ISOMERIA ESPACIAL
Também chamados de estereoisômeros, os isômeros espaciais são compostos que apresentam mesma fórmula molecular, mas se diferem quanto a sua conformação no espaço. A isomeria espacial é dividida em dois grupos: isomeria geométrica e isomeria ótica.
A primeira está relacionada com compostos que apresentam radicais ligados à carbonos ligados por uma ligação pi e à compostos cíclicos com dois radicais em carbonos saturados e vizinhos.
Já a isomeria ótica está relacionada à compostos que apresentam carbono assimétrico, o que confere atividade ótica à molécula.
ISOMERIA GEOMÉTRICA
A isomeria geométrica está presente em compostos alifáticos. Nas cadeias abertas, a condição de existência desse tipo de isomeria é a presença de uma ligação pi entre carbonos onde cada um deles apresenta radicais distintos entre si:
Portanto, no caso de radicais idênticos estarem ligados ao mesmo carbono, não há isomeria geométrica.
O isômero é chamado cis quando os ligantes iguais se apresentam do mesmo lado do plano.
Exemplo:
O isômero é chamado trans quando os ligantes iguais se apresentam em lados diferentes do plano.
Exemplo:
A presença de ligação pi impede a rotação da molécula, o que não ocorre nos casos onde há apenas ligação sigma. Assim, as formas cis e trans são fixas, não havendo maneira de sobrepor as duas formas de maneira que a posição dos ligantes iguais se coincidam. Dessa maneira, isômeros geométricos são chamados de diasteroisômeros, que são isômeros que não são a imagem especular um do outro.
OBSERVAÇÃO
As nossas mãos são imagens especulares uma da outra: se colocarmos a mão esquerda na frente de um espelho, a imagem refletida será a da mão direita, e vice-versa.
Porém, se tentarmos colocar a mão direita sobre a mão esquerda, veríamos que não seriam sobreponíveis, ou seja, por mais que tentássemos, jamais conseguiríamos colocar os mesmos tipos de dedos (polegar, indicador etc.) um sobre o outro.
Observe que na ausência de ligação pi não há como ter isomeria geométrica. Isso ocorre devido à livre rotação da ligação C – C:
O carbono da configuração B, ao girar 120 graus, assume a configuração C. O carbono superior da estrutura C, ao sofrer a mesma rotação, assume a configuração A. Logo, as três estruturas representam um único composto. Isso ocorre devido à ligação sigma entre os dois carbonos, que pode rotacionar livremente.
No caso da isomeria geométrica em compostos cíclicos não há a presença de ligação pi entre carbonos. Há apenas a necessidade de um ligante diferente de H em cada um dos carbonos vizinhos. Semelhante aos isômeros de cadeia acíclica, na forma cis, os dois ligantes iguais estarão de um mesmo lado do plano e na trans, os ligantes iguais estarão em planos diferentes.
Exemplo:
CASO ESPECÍFICO DE ISOMERIA GEOMÉTRICA: SISTEMA E-Z
No caso de pelo menos três ligantes diferentes, torna-se mais adequada a utilização dos símbolos E e Z para identificar o tipo de isomeria. Nesse caso, a determinação é feita a partir do número atômico. Quando os átomos ligados diretamente ao carbono da ligação π que apresentam maior número atômico estão do mesmo lado do plano, tem-se a forma Z. Quando estão em lados diferentes do plano, tem-se a forma E.
Exemplos:
Em caso de empate no número atômico, passa-se para o átomo seguinte até quando se fizer necessário.
ISOMERIA ÓTICA
A atividade ótica de uma molécula está diretamente relacionada à assimetria da molécula. Moléculas assimétricas não possuem nenhum plano que permita sua divisão em partes iguais.
Para determinar se uma molécula é assimétrica, procura-se por um átomo de carbono assimétrico, que é o carbono que apresenta quatro ligantes distintos.
A presença desse carbono confere quiralidade à molécula. O termo quiral indica que a molécula e sua imagem especular não são sobreponíveis. Os estereoisômeros que são quirais são chamados de enantiômeros ou enantiomorfos.
Exemplo:
O ácido – 2 – hidroxipropanoico, conhecido como ácido lático é um composto quiral, pois apresenta um carbono assimétrico, indicado por *:
ATIVIDADE ÓTICA
Compostos que apresentarem pelo menos um carbono assimétrico terão atividade ótica. A atividade ótica está relacionada com a capacidade de desviar a luz polarizada. A luz natural é desordenada, sendo seu fluxo espalhado em diversos sentidos. Ao se incidir essa luz sobre um prisma de Nicol (polarizador), essa luz assume um único sentido, ou seja, passa a ser polarizada.
Posteriormente, ao se incidir a luz polarizada em um composto quiral, observa-se que esta é desviada alguns graus à direita ou à esquerda. Quando a luz polarizada é desviada para a direita, tem-se o enantiômero denominado dextrógiro. Quando é desviada para a esquerda, tem-se o enantiômero levógiro.
Assim, tem-se que:
a. Não houve desvio, logo, é possível que a molécula não seja quiral ou tenha atividade ótica nula;
b. Houve desvio para a direita, tratando-se então de um dextrógiro. Logo, o composto é opticamente ativo.
c. Houve desvio para a esquerda, tratando-se então de um levógiro. Logo, o composto é opticamente ativo.
Como desviam a luz polarizada em sentidos contrários, os isômeros dextrógiro e levógiro são chamados de antípodas óticas. Quando a quantidade de isômeros dextrógiro e levógiro são iguais em uma mistura, tem-se a chamada mistura racêmica. A mistura racêmica é opticamente inativa por compensação externa. Enquanto os dextrógiros desviam a luz n graus para a direita, os levogiros desviam a luz os mesmos n graus a esquerda. Como resultado, tem-se o desvio nulo, e a mistura não irá apresentar atividade ótica.
Para determinar a quantidade de isômeros opticamente ativos de um composto, utiliza-se a fórmula de Van’t Hoff, onde n é igual ao número de carbonos assimétricos:
Isômeros opticamente ativos (I. O. A) = 2ⁿ
Também é possível determinar o número de isômeros opticamente inativos:
Isômeros opticamente inativos (I. O. I) = 2nⁿ⁻¹
COMPOSTOS MESO
São isômeros ópticos não enantiômeros entre si, ou seja, não são imagens especulares um do outro e ocorre em compostos que apresentam mais de um carbono quiral.
Exemplo:
Nesse caso, teremos dois isômeros opticamente ativos (destrógiro e levógiro), uma mistura racêmica e um composto meso (composto opticamente inativo por compensação interna).
Exemplo:
OBSERVAÇÃO
Existem casos onde moléculas orgânicas são assimétricas sem apresentarem carbono assimétrico, e, dessa forma, não apresentam imagem especular sobreponível. É o caso dos compostos alênicos, que são alcadienos que possuem duplas vizinhas. Mesmo na ausência de carbono assimétrico, esses compostos apresentam atividade ótica.
O aleno é o alcadieno mais simples. Os derivados de aleno irão apresentar atividade ótica desde que respeitadas as seguintes condições:
Compostos cíclicos também podem apresentar atividade óptica, como é o caso do 1,2-dicloropropano. Nesse caso, tem-se, simultaneamente, a ocorrência de isomeria óptica e geométrica.
