2.3.5 – Estereoquímica 2.3.5.1 – Isomerismo Introdução e classificações O trabalho de identificação de substâncias químicas, central no trabalho de um Perito em Química, pode ser bastante difícil as vezes. Em moléculas orgânicas, um dificultador deste trabalho é a existência de moléculas que são isômeros, principalmente os estereoisômeros. Isômeros são compostos diferentes que tem a mesma fórmula molecular. Os isômeros se dividem em isômeros constitucionais e estereoisômeros. Isômeros constitucionais são isômeros que diferem porque seus átomos estão ligados em uma ordem diferente. Dentro dos isômeros constitucionais podemos encontrar:

Isômeros de função: ocorrem quando os compostos pertencem a diferentes funções. Ex: para a fórmula C2H6O temos o etanol (CH3CH2OH) e o éter dimetílico (CH3OCH3).

Isômeros de cadeia: os compostos pertencem a mesma função química, mas possuem cadeias diferentes. Por exemplo butano e isobutano.

Isômeros de posição: os isômeros pertencem à mesma função, mas diferem na posição de uma ramificação ou de uma insaturação. Exemplos: 2-penteno e 3-penteno, 2-etil propano e 3-etil propano.

Isômeros de compensação (Metameria): os isômeros pertencem à mesma função, mas diferem na posição do heteroátomo inserido na cadeia. Ex: metóxi-propano e etóxi-etano.

Isômeros tautoméricos (Tautomeria): é um caso especial de isomeria de função, no qual os compostos se encontram em equilíbrio. Alguns aldeídos e cetonas, por exemplo, estão em equilíbrio com enóis:

Estereoisômeros Estereoisômeros não são isômeros constitucionais pois tem os átomos conectados na mesma seqüência. Eles diferem apenas no rearranjo de seus átomos no espaço. Os estereoisômeros dividem-se em diastereômeros e enantiômeros. Diastereômeros são estereoisômeros cujas moléculas não são imagem especulares umas das outras. Dentro dos diastereômeros encontramos os chamados isômeros geométricos, ou isômeros cis-trans, como por exemplo:

Os isômeros geométricos não são a única classe de diastereômeros. Os compostos seguintes, por exemplo, não são isômeros geométricos, mas são diastereômeros:

CH3

C2H5

BrH

BrH

CH3

C2H5

BrH

HBr

Por fim, enantiômeros são estereoisômeros cujas moléculas são imagem especulares umas das outras, imagens que não se superpõe. Nossas duas mãos, por exemplo, são imagens especulares: Figura 1 – Imagem especular e não sobreposição

Da mesma forma, alguns compostos são imagens especulares e portanto enantiômeros:

Se colocarmos dois modelos destas moléculas no espelho veremos que uma é a imagem da outra. Se tentarmos sobrepor as moléculas, assim como com nossas mãos, não conseguiremos.

Figura 2 – Enantiômeros

Nesta primeira seção colocaremos apenas as definições, aprofundando os conceitos de isomeria geométrica na próxima seção e o de isomeria ótica (aquela dos enantiômeros) nas próximas seções. Terminando esta seção é interessante colocar a relação entre os tipos de isômeros e propriedades físicas e químicas. Isômeros constitucionais e diastereômeros tem diferentes propriedades entre si, como por exemplo, ponto de fusão e de ebulição. Já os enantiômeros tem ponto de fusão, de ebulição, índice de refração, solubilidade em solventes aquirais, espectros de IV, etc. todos iguais. As únicas propriedades dos enantiômeros que diferem são as aquelas resultantes da interação com outras moléculas que são enantioméricas, como velocidade de reação e solubilidade nestas. Uma propriedade essencial para os enantiômeros é o desvio da luz plano-polarizada, que será visto adiante.

2.3.5.1 – Exercícios Resolvidos Exercícios de outros concursos CESPE – Petrobras – Químico de Petróleo 2006

CESPE – INMETRO – Pesquisador em Química

CESPE – Petrobras – Químico de Petróleo 2004

Outros exercícios Nas questões seguintes são dadas duas estruturas e uma classificação. Julgue as classificações como corretas ou erradas. 1 – Propano e Propeno Isômeros de função Errado Propano e propeno não são isômeros, pois não tem a mesma fórmula molecular. O propano é C3H8 e o propeno é C3H6. 2 – Metóxietano e Propanol Isômeros de função Correto Ambos tem a fórmula molecular C3H8O, mas o primeiro é um éter e o segundo é um álcool. 3 – CH2=CH-CH3 e CH3-HC=CH2 Isômeros de posição Errado Trata-se do mesmo composto, apenas escrito de forma diferente. 4 – 2,3-dimetil butano e 2-metil pentano Isômeros de cadeia Correto Ambos os compostos são C6H14, mas com cadeias carbônicas diferentes.

5 -

O

e

OH

Isômeros tautoméricos (Tautômeros) Errado Ambos são C5H10O, mas não são tautômeros, e sim isômeros de função. O tautômero do primeiro

composto seria

OH

.

6 -

Br

H

H

Br e

H

Br

H

Br Isômeros geométricos Correto Os Br estão em lados opostos e no mesmo lado em cada uma das moléculas. A primeira forma é trans e a segunda cis.

7 -

Br

H CH3

H

H H

e

H

Br CH3

H

H H

Enantiômeros Errado Trata-se da mesma molécula, apenas escrita em forma diferente. Pela rotação da primeira molécula chegamos a segunda. 10 – Um perito recebeu uma amostra para análise e mediu algumas propriedades físicas, como ponto de fusão, ebulição, índice de refração obtendo o mesmo valor para a amostra desconhecida e para o padrão que tinha no laboratório. Ele fez também um espectro de IV e um de RMN obtendo picos que condiziam com o padrão (1,2-dibromo propano). Com isto o perito pode colocar em seu laudo que se trata do 1,2-dibromo propano e não um isômero deste. Errado Apenas os resultados obtidos são um bom indicativo de que não se trata de um isômero constitucional e nem de um diastereômero, mas ele nada poderia dizer sobre a possibilidade de se tratar de um enântiomero, que existe para o padrão em questão.