ISOMERIA ESPACIAL

Os isômeros apresentam mesma fórmula molecular, mesma fórmula plana, mas diferentes fórmulas estruturais espaciais.

Dividem-se em geométrica (ou cis-trans) e óptica.

ISOMERIA GEOMÉTRICA (OU CIS-TRANS)

Para encontrar isomeria geométrica é necessário que os compostos apresentem a cadeia carbônica acíclica com dupla ligação ou cadeia cíclica com ligantes diferentes. Vejamos:

COMPOSTOS DE CADEIA ACÍCLICA COM DUPLA LIGAÇÃO

Considere com bastante atenção os dois exemplos que serão dados a seguir:

 1º exemplo: Seja o composto ClCH2 – CH2Cl podemos representá-lo pelo “modelo de bolas” das seguintes maneiras:

No entanto, as três representações indicam a mesma coisa, pois trata-se da mesma estrutura espacial, isto é, do mesmo composto; de fato, a ligação simples (ligação sigma) entre os dois carbonos pode girar livremente. Deste modo, basta “rodar” o carbono superior da estrutura “B” 120º para que ela coincida com a estrutura “A”; bem como “rodando” o carbono superior da estrutura “C” 120º, ela coincide com “B”, e continuando o “giro” por mais 120º, ela coincide com “A”. Enfim, sempre que houver superposição das figuras, elas representarão o mesmo composto.

2º exemplo: Seja o composto ClCH = CHCl usando-se o mesmo modelo podemos ter as seguintes estruturas espaciais:

Repare no seguinte:

A) Na primeira figura, os dois átomos de cloro estão do “mesmo lado” do plano que “divide” a molécula ao meio; esta é a chamada forma CIS (cis = mesmo lado).

B) Na segunda figura, os dois átomos de cloro estão em “lados opostos” do plano que “divide” a molécula ao meio; esta é a chamada forma TRANS (trans = através ou transversal).

Observe:

Acontece, porém, que a dupla ligação (o par ligação sigma + pi) impede que a molécula rotacione , como ocorre com a ligação simples; isto significa, em outras palavras, que as duas figuras anteriores são fixas. Sendo assim, não há maneira de sobrepor a forma cis sobre a forma trans, de modo a coincidirem todos os seus átomos. Consequentemente, as formas cis e trans representam dois compostos diferentes. Podemos representá-los abreviadamente do seguinte modo:

Os ligantes do mesmo carbono obrigatoriamente têm que serem diferentes.

OBSERVAÇÃO

Quando os ligantes forem todos diferentes, costumamos a observar a isomeria pelo número atômico. Se os ligantes com os números atômicos maiores (elegendo primeiro o maior de cada carbono) estiverem do mesmo lado, a isomeria é considerada Cis ou Z, se estiverem em lados opostos a isomeria é considerada Trans ou E.

COMPOSTOS DE CADEIA CÍCLICA

Quando estudamos compostos cíclicos, podemos observar o seguinte comportamento:

Resumindo, o composto 1,2 dicloro ciclopropano pode apresentar as suas ramificações “acima” ou “abaixo” do plano que forma o núcleo do composto sendo classificado como cis ou trans.

GORDURA TRANS

Os principais componentes dos óleos e das gorduras são os triacilgliceróis, moléculas formadas a partir do glicerol e de ácidos graxos, que podem ser saturados ou insaturados. Apesar de termodinamicamente menos estáveis, os ácidos graxos cis ocorrem predominantemente na natureza, devido à estereoespecificidade das enzimas que atuam na biossíntese de lipídios. Durante o processo de hidrogenação parcial de óleos vegetais, ocorre a reação de isomerização com formação dos ácidos graxos trans (gordura trans).

A ingestão excessiva de ácidos graxos trans acarreta malefícios à saúde, principalmente devido à alteração dos níveis de colesterol no organismo. Assim, não é recomendada a ingestão de alimentos contendo ácidos graxos trans.

ISOMETRIA ÓPTICA

Os compostos que possuem mesma fórmula molecular, porém, diferentes atividades ópticas, são chamados de isômeros ópticos.

ISOMETRIA ÓPTICA OU CARBONO ASIMÉTRICO

Para estudarmos a isomeria óptica de um composto, o mesmo deverá apresentar carbono quiral ou assimétrico.

Carbono assimétrico (ou quiral) é aquele que possui quatro ligantes, todos diferentes entre si.

Um exemplo comum é o ácido lático (ou ácido 2 – hidroxipropanoico), que é proveniente do leite.

Ácido 2-hidroxipropanoico ou ácido lático

Todo composto que apresenta apenas um carbono assimétrico na molécula terá dois isômeros opticamente ativos, um dextrogiro e outro levogiro. Observe:

Quando a luz prolongada (após passar pelo prisma de Nicol – polarizador) atravessa o composto orgânico em análise, observamos os seguintes resultados:

A) No caso “a”, a luz polarizada que vibrava num determinado plano, ao atravessar o composto orgânico, continuou vibrando no mesmo plano. Dizemos, então, que o composto em questão não tem atividade sobre a luz, ele é opticamente inativo.

B) No caso “b”, a luz polarizada, após atravessar o composto orgânico, passou a vibrar em um plano à direita daquele em que vibrava anteriormente. Portanto, o composto é opticamente ativo. Por ter girado o plano da luz polarizada para a direita, dizemos que é dextrogiro.

C) No caso “c”, após atravessar o composto orgânico, a luz polarizada passou a vibrar num plano à esquerda do original. Concluímos que o composto é opticamente ativo. Por ter girado o plano de vibração da luz polarizada para a esquerda, dizemos que é levogiro.

A atividade óptica de um composto está relacionada diretamente com a assimetria de suas moléculas.

Molécula assimétrica é a que nunca se consegue dividir de modo que os dois lados resultantes dessa divisão fiquem iguais. Essa assimetria molecular pode ser expressa de dois modos: presença de carbono assimétrico e assimetria molecular propriamente dita (sem carbono assimétrico).

Esses isômeros desviam a luz polarizada em sentidos contrários. Por isso, são chamados antípodas ópticos, enantiomorfos ou ainda, de moléculas quirais.

MISTURA RACÊMICA

Usando partes iguais de dois enantiomorfos, podemos formar uma mistura racêmica.

A mistura racêmica é opticamente inativa por compensação externa, ou seja, como há um número igual de moléculas provocando desvios contrários na luz polarizada, uma cancela o desvio da outra e o desvio final é nulo.

A partir de compostos cujas moléculas possuem apenas 1 carbono assimétrico e, portanto, dois isômeros ópticos ativos, podemos preparar uma única mistura racêmica.

FÓRMULA DE VAN’T HOFF

Quando uma molécula possui vários carbonos assimétricos diferentes, podemos calcular o número de isômeros pelas fórmulas abaixo:

A) Isômeros opticamente ativos = 2n

B) Isômeros Racêmicos = 2^n-1    

C) n = n °  de carbonos assimétricos

ISOMERIA ÓPTICA SEM CARBONO ASSIMÉTRICO

Existem moléculas orgânicas que são assimétricas, sem possuírem carbonos assimétricos. Vamos estudar os dois casos mais comuns: dos compostos alênicos e dos compostos cíclicos.

A) Compostos alênicos (alcadienos acumulados)

Seus derivados apresentarão atividade óptica desde que:

Essas moléculas são assimétricas e não superponíveis, com suas imagens “ao espelho”. Consequentemente, teremos os isômeros dextrogiro, levogiro e o racêmico, que podemos representar abreviadamente da seguinte maneira:

B) Compostos Cíclicos

Seja, por exemplo, o composto 1,2-dicloro-ciclopro­pano. Lembrando que o anel do ciclopropano é plano, teremos as seguintes disposições:

Este é um caso interessante, onde surgem, simultaneamente, a isomeria óptica e a geométrica: o isômero cis é inativo; na forma trans, há isomeria óptica, aparecendo, então, os isômeros dextrogiro, levogiro e o racêmico.