ISOMERIA ESPACIAL OU ESTEREOISOMERIA Professora Cláudia Bacchi

Isômeros que diferem na ordem com que os átomos estão ligados substâncias de estruturas diferentes, mas de mesma fórmula molecular Substâncias em que os átomos estão ligados na mesma ordem mas a orientação espacial é diferente ESTEREOISÔMEROS As moléculas são imagens especulares umas das outras. Não se superpõe. ENANTIÔMEROS As moléculas não são imagens especulares umas das outras. Não se superpõe. DIASTEREOISÔMEROS ISÔMEROS CONSTITUCIONAIS (PLANA) Isômeros que diferem na ordem com que os átomos estão ligados

Isomeria Espacial Os isômeros espaciais possuem a mesma fórmula molecular e também a mesma fórmula estrutural plana, diferenciando apenas nas fórmulas estruturais espaciais. Os isômeros espaciais podem ser divididos em geométricos e ópticos.

Estereoisômeros Iguais fórmulas moleculares Iguais fórmulas estruturais planas Diferentes fórmulas espaciais

ISOMERIA GEOMÉTRICA

Isomeria geométrica (cis-trans ou Z-E) Os isômeros são compostos que possuem a distribuição espacial diferente. Este tipo de isomeria espacial, ocorre, caso existam ligações duplas ou cadeia fechada ou ainda, os ligantes estejam ligados à carbonos diferentes. Os isômeros podem ser classificados como cis(Z) ou trans(E).

Não ocorre isomeria espacial geométrica devido a possibilidade de rotação entre os carbonos.

C = C Compostos etilênicos A ligação pi entre os carbonos impede a rotação entre eles. A ligação dupla divide o espaço em dois planos, um acima da ligação pi e outra abaixo.

Compostos Ciclânicos Os átomos de C dos ciclos não giram completamente ao redor de suas ligações.

Tipos de Isomeria Geométrica cis(Z) - do mesmo lado, juntos, no mesmo lado do plano de simetria. trans(E) - em lados opostos do plano de simetria.

C = C CH3 H H C = C CH3 H H CH3 H CH3 CH3 Isomeria Geométrica (Cis –Trans) Condições de existência: Cadeias abertas com ligação dupla; Radicais  no mesmo carbono e = entre carbonos; C = C CH3 H H C = C CH3 H H CH3 H CH3 CH3

C - C O H C - C O H Isomeria Geométrica (Cis –Trans) Mesmo composto Condições de existência: Cadeias abertas com ligação dupla entre carbonos ou cadeias cíclicas; Radicais  no mesmo carbono e = entre carbonos; Radicais  nos carbonos da dupla. C - C O H C - C O H Mesmo composto

Isômeros CIS e TRANS CIS (próximo a): os radicais iguais, ou de maiores Z, estão do mesmo lado do semi-plano. TRANS (através de): os radicais iguais, ou de maiores, Z estão em semi-planos opostos. Em geral, a forma TRANS é mais estável.

C = C CH3 H H C = C CH3 H H CH3 H CH3 CH3 Isomeria Geométrica (Cis –Trans) Condições de existência: Cadeias abertas com ligação dupla; Radicais  no mesmo carbono e = entre carbonos; C = C CH3 H H C = C CH3 H H CH3 H CH3 CH3 Trans Cis

H CH3 CH3 H H H CH3 CH3 H CH3 CH2 CH2 C C C C Isomeria Geométrica (Cis –Trans) Condições de existência: Cadeias cíclicas; Radicais  no mesmo carbono e = entre carbonos; H CH3 CH2 C C CH3 H CH2 C C H H CH3 CH3 H CH3 Cis Trans

Exemplos

Os isômeros cis e trans possuem propriedades físicas diferentes, tais como, PF, PE e densidade.

Compostos cíclicos TRANS CIS

Isomeria Óptica

Classificação Diasteroisômeros Isômeros ÓPTICOS Enantiômeros

ISOMERIA ÓPTICA Estuda o comportamento das substâncias quando submetidas a um feixe de luz polarizada, que pode ser obtida a partir da luz natural (não-polarizada).

Polarização da Luz A luz polarizada é obtida fazendo-se passar um feixe de luz natural por dispositivos chamados de polarizadores. Um dos mais comuns é o prisma de Nicol. Luz Polarizada Luz Natural Polarizador

Atividade óptica Substância opticamente inativa (SOI): não desvia o plano de vibração da luz polarizada. Substância opticamente ativa (SOA): desvia o plano de vibração da luz polarizada.

Substância opticamente ativa Dextrógiro, (d) ou (+) - desvia o plano de luz para a direita.

Levógiro, (l) ou (- ): desvia o plano de luz para a esquerda.

Imagem especular (imagem invertida)

Isomeria Óptica H H HOOC- C - CH3 CH3- C - COOH OH OH Luz polarizada Ác. (+) d-Láctico Ác. (-) l -Láctico Enantiômeros , enantiomorfos ou antípodas

Mistura racêmica Uma mistura formada por partes iguais dos antípodas d e l (mistura equimolar) não desvia o plano da luz polarizada e é chamada de mistura racêmica.

Atividade Óptica Está ligada à assimetria molecular. Toda substância que apresenta carbono quiral ou assimétrico é opticamente ativa.

Isômeros ópticos São aqueles cuja única diferença está no comportamento diante da luz polarizada.

Algumas substâncias, sólidas ou líquidas, possuem a capacidade de produzir um desvio no plano da luz polarizada. São chamadas substâncias opticamente ativas.

Quando uma substância opticamente ativa é atravessada pela luz polarizada, ocorre uma rotação no plano de vibração, que é então passado por um analisador, que faz a leitura do ângulo de rotação (desvio do plano).

Luz polarizada       Uma lâmpada incandescente emite uma luz que é constituída de ondas eletromagnéticas, que se propagam com vibrações em infinitos planos, formando, teoricamente, um movimento espiralado. Esse movimento é resultado da composição das diversas vibrações em vários planos. Se "filtrarmos" essas vibrações de modo que se tenha vibração em apenas um plano, teremos a chamada luz polarizada.

Luz não polarizada É um conjunto de ondas eletromagnéticas que vibram em vários planos, perpendiculares á direção de propagação do feixe luminoso.

Luz polarizada É um conjunto de ondas eletromagnéticas que vibram em um único plano, denominado plano de polarização.

Os dispositivos capazes de "filtrar" os planos de propagação da luz são denominados polarizadores. Existem muitas maneiras de polarizar a luz. Uma delas é utilizar o prisma de Nicol - um cristal transparente de CaCO3 denominado espato da Islândia, que possui a propriedade de produzir a dupla refração da luz.

Para cada raio incidente saem dois raios refratados Para cada raio incidente saem dois raios refratados. Esses dois raios refratados são polarizados, porém, em planos diferentes. Para obter a luz em um único plano de vibração é preciso eliminar um desses raios. Para isso o prisma é cortado segundo um plano diagonal e em seguida as partes cortadas são coladas com uma resina transparente denominada bálsamo do Canadá. Essa resina é mais refringente que o cristal; um dos raios atinge o bálsamo com um ângulo de incidência maior que o ângulo limite e, consequentemente, é refletido. Somente um dos raios é capaz de atravessar o prisma. Temos então a luz polarizada:

Prisma de Nicol

Investigando imagens em um espelho. Simetria A imagem de uma esfera no espelho é igual a própria esfera.

A imagem de nossa mão esquerda no espelho é diferente dela. (É igual a mão direita!)

Se fizermos com que a luz polarizada atravesse um frasco contendo uma substância cujas moléculas sejam assimétricas, verifica-se experimentalmente que o plano de vibração da luz polarizada sofre um desvio.

Professora Cláudia Bacchi

POLARÍMETRO

Caso a não desvia luz polarizada Caso b desvia luz polarizada para direita ( dextrógira) Caso c desvia luz polarizada para esquerda (levógira)

Molécula assimétrica: É aquela que possui carbono assimétrico

CARBONO ASSIMÉTRICO OU QUIRAL ( C* ) Carbono assimétrico é um átomo de carbono saturado (hibridação sp3), que apresenta quatro radicais diferentes ligados a ele. Com essa estrutura, a molécula não apresenta nenhum plano de simetria e sua imagem especular terá estrutura não coincidente. C*

CH3- C - COOH OH H CH3 * OH H COOH Carbono quiral Carbono Quiral (C*) ou assimétrico: está ligado a quatro radicais diferentes.

Exemplo 1 CHFBrCl

Exemplo 2

Exemplo 3

Quando esse desvio é para a direita (no sentido horário) dizemos que a substância é dextrógira (representada pela letra d ou pelo sinal +). Quando o desvio é para a esquerda (no sentido anti-horário) dizemos que a substância é levógira (representada pela letra l ou pelo sinal -).

Ângulo de desvio da luz polarizada. + ( d) dextrógiro - (l) levógiro

- (l) levógiro + ( d) dextrógiro

Antípodas ópticos ou enantimorfos Dois isômeros opticamente ativos d e l que apresentam o mesmo ângulo de desvio,só que em sentidos opostos e são imagens especulares um do outro. d= + 400 e l = - 400

MISTURA RACÊMICA resulta numa mistura ópticamente inativa, conhecida também por isômero racêmico (dl o r). l + d

COMPOSTO MESO

Diastereoisômero ou diastereômeros São isômeros ópticos que desviam a luz polarizada em ângulos diferentes e não são imagens especulares um do outro Os pares abaixo são considerados diastereoisômeros: d = +400 e d = +200 l = -400 e l = -200 d= + 400 e l = -200 d = +200 e l = -400

LSD O Isômero destrógiro do LSD causa alucinações enquanto que o isômero levógiro não produz nenhum efeito. O LSD é extraído de uma flor conhecida como Mornig Glory Professora Cláudia Bacchi

TALIDOMIDA Medicamento usado no final da década de 1950 prescrito como tranquilizante para gestantes.

Prêmio Nobel Knowles, Noyori e Sharpless em 2001. Criaram métodos de obter um produto puro epecífico, eliminando a versão quiral indesejada. Professora Cláudia Bacchi

l- dopa= remédio usado para tratar Mal de Parkinson

Descoberta utilizada na produção de: Betabloqueadores (tratamento de problemas cardíacos) antibióticos adoçantes e flavolizantes artificiais inseticidas

2n = ISÔMEROS ATIVOS 2n-1 = ISÔMEROS INATIVOS n = número de C* CÁLCULO DOS ISÔMEROS ÓPTICOS 2n = ISÔMEROS ATIVOS 2n-1 = ISÔMEROS INATIVOS n = número de C*

Possui 1 C* 2n = 21 = 2 isômeros ativos n = número de c* diferentes 1dextrógiro 2n = 21 = 2 isômeros ativos 1 levógiro 2n-1 = 21-1 = 20 = 1 isômero inativo(mistura racêmica) Total 3 isômeros

Total 7 isômeros 2n = 22 = 4 isômeros ativos ( 2 d e 2 l) H H HOOC – C – C - COOH OH OH Possui 2 C * iguais 2n = 22 = 4 isômeros ativos ( 2 d e 2 l) 2n-1 = 22-1 = 21 = 2 isômero inativos 1 isômero MESO Total 7 isômeros

A atividade óptica se manifesta nos seguintes casos: Quando nos cristais, estes devem ser assimétricos, ou seja, não ter nenhum plano de simetria. Quando nos líquidos, estes devem ser formados por moléculas assimétricas.

Determine o número de isômeros ópticos possíveis nesta substância: 2n = 22 = 4 isômeros ativos 2n-1 = 22-1 = 21 = 2 isômero inativos

b) Todos pertencem a função álcool. (UPF-2007/Inverno) Sobre os compostos abaixo relacionados, assinale a alternativa incorreta: a) Os nomes para os composto I e II são, respectivamente, butan-1-ol e butan-2-ol. b) Todos pertencem a função álcool. c) O composto II apresenta estereoisomeria. d) O composto I apresenta atividade óptica. e) São todos isômeros entre si