos 2e 3 são iguais ou equivalentes entre si, pois ambos estão ligados
aos mesmos grupos.
Nesse caso, existem dois isômeros com atividade óptica e enantiomorfos entre si: o ácido d-tartárico
e o ácido lllll-tartárico. Misturados em partes iguais, eles formarão o racêmico, o qual, como sempre, é
opticamente inativo (inativo por compensação externa). No entanto, existe ainda um isômero que
por si só não tem atividade óptica (é inativo por compensação interna): o ácido mesotartárico.
A tabela seguinte nos dá algumas propriedades físicas dos ácidos tartáricos:
d 170 1,76 139 �12°
l 170 1,76 139 �12°
dl 206 1,69 21 0
Meso 140 1,67 125 0
Ácido
Ponto de fusão Densidade Solubilidade Poder rotatório
(°C) (g/mL) (em g/100 de H2O) específico [α]D20 °C
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603
Capítulo 25 • ISOMERIA NA QUÍMICA ORGÂNICA
a) Substâncias opticamente ativas são as que ou o plano de vibração da luz .
b) Antípodas ópticos ou são que desviam o plano da luz polarizada de ângulos , porém
em opostos.
c) Carbono assimétrico ou é o que está ligado a grupos entre si.
d) Um composto com n carbonos assimétricos, diferentes entre si, dá origem a isômeros ópticos dife-
rentes e a misturas racêmicas diferentes entre si.
REVISÃO
EXERCÍCIOS
16 (Mackenzie-SP) O composto que apresenta isômeros
ópticos é:
a) H3C CH2 CH2 CH2
OH
d) H3C CH3C
Cl
Cl
b) H3C CH CH2
Cl
Cl e) CC
H
H
Cl
Cl
c) H2C CH2 CH2CH
ClCl
17 (Unifor-CE) A molécula de anfetamina
apresenta isomeria óptica, possuindo portanto um car-
bono com quatro diferentes substituintes. Na anfetamina,
esse átomo de carbono está representado pelo:
a) C1 b) C6 c) C7 d) C8 e) C9
18 (UCS-RS) Um composto orgânico é representado pela se-
guinte estrutura:
CH2 CH
NH2
CH3
12
3
4 5
6
7
8 9
Para que esse composto adquira assimetria molecular, os
dois radicais R podem ser substituídos por:
a) dois radicais metil.
b) dois radicais etil.
c) um radical metil e outro etil.
d) um radical metil e outro n-propil.
e) um radical etil e outro n-propil.
19 (Feevale-RS) A alternativa que contém o número de isômeros
ópticos ativos existentes no 3-metil-2-pentanol é a:
a) 1 b) 2 c) 4 d) 6 e) 8
H3C C
R
COOH
R
EXERCÍCIOS COMPLEMENTARES
20 (UFPI) A sensação de “suor frio”, sentida pelas pessoas
que praticam certas atividades (alpinismo, paraquedismo
etc.) ou frequentam parques de diversões, surge devido
à liberação do hormônio adrenalina pelas glândulas su-
prarrenais para o sangue.
Considere a molécula da adrenalina representada abaixo:
De acordo com a estrutura, é correto afirmar que:
a) os carbonos “d” e “g” são assimétricos.
b) somente o carbono “g” é assimétrico.
c) os carbonos “a”, “b”, e “d” são assimétricos.
d) os carbonos “g” e “h” são assimétricos.
e) não existem átomos assimétricos.
21 (UCDB-MS) Os α-aminoácidos são moléculas naturais que
contêm um grupo amina e um grupo carboxílico ligados
ao mesmo átomo de carbono. Na grande maioria dos
aminoácidos esse átomo de carbono é quiral. Qual das
Ch N Ci H
H
HO
H
Cg
H
H HOH
OH
H
e
f
a
b
c
d
estruturas abaixo representa um α-aminoácido com as
características citadas acima?
a)
CH
NH2
OH
CCH2
O
b) OH
CCH
NH2
CH2
O
c)
CCH
CH3
NH2
CH2
O
d) H
CCH
NH2
CH2
O
NH2
H3C
OH
C
CH3
C
O
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604
• Fundamentos da Química
22 (Unifor-CE) O composto CH3CH(OH)CH(NH2)COOH têm
molécula com dois carbonos assimétricos. São possíveis
quatro estereoisômeros:
C NH2
OH
COOH
CH3
H
C
H
(I)
C NH2
HHO
COOH
CH3
H
C
(II)
C H
HHO
COOH
CH3
H2N
C
(III)
C H
H OH
COOH
CH3
H2N
C
(IV)
É assim que são enantiômeros (imagens especulares, um
do outro) os compostos representados por:
a) I e II c) I e IV e) III e IV
b) I e III d) II e III
23 (PUC-MG) O composto HOOC COOHCH
Cl
CH
Cl
apresenta isômeros opticamente ativos em número de:
a) 2 c) 6 e) 10
b) 4 d) 8
LEITURA
A NATUREZA É QUIRAL
Os alimentos que ingerimos (pão, carne
etc.), bem como a celulose dos tecidos e do
papel que utilizamos, são formados por várias
substâncias que contêm carbonos assimétricos
(quirais). As proteínas que formam nossos te-
cidos e as enzimas e os hormônios que con-
trolam nosso organismo são, quase sempre,
substâncias quirais.
Em nosso organismo, ocorrem sucessões
enormes de reações bioquímicas, nas quais cada
substância deve se “encaixar”, com precisão,
na molécula (reagente) seguinte, dando origem
a etapas bem definidas da reação global. No
esquema a seguir, procuramos ilustrar essa ideia,
mostrando como um isômero óptico consegue
se “encaixar” em uma enzima, enquanto seu
antípoda óptico não.
Do que acabamos de expor, uma consequên-
cia importante é que muitos medicamentos quirais
devem conter apenas o antípoda adequado para
ter efeitos benéficos em nosso organismo. Nos me-
dicamentos naturais existe, em geral, somente um
dos enantiomorfos. Nos medicamentos sintéticos,
porém, a tendência é existir a mistura racêmica,
pois são difíceis as reações estereoespecíficas (isto
é, as que nos levam a apenas um dos isômeros) e,
além disso, a separação dos isômeros também é
uma operação cara e complicada.
Um episódio muito doloroso envolvendo subs-
tâncias quirais foi o provocado pela talidomida.
Esse medicamento foi lançado na Europa, na dé-
cada de 1960, como tranquilizante e sonífero. In-
felizmente, várias gestantes que o utilizaram tive-
ram bebês com mãos, braços, pés e pernas
atrofiadas (efeito teratogênico). Posteriormente,
verificou-se que apenas a (�) talidomida é
teratogênica, enquanto a (�) talidomida é a que
tem efeito tranquilizante. O uso desse medicamen-
to, porém, continua sendo contraindicado para
gestantes, pois há o risco de um isômero se trans-
formar no outro, em nosso organismo.
C
Este isômero
se encaixa.
C
Este não consegue
se encaixar.
Encaixe
impossível.
A partir de fatos como esse, a indústria far-
macêutica passou a aprimorar a produção de
medicamentos quirais. Atualmente, cerca de
dois terços dos medicamentos em desen-
volvimento são quirais, e os que já foram lan-
çados são responsáveis por vendas da ordem
de bilhões de dólares por ano, no mundo todo.
Talidomida
N
N
H
O
O
Carbono quiral
O O
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605
Capítulo 25 • ISOMERIA NA QUÍMICA ORGÂNICA
26 (UFC-CE) O aroma dos perfumes, geralmente, resulta de
misturas de compostos químicos. Moléculas com estru-
turas químicas semelhantes não possuem necessariamente
aromas similares. Nerol e geraniol, por exemplo, cujas
estruturas são representadas abaixo, são constituintes
naturais de perfumes e exalam diferentes aromas.
Questões sobre a leitura
24 (UFRGS-RS) Na natureza existem produtos que, pela mo-
dificação da disposição relativa dos ligantes de um centro
quiral (carbono assimétrico), apresentam propriedades
organolépticas diferentes. Um exemplo é observado no
limoneno, encontrado em óleos essenciais, onde um dos
isômeros apresenta sabor de laranja e o outro, de limão.
Pode-se afirmar que estes compostos são isômeros:
a) geométricos. c) de posição. e) de função.
b) ópticos. d) de cadeia.
25 (UFSM-RS) Compostos orgânicos, mesmo tendo a fórmula
estrutural igual, podem apresentar propriedades diferentes
(isômeros) ou podem ser isolados de fontes diferentes, o
que ocorre com o ácido lático, representado a seguir.
É correto afirmar que as estruturas I e II são:
a) enantiômeras. d) mesoisômeras.
b) diastereoisômeras. e) o mesmo composto.
c) tautômeras.
H3C OH
H
COOH
CH3HO
H
COOH
l (+) ácido lático
produzido no músculo
humano (acúmulo
causa cãibras)
d (–) ácido lático
isolado do soro
do leite
DESAFIO
Com relação às moléculas acima representadas, é corre-
to afirmar que nerol e geraniol sãoisômeros:
a) óticos. d) geométricos.
b) de posição. e) de função.
c) de compensação.
27 (PUC-RJ) A substituição de um hidrogênio por uma etila
no carbono secundário do butano resulta em um isômero
de cadeia do:
a) 2-metil-butano. d) pentano.
b) 2-metil-pentano. e) hexano.
c) 3-metil-pentano.
28 (Fuvest-SP) Quantos isômeros estruturais e geométricos,
considerando também os cíclicos, são previstos com a
fórmula C3H5Cl?
a) 2 d) 5
b) 3 e) 7
c) 4
29 (UCS-RS) Funções orgânicas oxigenadas possuem vasto
campo de aplicação em indústrias químicas e farmacêu-
ticas. O composto C3H8O é um exemplo disso.
Em relação a esse composto, o número máximo de fun-
ções e de isômeros que ele possui, respectivamente, é:
a) três e dois. d) dois e dois.
b) três e dois geométricos. e) dois e três.
c) três e três.
OH
OH
Nerol Geraniol
30 (UFRGS-RS) Durante um exercício físico, grande parte da
energia necessária para a movimentação dos músculos
provém da conversão anaeróbica da glicose em ácido
láctico, cuja a fórmula se encontra abaixo.
Sobre esse composto, podemos afirmar que ele:
a) contém somente átomos de carbono que apresentam
geometria tetraédrica.
b) apresenta isomeria geométrica.
c) pode existir em duas configurações espaciais diferentes.
d) é um composto cíclico saturado.
e) é um ácido β-hidróxi-carboxílico.
31 (UFPE) A fexofenadina é um anti-histamínico não sedati-
vo que surgiu como um substituto para um outro medi-
camento que causava fortes efeitos colaterais. Esse com-
posto apresenta a seguinte estrutura molecular:
CH
OH
CH3 COOH
Pode-se afirmar que esse composto possui:
a) dois carbonos quirais (assimétricos) e um grupo funcio-
nal ácido carboxílico.
b) um carbono quiral (assimétrico) e um grupo funcio-
nal fenol.
c) dois carbonos quirais (assimétricos) e dois grupos fun-
cionais álcoois.
d) um carbono quiral (assimétrico) e um grupo funcio-
nal amina.
e) três carbonos quirais (assimétricos) e três grupos fun-
cionais aromáticos.
OH
OH
H
N
CH3
CH3
COOH
(I) (II)
Capítulo
Refletindo sobre os tópicosTópicos do capítulo
• Como são fabricados os detergentes?
• Você já ouviu falar no inseticida BHC? Você sabe como ele é produzido?
• Que substância química é usada para produzir a chama dos maçaricos?
• Que relação há entre a degradação da borracha e a deterioração de
frutas e legumes?
• Como ocorre a carbonificação, processo que produz carvão a partir
da madeira?
1 Introdução
2 Reações de substituição
3 Reações de adição
4 Reações de eliminação
5 Reações do tipo ácido-base
6 Reações de oxirredução
7 Outras reações orgânicas
Leitura – Os doze princípios da
Química Verde
Reações orgânicas26
As leis gerais da Química continuam valendo na Química Orgânica: ácidos
reagem com bases; oxidantes reagem com redutores; moléculas polares reagem,
em geral, mais facilmente que as apolares, e assim por diante.
Na Química Orgânica, em particular, fatores como o comprimento e a energia das
ligações, o ângulo entre ligações vizinhas, a geometria das moléculas etc., tornam
as reações orgânicas, em geral, mais lentas e difíceis que as reações inorgânicas.
Outro problema a ser considerado é o fato de que em muitas reações orgânicas
são produzidas, além do composto desejado, subprodutos não desejáveis, em
geral tóxicos, que causam problemas ambientais e reduzem o rendimento
econômico. Daí a importância no desenvolvimento de novas reações orgânicas
que formem produtos específicos e com a maior pureza possível.
Atualmente, por meio da Química Fina, produzimos diversos compostos
especiais de alto valor agregado, como, por exemplo: medicamentos, tecidos
especiais e novos tipos de plástico. A pesquisa e o desenvolvimento destes
compostos são um dos principais focos de interesse das universidades, empresas
e governos em todo o mundo.
� Mais de 50% do oxigênio do planeta tem
origem na fotossíntese do fitoplâncton marinho.
� Cientista em laboratório
moderno de Bioquímica.
� A importância da pesquisa.
Antigo laboratório (1920).
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