unidade 4 - isomeria

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UNIDADE 4 – ISOMERIA CAPÍTULO 1 – CONCEITOS FUNDAMENTAIS .......................................................................................................... 70 Introdução ....................................................................................................................................................................... 70 Classificação ................................................................................................................................................................... 70 CAPÍTULO 2 – A ISOMERIA PLANA ............................................................................................................................ 72 Introdução ....................................................................................................................................................................... 72 Divisão ........................................................................................................................................................................... 72 Isomeria de cadeia ..................................................................................................................................................... 72 Isomeria de posição ................................................................................................................................................... 72 Isomeria de função ..................................................................................................................................................... 72 Casos especiais ............................................................................................................................................................... 73 Metameria .................................................................................................................................................................. 73 Tautomeria ................................................................................................................................................................. 73 CAPÍTULO 3 – A ISOMERIA ESPACIAL ...................................................................................................................... 74 introdução ....................................................................................................................................................................... 74 Divisão ........................................................................................................................................................................... 74 Isomeria geométrica ................................................................................................................................................... 74 Isomeria Óptica .............................................................................................................................................................. 76 1. Luz natural ............................................................................................................................................................. 76 2. Luz polarizada ........................................................................................................................................................ 76 3. O polarímetro ......................................................................................................................................................... 78 4. Assimetria .............................................................................................................................................................. 78 Assimetria cristalina .............................................................................................................................................. 78 Assimetria molecular ............................................................................................................................................. 78 Separação das misturas racêmicas .................................................................................................................................. 83 1) Método mecânico .................................................................................................................................................. 83 2) Método biológico ................................................................................................................................................... 84 3) Método químico ..................................................................................................................................................... 84 EXERCÍCIOS DE APRENDIZAGEM .............................................................................................................................. 85 EXERCÍCIOS DE FIXAÇÃO ............................................................................................................................................ 88 EXERCÍCIOS COMPLEMENTARES .............................................................................................................................. 89

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Page 1: Unidade 4 - Isomeria

UNIDADE 4 – ISOMERIA

CAPÍTULO 1 – CONCEITOS FUNDAMENTAIS .......................................................................................................... 70 Introdução ....................................................................................................................................................................... 70 Classificação ................................................................................................................................................................... 70

CAPÍTULO 2 – A ISOMERIA PLANA ............................................................................................................................ 72 Introdução ....................................................................................................................................................................... 72 Divisão ........................................................................................................................................................................... 72

Isomeria de cadeia ..................................................................................................................................................... 72 Isomeria de posição ................................................................................................................................................... 72 Isomeria de função ..................................................................................................................................................... 72

Casos especiais ............................................................................................................................................................... 73 Metameria .................................................................................................................................................................. 73 Tautomeria ................................................................................................................................................................. 73

CAPÍTULO 3 – A ISOMERIA ESPACIAL ...................................................................................................................... 74 introdução ....................................................................................................................................................................... 74 Divisão ........................................................................................................................................................................... 74

Isomeria geométrica ................................................................................................................................................... 74 Isomeria Óptica .............................................................................................................................................................. 76

1. Luz natural ............................................................................................................................................................. 76 2. Luz polarizada ........................................................................................................................................................ 76 3. O polarímetro ......................................................................................................................................................... 78 4. Assimetria .............................................................................................................................................................. 78

Assimetria cristalina .............................................................................................................................................. 78 Assimetria molecular ............................................................................................................................................. 78

Separação das misturas racêmicas .................................................................................................................................. 83 1) Método mecânico .................................................................................................................................................. 83 2) Método biológico ................................................................................................................................................... 84 3) Método químico ..................................................................................................................................................... 84

EXERCÍCIOS DE APRENDIZAGEM .............................................................................................................................. 85 EXERCÍCIOS DE FIXAÇÃO ............................................................................................................................................ 88 EXERCÍCIOS COMPLEMENTARES .............................................................................................................................. 89

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Apostila de Química 3 − Unidade 4 − Isomeria − Pagina 70

CAPÍTULO 1 – CONCEITOS FUNDAMENTAIS

Introdução

Vamos recordar a obtenção da uréia através do aquecimento do cianato de amônio, realizada em 1828 por Wöhler:

Note que a fórmula molecular do cianato de amônio é CH4ON2 e a da uréia é também CH4ON2. Então, podem existir substâncias diferentes com a mêsma fórmula molecular.

Para designar esse fenômeno, o cientista Berzelius, maior autoridade científica da época, criou o termo isomeria (IS0 = igual; meros = parte). Assim:Isomeria é a denominação dada ao fenômeno de ocorrência de duas ou mais substâncias diferentes que possuem a mesma fórmula molecular.

Essas substâncias apresentam propriedades físicas e químicas diferentes, e são chamadas isômeros. Veja:Álcool etílico Éter metílicoÉ um liquido que ferve a 78°C, possui massa molecular 46 uma e fórmula molecular C2H6O.

É um gás que se liquefaz a –24°C, possui massa molecular 46 uma e fórmula molecular C2H6O.

A existência de tais compostos é explicada pela diferença na estrutura molecular:

Note que há mudança somente na distribuição dos átomos na molécula, ou seja, no modo como os átomos se ligam. Então, os mesmos átomos, ligados de maneiras diferentes, produzem moléculas diferentes.

Exercício resolvido

ER1. Dadas as fórmulas estruturais, agrupar aquelas que representam compostos isômeros:

Resolução: São isômeros os compostos b e d (fórmula molecular HOCN) e os compostos c e e (fórmula molecular C2H4O2).

Exercícios: EA1; EA2.

Classificação

A isomeria pode ser classificada em isomeria plana e isomeria espacial (estereoisomeria).Isomeria plana é a isomeria em que os isômeros são reconhecidos, identificados e diferenciados pelas suas fórmulas estruturais planas.

Por exemplo, existem, com a mesma fórmula molecular C2H6O, os compostos etanol e metoxi-metano, que são distinguidos pelas suas fórmulas estruturais planas:

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Apostila de Química 3 − Unidade 4 − Isomeria − Pagina 71

Isomeria espacial é a isomeria em que os isômeros possuem a mesma fórmula estrutural plana e são reconhecidos, identificados e diferenciados pelas suas fórmulas estruturais espaciais.

Por exemplo, existem dois compostos de fórmula molecular C2H2Cl2 cuja distinção só pode ser feita com o auxílio das respectivas fórmulas espaciais. Assim:

fórmulamolecularC2H2Cl2

fórmula estrutural plana 1,2-dicloro-eteno-cis

Os dois átomos de cloro estão “abaixo” do plano que contem os átomos de carbono.

1,2-dicloro-eteno-trans

Os dois átomos de cloro estão em lados opostos em relação ao plano que contém os átomos de carbono.

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Apostila de Química 3 − Unidade 4 − Isomeria − Pagina 72

CAPÍTULO 2 – A ISOMERIA PLANA

Introdução

Como vimos, os isômeros planos são identificados pelas suas fórmulas estruturais planas e distinguidos um do outro pela posição de certos grupos ou de insaturações, pelo tipo de cadeia que possuem ou então pela função a que pertencem.

Divisão

Conforme a posição de certos grupos ou insaturações, tipo de cadeia e a função, a isomeria plana divide-se em: isomeria de posição; isomeria de cadeia; isomeria de função.

Isomeria de cadeia

A isomeria de cadeia, ou isomeria de núcleo, é o fenômeno de ocorrência de dois ou mais compostos de mesma fórmula molecular, pertencentes à mesma função e que diferem no tipo de cadeia carbônica. Veja:

butanometilpropano

Note que a diferença entre os compostos está no tipo de cadeia; então, o butano e o metil-propano são:

isômeros de cadeia

Isomeria de posição

A isomeria de posição é o fenômeno de ocorrência de dois ou mais compostos de mesma fórmula molecular, pertencentes à mesma função e que diferem na posição de um grupo de átomos ou na posição de uma insaturação (dupla ou tripla ligações). Observe:

Propanol–1Propanol–2

Note que a diferença entre os compostos está na posição do grupo —OH; então, o propanol–1 e o propanol–2 são:

isômeros de posição

Buteno–1 Buteno–2Note que a diferença está na posição da dupla ligação; então, o buteno–l e o buteno–2 são:

isômeros de posição

Isomeria de função

A isomeria de função, ou isomeria funcional, é o fenômeno de ocorrência de dois ou mais compostos de mesma fórmula molecular que pertencem a funções diferentes. Observe:

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Apostila de Química 3 − Unidade 4 − Isomeria − Pagina 73

propanal propanona

Note que a diferença entre os compostos está na função a que pertencem; então, o propanal e a propanona são:

isômeros de função

Exercícios: EA3; EA4

Casos especiais

Existem dois tipos de isomeria plana que recebem denominações especiais: metameria e tautomeria.

Metameria

Observe:

Metoxi–propano Etoxi–etano

Note que a diferença entre os compostos está na posição do heteroátomo oxigênio; então, o metoxi–propano e o etoxi–etano são isômeros de posição. Este caso de isomeria de posição (diferença na posição de um heteroátomo) recebe o nome de isomeria de compensação ou metameria (meta = mudança).

Esse tipo de isomeria é chamado de isomeria de compensação porque, ao mudarmos a posição do heteroátomo, a diminuição da quantidade de carbonos de um lado desse heteroátomo é compensada por um aumento igual na quantidade de carbonos do outro lado. Assim:

Tautomeria

Dissolvendo etanal em água, verificamos que parte desse aldeído se converte em enol, através da migração de um átomo de hidrogênio na molécula, estabelecendo um equilíbrio dinâmico entre aldeído e enol, chamado equilíbrio aldo-enólico. Veja:

Esses isômeros de função, que coexistem em equilíbrio numa solução, transformando-se um no outro através de rearranjo molecular, recebem o nome de tautômeros.

O fenômeno de conversão de um tautômero em outro recebe o nome de tautomerização; e a solução que contém os tautômeros chama-se mistura alelótropa.

Esse tipo de isomeria de função recebe o nome de tautomeria (tarto = repetição), e ocorre não só com aldeídos, mas também com outros compostos. Veja o equilíbrio ceto-enólico:

Exercícios: EA5; EA6; EA7; EA8

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CAPÍTULO 3 – A ISOMERIA ESPACIAL

introdução

A isomeria espacial é aquela em que os compostos apresentam a mesma fórmula estrutural plana e somente podem ser distinguidos através das fórmulas estruturais espaciais.

Divisão

A isomeria espacial é dividida em: isomeria geométrica ou isomeria cis-trans; isomeria óptica.

Isomeria geométrica

Consideremos a seguinte fórmula estrutural plana:Na prática, verifica-se que existem dois compostos diferentes com essa mesma fórmula estrutural plana: um composto apresenta PF = –80°C e PE = 60°C e o outro PF = –50°C e PE = 48°C.

Como explicar esse fato?A explicação é dada considerando que esses átomos podem dispor-se no espaço de duas maneiras

diferentes, sem, no entanto, mudar as ligações entre eles; ou seja, em cada carbono ligam-se um hidrogênio e um cloro. Veja:primeira fórmula:

Note que, em relação ao plano que contém os dois carbonos da dupla, os hidrogênios e os cloros estão em lados opostos.

segunda fórmula:

Note que, agora, em relação ao plano que contém os dois carbonos da dupla, os hidrogênios e os cloros estão do mesmo lado.

Espacialmente, a primeira fórmula é diferente da segunda. Então, ficou convencionado que a primeira representa um composto indicado por trans (latim: do outro lado; ou seja, apresenta ligantes iguais em lados opostos ao plano que contém os carbonos da dupla) e a segunda representa outro composto, agora indicado por cis (latim: deste lado; ou seja, apresenta ligantes iguais do mesmo lado do plano que contém os carbonos da dupla). Logo:

Mas, como saber se uma fórmula estrutural plana representa ou não isômeros geométricos?

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Apostila de Química 3 − Unidade 4 − Isomeria − Pagina 75

Para responder a essa pergunta, você precisa se lembrar do princípio de isomeria geométrica:“Ocorrem isômeros geométricos quando a fórmula estrutural plana apresenta dois carbonos ligados por dupla ligação e quando, para cada um desses carbonos, aparecem dois ligantes diferentes entre si, ou então quando a cadeia carbônica é cíclica e em pelo menos dois carbonos do ciclo aparecem, para cada um deles, dois ligantes diferentes entre si”. Veja:

Exercícios resolvidos

ER2. Verificar se cada uma das fórmulas abaixo representa compostos diferentes (isômeros geométricos):

Resolução:

a) Esta fórmula representa dois compostos (cis e trans), pois obedece ao principio de isomeria geométrica:

b) Esta fórmula não representa dois compostos (cis e trans), pois não obedece ao princípio de isomeria geométrica:

ER3. Verificar se a fórmula abaixo representa compostos diferentes (isômeros geométricos): Resolução:Esta fórmula representa dois compostos (cis e trans), pois obedece ao principio de isomeria geométrica:

ER4. Verificar se a fórmula abaixo representa os isômeros cis e trans: Resolução: A fórmula dada corresponde aos isômeros cis e trans, pois obedece ao principio da isomeria geométrica:

Exercícios: EA9; EA10; EA11; EA12;

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Isomeria Óptica

O estudo da isomeria óptica requer, inicialmente, que você conheça os conceitos de luz natural e luz polarizada.

1. Luz natural

A luz é um agente físico capaz de excitar nossa retina.

Em Física, estudamos que a luz natural, ou seja, aquela que provém diretamente da fonte luminosa (o Sol, uma lâmpada etc.) sem sofrer, previamente, reflexão ou refração é formada por ondas eletromagnéticas de tal modo que as ondas elétricas vibram num plano e as magnéticas vibram num outro plano, perpendicular ao primeiro.

No entanto, à medida que a luz natural caminha, os dois planos de vibração das ondas elétrica e magnética giram em torno do eixo de propagação, de modo que, se imaginarmos um corte transversal no ponto A e representarmos cada vibração por um vetor, obteremos a chamada representação de Fresnell.

Assim, a luz natural se caracteriza por apresentar vibrações em todas as direções possíveis em torno do eixo de propagação, de modo que ocorre uma simetria em torno desse eixo.

2. Luz polarizada

Quando os planos de vibração das ondas elétrica e magnética são fixos, a luz recebe o nome de luz polarizada. Mas, como polarizar a luz natural?

Em 1669, Erasmo Bartolino verificou que uma variedade especial e transparente de carbonato de cálcio, encontrada nas montanhas de Roeford, na Islândia, quando convenientemente talhada, apresenta um fenômeno conhecido como dupla refração ou birrefringência, ou seja, permite a passagem de dois raios refratados para cada raio incidente.

Desse modo, essa variedade de carbonato de cálcio, conhecida como espato-de-islândia, nos fornece uma dupla imagem do objeto, pois permite a emergência de dois raios, chamados raio ordinário e raio extraordinário.

O fenômeno da dupla refração não é privilégio do espato-de-islândia (calcita: carbonato de cálcio cristalizado em romboedros); ela ocorre também com o cristal de rocha, com o vidro comum submetido a uma flexão, com a terebintina sujeita a um campo elétrico etc. Entretanto, a nitidez do fenômeno é melhor no espato.

Nos dois raios emergentes do espato, as ondas vibram em planos fixos; portanto, a dupla refração é um fenômeno de polarização, e os dois raios (ordinário e extraordinário) constituem uma luz polarizada (os raios estão polarizados em planos perpendiculares). A dupla refração fornece uma luz polarizada que nos dá uma dupla imagem devido à emergência dos dois raios. Mas essa dupla imagem significa ver as coisas em dobro, o que obviamente nos traz certos inconvenientes. Assim, na prática procuramos eliminar um desses raios.

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Como eliminar um dos raios?

Na prática, preparamos por clivagem um prisma do cristal espato-de-islândia. A seguir, cortamos o prisma segundo um plano diagonal e colamos as duas partes com uma resina especial, denominada bálsamo-do-canadá. Essa resina provoca uma reflexão total do raio ordinário, que é, depois, absorvido por uma pintura negra das faces laterais. Ao contrário, o raio extraordinário atravessa o cristal e emerge paralelamente ao raio incidente. Esse raio encontra-se, então, completamente polarizado.

Os dois prismas de espato-de-islândia, colados com bálsamo-do-canadá, constituem um sistema polarizador denominado prisma de Nicol.

Agora, preste bastante atenção:Determinados meios transparentes possuem a propriedade de desviar o plano de vibração de uma luz

polarizada. Veja:

Esse fenômeno chama-se polarização rotatória, e os meios que o provocam são denominados meios opticamente ativos (ou meios que possuem poder rotatório, ou, ainda, meios que possuem atividade óptica). Alguns meios têm a propriedade de provocar rotação do plano da luz polarizada para a direita e outros, para a esquerda. Então:

materiais que desviam o piano da luz polarizada para a direita recebem o nome de dextrogiros (dexter = direita); materiais que desviam o plano da luz polarizada para a esquerda recebem o nome de levogiros (laevus = esquerda).

Em 1811, Dominique F. J. Arago verificou que o quartzo possui atividade óptica.

Mais tarde, Hauy descobriu que existiam duas espécies de quartzo sob o ponto de vista cristalográfico, as quais diferiam quanto à posição de duas facetas. Observou, ainda, que esses cristais não possuíam simetria, mas que um era a imagem perfeita do outro.

Assim, cristais desse tipo passaram a ser chamados hemiédricos.Hauy não havia relacionado a atividade óptica com a forma dos cristais. Porém, em 1820, Herschel demonstrou que as duas espécies de quartzo giram o plano da luz polarizada de um mesmo ângulo, mas em sentidos opostos, isto é, um para a direita e o outro para a esquerda.

Materiais que desviam o plano da luz polarizada de um mesmo ângulo, mas em sentidos opostos recebem o nome de antípodas ópticos, ou par de enantiomorfos (enantios = oposto; morfos = forma).

Assim, ficou comprovado que a atividade óptica está intimamente ligada à assimetria, pois o quartzo fundido (liquefeito) ou em solução (dissolvido) perde a sua atividade óptica.

Em 1815, Biot descobriu que determinadas substâncias, tais como o açúcar, apresentam atividade óptica tanto na forma cristalina como liquefeitas ou em solução. Isso nos leva a concluir que tais substâncias apresentam a assimetria nas próprias moléculas, pois estas não são destruídas na fusão ou na dissolução. Essa assimetria é chamada de assimetria molecular.

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Pasteur, em 1848, analisando o processo de fermentação da uva descobriu uma variedade de tartarato de sódio e amônio que não apresenta atividade óptica. Entretanto, essa variedade, examinada ao microscópio, revelou ser constituída por dois tipos de cristais assimétricos e opostos entre si.

Pacientemente, Pasteur isolou esses dois tipos de cristais e dissolveu-os separadamente em água, obtendo soluções opticamente ativas, sendo uma dextrogira e a outra levogira. A variedade que não apresenta atividade óptica, e que é constituída pelos dois tipos de cristais, recebeu o nome de racêmica (racemus = híbrido). Veja:

O tartarato de sódio e amônio dextrogiro, o tartarato de sódio e amônio levogiro e o tartarato de sódio e amônio racêmico são substâncias diferentes, mas que apresentam a mesma fórmula molecular. São, portanto, isômeros. Como essas substâncias têm diferentes comportamentos em relação a luz, recebem o nome de isômeros ópticos.

Concluindo, podemos estabelecer o princípio da isomeria óptica, ou seja, o plano de vibração da luz polarizada só é passível de sofrer rotação quando atravessa algo assimétrico.

Como descobrir, na prática, uma substância opticamente ativa?Para reconhecer se um material é opticamente ativo, e também saber se é dextrogiro ou levogiro,

utilizamos um dispositivo chamado polarímetro.

3. O polarímetroO polarímetro consta essencialmente de um tubo

cilíndrico, no interior do qual são adaptados dois prismas de Nicol, dispostos de tal maneira que o primeiro polariza a luz (polarizador) e o segundo permite a passagem dessa luz (analisador). O material a ser analisado é posto entre os dois prismas. Se esse material é opticamente ativo, ele desvia a luz polarizada; com isso, ela não passa pelo analisador e, conseqüentemente, não a percebemos saindo do tubo. Então, giramos o analisador para a direita, até percebermos a passagem da 1uz. Se isso ocorrer, é porque o material é dextrogiro, Entretanto, se girando o analisador para a direita não percebemos a passagem da luz, é porque o desvio da luz não ocorre nesse sentido; então, giramos o analisador para a esquerda, até percebermos a luz. Quando isso ocorre, o material é levogiro.

4. AssimetriaQuando ocorrem os isômeros ópticos?Como vimos a atividade óptica está ligada à assimetria. As substâncias opticamente ativas

apresentam dois tipos de assimetria:

Assimetria cristalinaNeste caso, a atividade óptica só existe quando a substância está na forma cristalina. No estado

liquefeito ou quando dissolvida, a substância perde a atividade, pois o reticulo cristalino é destruído e, conseqüentemente, deixa de existir a assimetria. É o que ocorre com o quartzo.

Assimetria molecularNeste caso, a atividade óptica existe estando a substância em qualquer condição — cristalizada,

liquefeita ou dissolvida —, pois a assimetria está na própria molécula, e esta não é destruída com a liquefação ou a dissolução.

Estudaremos apenas a atividade óptica provocada pela assimetria molecular, nos seguintes casos: compostos com carbono assimétrico, compostos alênicos e compostos cíclicos.

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1) Compostos com carbono assimétricoVejamos, inicialmente, o que se entende por carbono assimétrico, e como se verifica se a molécula é

ou não assimétrica.Consideremos o metano (CH4) e vamos fazer sua representação espacial utilizando o tetraedro:

Uma molécula é assimétrica desde que não apresente plano de simetria, isto é, um plano que divida a molécula em duas partes, tais que uma funcione como “objeto” e a outra como a respectiva “imagem”, considerando o plano como um espelho.

Então, a molécula do metano não é assimétrica; logo, o metano não apresenta atividade óptica.

Vamos considerar, agora, a molécula do ácido 2-hidroxi-propanóico (ácido lático):

Podemos observar que, qualquer que seja o plano que “corta” o tetraedro, nunca as duas partes serão “objeto” e “imagem”, pois os ligantes dos vértices do tetraedro são diferentes.

Então, a molécula do ácido 2-hidroxi-propanóico é assimétrica; logo, esse ácido apresenta atividade óptica.

Observe que o carbono representado pelo tetraedro acima apresenta os quatro ligantes diferentes. Portanto, moléculas que apresentam carbono nessa condição são assimétricas e esse carbono recebe o nome de carbono assimétrico. Então:

Carbono assimétrico é o átomo de carbono que apresenta quatro ligantes deferentes entre si.

Todo composto que apresenta carbono assimétrico em sua molécula é um composto opticamente ativo. Logo, o ácido lático é opticamente ativo.

Exercícios resolvidos

ER5. Verificar se o ácido 2-hidroxi-propanóico apresenta isomeria óptica. Resolução:

2-hidroxi-propanóico (ácido lático)

Como a fórmula estrutural plana indica a presença de carbono assimétrico, o ácido 2-hidroxi-propanóico é opticamente ativo.

Verificou-se, na prática, que quando há um carbono assimétrico ocorrem três compostos isômeros (isômeros Ópticos) representados pela mesma fórmula estrutural plana.

Esses compostos são:• composto que desvia o plano da luz polarizada de um ângulo a para a direita, denominado dextrogiro;• composto que desvia o plano da luz polarizada de um ângulo a para a esquerda, denominado levogiro;• composto que não desvia o plano da luz polarizada, denominado racêmico. Este composto é constituído por uma mistura equimolar dos outros dois.

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A representação desses compostos é a seguinte:

Observe que as fórmulas “objeto” e “imagem” são diferentes (não são superponíveis). Então, elas representam realmente dois compostos distintos. Esses dois compostos, que desviam o plano da luz polarizada, são isômeros ativos e constituem antípodas ópticos. O isômero racêmico, que não desvia o plano da luz polarizada, é um isômero inativo e não possui representação porque é formado por uma mistura dos dois isômeros ativos.

Conclusão: com a fórmula acima, temos três isômeros ópticos:ácido d-lático {antípodas ópticos, ou par de enantiomorfos (isômeros ativos)ácido l-láticoácido dl-lático (isômero inativo)

Então, se existe um carbono assimétrico, ocorrem três isômeros ópticos: dextrogiro (d), levogiro (l) e racêmico (dl).

ER6. Verificar se o ácido 3-cloro-2-hidroxi-butanodióico apresenta isomeria óptica. Resolução:Note que existem dois carbonos assimétricos diferentes (os carbonos 2 e 3); então, o composto é opticamente ativo.Verificou-se que, quando existem dois carbonos assimétricos diferentes, ocorrem seis isômeros ópticos, sendo quatro ativos e dois inativos.

A representação desses isômeros é a seguinte:

Então, os isômeros ópticos do ácido 3-cloro-2-hidroxi-butanodióico são:

Lembre-se, então, de que se existem dois carbonos assimétricos diferentes, ocorrem seis isômeros Ópticos.

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ER7. Determinar o número de isômeros ópticos correspondentes à fórmula plana:

Resolução:Observe que os carbonos 2 e 3 são assimétricos iguais, pois os quatro ligantes do carbono 2 são iguais aos quatro ligantes do carbono 3.Então, temos:

Então, os isômeros ópticos são:Lembre-se de que se existem dois carbonos assimétricos iguais, ocorrem quatro isômeros ópticos.

ER8. Verificar quantos isômeros ópticos existe com a fórmula plana abaixo:Resolução:

Observe que os carbonos simétricos diferentes.2, 3, 4 e 5 são assimétricos diferentes.Conhecendo o número de carbonos assimétricos diferentes, podemos saber o número de isômeros ópticos através das fórmulas de Le Bel e Van’t Hoff:

Número de isômeros ativos = 2n2 Onde n = numero de carbonos assimétricos diferentes.Numero de isômeros inativos = 2n–1

Então, para o nosso exercício, temos:Assim, temos dezesseis isômeros ativos e oito isômeros inativos, num total de 24 isômeros ópticos.

Exercícios: EA13; EA14; EA15; EA16; EA17; EA18; EA19.

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Apostila de Química 3 − Unidade 4 − Isomeria − Pagina 82

2) Compostos alênicos:

O composto propadieno recebe o nome usual de aleno. Veja:

Os compostos derivados do aleno e que apresentam ligantes diferentes nos carbonos 1 e 3 possuem assimetria molecular e, conseqüentemente, são opticamente ativos. Assim:

Para você perceber a assimetria molecular, basta fazer a construção espacial:Note que:

a dupla do carbono 1 está no plano horizontal e os seus ligantes (a e b) estão no plano vertical; a dupla do carbono 3 está no plano vertical e os seus ligantes (x e y) estão no plano horizontal.

Exercício resolvido

ER9. Verificar se a fórmula estrutural plana abaixo se desdobra em isômeros ópticos:Resolução:

Esta fórmula corresponde ao composto derivado do aleno em que os ligantes dos carbonos 1 e 3 são diferentes. Portanto, trata-se de uma molécula assimétrica e, assim, desdobra-se em isômeros ópticos. Observe:

Logo, com a fórmula estrutural plana dada, existem três compostos isômeros ópticos: d–1–cloro-butadieno–1,2; l–1–cloro-butadieno–1,2; dl-1–cloro-butadieno–1,2.

Exercício: EA20

3) Compostos cíclicos

Os compostos cujas moléculas são constituídas por cadeia cíclica que apresenta, em pelo menos dois carbonos ligantes diferentes são opticamente ativos, pois tais moléculas são assimétricas. Veja:

Exercícios resolvidosER10. Verificar se o cloro-ciclopropano é opticamente ativo. Resolução:Considere os três carbonos da cadeia cíclica no mesmo plano e os dois ligantes de cada carbono colocados um acima e outro abaixo desse plano:

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Essa molécula não é assimétrica, pois apresenta plano de simetria.

Então o cloro-ciclopropano não é opticamente ativo, porque a sua molécula é simétrica.

ER11. Descobrir o número de isômeros espaciais correspondentes à fórmula estrutural plana: Resolução:Esta estrutura cíclica obedece ao princípio da isomeria geométrica. Então, existem dois isômeros geométricos:

Note que o 1,2-dicloro-ciclopropano-cis apresenta molécula simétrica; portanto, não é opticamente ativo. Entretanto, o 1,2-dicloro-ciclopropano-trans possui molécula assimétrica e, portanto, desdobra-se em isômeros ópticos. Logo, existem quatro isômeros espaciais:

Exercícios: EA21; EA22; EA23; EA24

Separação das misturas racêmicas

Para separar uma mistura racêmica, podemos utilizar os seguintes métodos:

1) Método mecânico

Esse método foi utilizado por Pasteur para separar os enantiomorfos do tartarato duplo de sódio e amônio racêmico.

Evidentemente, o método mecânico aplica-se somente para sólidos, sendo necessário que os enantiomorfos se cristalizem de tal modo que os cristais do dextrogiro e os do levogiro sejam diferentes e de tamanho apreciável, para que possam ser “catados’’ com o auxílio de uma pinça e uma lente.

Assim, vemos que o método mecânico é trabalhoso e moroso; por isso, não é mais utilizado.

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2) Método biológico

Este método é aplicável tanto para sólidos como para líquidos. O racêmico é submetido á ação de um microrganismo específico, ou seja, um microrganismo que ataca, de inicio, apenas um dos enantiomorfos, destruindo-o. A ação do microrganismo é acompanhada através de um polarímetro: no inicio, a luz polarizada não sofre desvio; porém, à medida que o microrganismo destrói um dos enantiomorfos, a luz começa a ser desviada até atingir um valor máximo, o que indica que aquele enantiomorfo atacado foi totalmente destruído. Nesse instante, é adicionado um anti-séptico, para eliminar o microrganismo, evitando, assim, o seu ataque ao outro enantiomorfo.

O método biológico apresenta o inconveniente de perdermos um enantiomorfo; entretanto, ele é muito utilizado.

3) Método químico

Este método é o mais importante e consiste no tratamento do racêmico com uma substância opticamente ativa, que reage com os enantiomorfos produzindo compostos opticamente ativos, mas não mais enantiomorfos. Tais compostos são chamados de diastereoisômeros e, conseqüentemente, possuem todas as propriedades físicas diferentes. Assim, podem ser separados por fusão fracionada, cristalização fracionada etc. Desses compostos, obtemos os respectivos enantiomorfos através de reações adequadas.

ácido dl-lático + l-estriquininad-lactato de l-estriquininal-lactato de l-estriquinina

Estes compostos (diastereoisômeros) são separados por cristalização fracionada e, a seguir, tratados com ácido clorídrico.

Assim:

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EXERCÍCIOS DE APRENDIZAGEM

EA1. Analise as fórmulas seguintes e agrupe as que representam compostos isômeros:

EA2. Para perceber melhor o fenômeno da isomeria (mesmos átomos, ligados de maneiras diferentes, produzem moléculas diferentes), costuma-se fazer uma analogia com as palavras: mudando a posição das mesmas letras, podemos obter palavras com significados diferentes: amor, mora, roma e ramo; selva, levas, vales e velas; amora, aroma e amaro.

Dadas as palavras, mude a posição das letras de modo a obter duas outras palavras de significados conhecidos: a) ATLAS b) GAMO

EA3. Dê o nome dos compostos e verifique o tipo de isomeria que ocorre entre eles:

EA4. Construa a fórmula estrutural e verifique o tipo de isomeria que ocorre entre os compostos abaixo:a) buteno-2 e ciclobutanob) 2-metil-pentano e 3-metil-pentanoc) butanol-2 e etoxi-etano

d) orto-dimetil-benzeno e meta-dimetil-benzeno e) butanal e butanona

EA5. Descubra o tipo de isomeria que ocorre entre os compostos:

EA6. Escreva as fórmulas de dois isômeros de compensação do composto:

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EA7. Equacione o equilíbrio que se estabelece, em solução, com os compostos: a) propanal; b) butanona.

EA8. São dados os compostos A, B, C e D:

Agora, responda:a) Que tipo de isomeria ocorre com A, C e D?b) Que tipo de isomeria ocorre com A e B?

c) Que tipo de isomeria ocorre com B e C?d) Que tipo de isomeria ocorre com B e D?

EA9. Dadas as fórmulas, verifique se elas representam isômeros geométricos. Em seguida, dê o nome dos isômeros, caso existam:

EA10. Indique os isômeros geométricos, caso existam, correspondentes às seguintes fórmulas:

EA11. Construa as fórmulas e dê o nome dos isômeros cis e trans, caso existam, correspondentes às fórmulas abaixo:

EA12. Verifique: o 1,4–dicloro–cloexano se desdobram em isômeros geométricos.

EA13. Verifique se as moléculas são assimétricas:

EA14. Quais dos seguintes compostos são opticamente ativos?a) 2–amino–propanal b) 2–metil–propano c) ácido 2–metil–butanóico

EA15. Indique os carbonos assimétricos das moléculas:

EA10. Verifique se as fórmulas estruturais planas representam compostos que possuem isomeria óptica. Em caso afirmativo, represente os respectivos isômeros:

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EA17. Verifique se as fórmulas estruturais planas representam compostos que se desdobram em isômeros ópticos. Em caso afirmativo, dê o número de isômeros ópticos ativos e inativos:

EA18. Construa as fórmulas espaciais dos isômeros ópticos correspondentes às seguintes fórmulas planas:

EA19. Descubra o número de isômeros ópticos ativos e inativos correspondentes às fórmulas planas:

EA20. Verifique se as fórmulas estruturais planas abaixo se desdobram em isômeros ópticos:

EA21. Determine o número de isômeros correspondentes às fórmulas planas:

EA22. Verifique qual(is) dos seguintes compostos é(são) opticamente ativo(s):a) 1-bromo-2-cloro-ciclopropano b) 1, 2-dibromo-3-metil-ciclobutano

c) 1, 3-dicloro-ciclobutanod) 1-cloro-2-metil-ciclobutano

EA23. Verifique se as seguintes moléculas são assimétricas:

EA24. Descubra os isômeros espaciais do:a) 1–bromo–2–cloro–ciclopropanob) 1, 2–diidoxi–ciclobutano

c) l–cloro–2–metil–ciclobutanod) 1–cloro–3–metil–ciclobutano

ED1. Descubra os isômeros de fórmula C3H4Br2 que apresentam isomeria geométrica.

ED2. Você sabe que, para descobrirmos o número de isômeros ópticos correspondentes a urna estrutura que apresenta carbonos assimétricos diferentes, utilizamos as fórmulas:

X = 2n e Y = 2n–1 Descubra uma maneira de obter essas fórmulas.

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EXERCÍCIOS DE FIXAÇÃO

EF1. Classifique os seguintes isômeros planos;

EF2. Verifique se os compostos são ou não isômeros. Em caso afirmativo, indique o tipo de isomeria:a) propanol-1 e metoxi-etano b) ácido butanóico e ácido metil-propanóico c) butanona e butanol-2

d) propanal e ciclopropanonae) metil-n-propilamina e dietilamina

EF3. Dadas as fórmulas, verifique se ocorre ou não isomeria geométrica:

EF4. Qual(is) dos compostos abaixo se desdobram(m) em isômeros geométricos?a) 1,1–dicloro-propeno–1 b) 1,2–diidroxi-eteno c) 2–cloro-buteno–2

d) 1,2–dibromo–ciclopropanoe) 1,3–dimetil–ciclobutanof) 1–cloro–2–metil–ciclopentano

EF5. Determine quantos isômeros ocorrem quando na fórmula estrutural plana:a) existe um carbono assimétricob) existem dois carbonos assimétricos iguaisc) existem dois carbonos assimétricos diferentes

EF6. Calcule o número de isômeros ópticos ativos e inativos quando na fórmula estrutural plana se reconhecem;a) cinco carbonos assimétricos diferentesb) oito carbonos assimétricos diferentes

EF7. Analise as fórmulas estruturais planas e verifique se ocorre isomeria óptica:

EF8. Descubra os isômeros espaciais que ocorrem para o:a) 1, 2-diamino-ciclopropano b) 1, 3-diamino-ciclobutano c) 1, 2-diamino-ciclobutano

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EXERCÍCIOS COMPLEMENTARES

1. O número de isômeros ativos e o de inativos do composto ao lado são respectivamente:

a) 2 e 4b) 16 e 8c) 12 e 6

d) 10 e 5e) 8 e 4

2. No 3–metil–2,4–pentanodiol há dois carbonos assimétricos, que são os de números:a) 1 e 2 b) 2 e 3 c) 2 e 4 d) 3 e 4 e) 1 e 3

3. No composto orgânico ao lado podem ocorrer os seguintes casos de isomeria:a) óptica, de posição e cis-trans.b) de cadeia, de posição e de função.c) óptica, de posição e de função.

d) cis-trans, metameria e de posição.e) tautomeria, de cadeia e óptica.

4. O hidrocarboneto de fórmula C5H10 que apresenta só carbonos sp3, isomeria óptica e isomeria cis-trans é:a) 1,1–dimetil–ciclopropanob) 1,2–dimetil–ciclopropano

c) etil–ciclopropano.d) penteno–2.

e) 2–metil–buteno–2.

5. O composto 2, 3-dimetil-butanodióico tem;a) quatro isômeros opticamente ativos. b) seis isômeros ópticos

c) dois isômeros opticamente ativosd) três isômeros ópticos.

6. Considere o composto ao lado. O número de isômeros ópticos ativos e o de inativos no composto são respectivamente:a) 8 e 4 b) 16 e 8 c) 4 e 4d) 6 e 8 e) 8 e 8

7. Quantos compostos diferentes existem com o nome ácido 2-hidroxi-propanóico?a) 1 b) 2 c) 3 d) 4 e) 5

8. Entre os compostos ao lado possuirá(ão) atividade óptica:a) I b) I e II c) IId) I e III e) III

9. O hidrocarboneto acíclico mais simples, que apresenta isomeria cis-trans, é o:a) eteno b) propeno c) buteno-1 d) buteno-2 e) penteno-1

10. O número de isômeros que o composto de fórmula C4H8 apresenta é:a) 2 b) 3 c) 4 d) 5 e) 6

11. O número máximo possível de isômeros planos que possuem fórmula molecular C4H11N é:a) 4 b) 5 c) 7 d) 8 e) 10

12. Que tipo de somaria existe nos compostos abaixo?

13. Quais dos compostos abaixo relacionados formam um par de isômeros?

a) III e IV b) V e VI c) I e II d) IV e V e) II e V

14. Os compostos CH3–CH2–O–CH3 e CH3–CH2–CH2–OH exemplificam um caso de isomeria:a) de cadeiab) de posição

c) de compensaçãod) funcional

e) tautomeria

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15. Os compostos e são:

a) isômeros cis-trans.b) isômeros de cadeia.

c) isômeros de posição.d) isômeros funcionais.

16. O composto que apresenta carbono assimétrico é o:a) 2–metil–pentano.b) propanol–2.

c) 2,3–dimetil–butano.d) 2,3,4–trimetil–pentano.

e) 3–metil–butanol-2.

17. Quantos isômeros ópticos ativos distintos terá o composto abaixo?a) 2b) 4

c) 6d) 8

e) 10

18. Quantos estereoisômeros do seguinte aldeído cinâmico são previstos?a) 1b) 2

c) 3d) 4

e) 5

19. Os compostos abaixo são isômeros:a) de cadeiab) de posição

c) ópticosd) geométricos

e) funcionais

20. Tem isomeria cis-trans e apresenta dois carbonos hibridados em sp2:

e) n.d.a.

21. A pentanona–2 é isômero do: a) 2–metil–butanal. b) 3–etil–butanona. c) 2,2–dimetil–butanal. d) 2–metil–pentanal.

22. Um alcino tem dois isômeros ópticos ativos e possui densidade relativa ao hidrogênio igual a 41. Esse alcino é o: (Dados: C = 12 e H =1.) a) 3–metil–pentino–1. b) 3–metil–pentino–4.

c) n–hexíno. d) 4–metil–pentino–1

e) n.d.a.

23. O composto 2,4–dimetil–hexanol–3 apresenta, em sua cadeia: a) um carbono assimétrico.b) dois carbonos assimétricos.

c) três carbonos assimétricos e três carbonos terciários. d) nenhum carbono assimétrico e três carbonos secundários e) nenhum carbono assimétrico e três carbonos primários.

24. Considerando as substâncias abaixo vemos que os números de carbonos assimétricos são respectivamente:

a) 1 e 1b) 2 e 2

c) 1 e 2d) 2 e 1

e) 3 e 3

25. Dada a fórmula molecular C5H10, determine o número de fórmulas estruturais planas que apresentam isomeria espacial geométrica ou cis-trans.a) 5 b) 4 c) 6 d) 2 e) 3

26. O número de carbonos assimétricos do butanodiol–1,3 e o do propanodiol–1,2 são respectivamente:a) 1 e 1 b) 1 e 2 c) 2 e 1 d) 2 e 2 e) 3 e 2

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27. Apresenta isomeria cis-trans o:a) buteno–1b) 2–metil–buteno–2

c) 2,2–dimetil–buteno–2d) 1,1–dimetíl–ciclobutano

e) 1,2–dimetil–ciclobutano

28. Os enóis de fórmula são compostos instáveis que estão em equilíbrio químico com qual

das funções orgânicas abaixo? a) ácidos carboxílicos b) aldeídos

c) cetonas d) hidrocarbonetos

e) álcoois terciários

29. O 3–metil–hexano e o 2,3–dimetil–pentano são isômeros de _____entre si e apresentam isomeria______.a) cadeia/óptica b) posição/geométrica

c) cadeia/geométrica d) função/óptica

e) posição/óptica

30. Qual a afirmação errada a respeito do butanol–1 e butanol–2?a) Têm a mesma fórmula molecular.b) Têm a mesma fórmula mínima. c) São isômeros de cadeia.

d) São isômeros de posição.e) São álcoois saturados.

31. Quantos compostos diferentes estão representados pelas fórmulas estruturais abaixo?

a) 6 b) 5 c) 4 d) 3 e) 2

Leais Pasteut (1822-1895)

Nascido em Dôle, no Jura (França), iniciou seus estudos em Arbois e Besançon, transferindo-se para a Escola Normal Superior em 1843.Contribuiu decisivamente para a Química e a Cristalografia. Em 1848, ao estudar as propriedades ópticas do ácido tartárico, observou que os cristais desse ácido apresentavam

facetas (hemiedros) semelhantes às do quartzo opticamente ativo. Pasteur obteve em laboratório dois tipos de cristais do ácido tartárico, com faces hemiédricas relacionadas entre si como um objeto e sua imagem especular.Pasteur passou a estudar os agentes patogênicos microscópicos, culminando com a descoberta de vacinas, em especial a anti-rábica, o que lhe permitiu fundar, em 1888, o famoso Instituto Pasteur, hoje um importante centro de pesquisas.