Em química orgânica , falamos de isomerismo quando duas moléculas têm a mesma fórmula bruta, mas têm fórmulas estruturais ou estereoquímicas diferentes. Essas moléculas, chamadas de isômeros , podem ter diferentes propriedades físicas, químicas e biológicas.
O termo isomeria vem do grego ίσος ( isos = idêntico) e μερος ( meros = parte).
Existem diferentes tipos de isomeria, incluindo isomeria constitucional (isomeria plana) e isomeria configuracional ( estereoisomeria ).
O isomerismo foi notado pela primeira vez em 1827 , quando Friedrich Woehler preparou ácido isociânico (HN = C = O) e observou que, embora sua composição elementar seja a mesma do ácido fulmínico (H -CNO, preparado por Justus von Liebig no ano anterior), as propriedades químicas dessas substâncias são radicalmente diferentes. Essa descoberta contrastava com as teorias da época em que se acreditava que as propriedades de uma substância eram inteiramente determinadas por sua fórmula rudimentar.
O termo "isômero" (ou mais exatamente "corpos isoméricos" ) foi proposto pelo químico sueco Jöns Jacob Berzelius em 1830
Fala-se de isomerismo de constituição (ou isomerismo planar ou isomerismo estrutural) quando as moléculas têm a mesma fórmula molecular, mas as fórmulas desenvolvidas e semi-desenvolvidas são diferentes. Eles, portanto, diferem na sequência de átomos.
Isomeria de cadeia (ou esqueleto) refere-se a isômeros que diferem em sua cadeia de carbono .
Exemplo: C 4 H 10
butane méthylpropane (isobutane) CH3-CH2-CH2-CH3 CH3-CH-CH3 | CH3Isomeria de posição de função qualifica isômeros nos quais um grupo funcional é colocado em diferentes carbonos da cadeia de carbono, o que significa que é a função que se move dentro da espinha dorsal. Exemplo: C 3 H 8 O
propan-1-ol propan-2-ol CH2-CH2-CH3 CH3-CH-CH3 | | OH OHAlgumas reações químicas permitem a troca de um isômero posicional para outro, são chamadas de reações de rearranjo . Por exemplo, derivados de antraquinona são conhecidos por sua transformação reversível fotoinduzida em para-ana-quinóide. Este fenômeno envolve a migração de um átomo ou grupo de átomos durante a transição da forma trans para a forma ana .
Isomeria funcional caracteriza isômeros cujos grupos funcionais são diferentes e, portanto, com propriedades físicas e químicas diferentes. Esses isômeros são chamados de isômeros "funcionais".
Exemplo: C 2 H 6 O
éthanol méthoxyméthane CH3-CH2-OH CH3-O-CH3O isomerismo de insaturação caracteriza os isômeros cujas insaturações são diferentes.
Exemplo: C 3 H 6
propène cyclopropane CH2=CH-CH3 H2C——CH2 \ / CH2O estereoisomeria designa os isômeros de arranjo no espaço, ou seja, as moléculas de constituição idêntica (têm a mesma fórmula semi-desenvolvida ) mas cuja organização espacial dos átomos é diferente. A representação Cram , em particular, permite diferenciar estereoisômeros (ou estereômeros).
Uma distinção é feita entre estereoisômeros conformacionais, que diferem apenas por rotações em torno de ligações simples, e estereoisômeros configuracionais, separados em dois grandes grupos: enantiômeros e diastereômeros.
Esses isômeros têm a mesma fórmula estrutural. Eles são diferenciados apenas pela rotação em torno de uma única ligação (ligação sigma), sem quebrá-la. Por exemplo butano (C 4 H 10) tem três conformadores.
AtropoisomerismoEsses isômeros têm a mesma fórmula estrutural. Falamos de atropoisomerismo quando a barreira de ativação em torno de uma única ligação (ligação sigma) é suficiente para que possamos caracterizar cada um dos dois atropoisômeros que são enantiômeros um do outro. Normalmente usado em catálise assimétrica, a forma isomérica é tipicamente observada em bifenilos substituídos em orto .
Também chamados de isômeros ópticos , os enantiômeros são duas moléculas que se espelham e não podem ser sobrepostas: eles realmente exibem quiralidade ( dextrógiro ou levógiro ). Eles são, portanto, simétricos em relação um ao outro, o plano de simetria sendo o espelho. O exemplo mais concreto de quiralidade é o da mão direita que não pode ser sobreposta à esquerda.
Os diferentes enantiômeros são nomeados com as regras de Cahn-Ingold-Prelog ( UIPAC ) que especificam a configuração absoluta dos centros estereogênicos , usando os descritores R e S.
Exemplos de enantiômeros com eficácia clínica na medicina:
Os diastereoisômeros (que são escritos como diastereoisômeros ) são a configuração de estereoisômeros que não são enantiômeros.
Caso interessante, um mesoisômero é um estereoisômero com um número par de átomos de carbono assimétricos e um plano interno de simetria (sua imagem em um espelho é sobreposta a ele), é aquiral.
Diastereoisomerismo geométrico de configurações Z e EQuando, em ambos os lados de uma ligação dupla , existem dois grupos diferentes, existem duas configurações: Z e E . Na verdade, a rotação livre em torno da ligação dupla não é possível, devido à presença de uma ligação π : isso resulta em uma molécula planar com duas configurações possíveis.
Ao usar a ordem de prioridade de acordo com a convenção CIP (Cahn, Ingold, Prelog), definimos os dois isomerismos da seguinte forma:
Historicamente, este tipo de isomeria não corresponde exatamente ao isomeria cis-trans onde a prioridade dos substituintes é definida por seu impedimento estérico . Um exemplo típico desta correspondência errônea é o do cis-2-clorobut-2-eno, que também é (E) -2-clorobut-2-eno.
Exemplo: ácido 3-aminobut-2-enóico, ao lado. As prioridades são COOH> H e NH 2> CH 3. No primeiro caso, portanto, temos os grupos prioritários do mesmo lado do plano: trata-se, portanto, da representação do ácido (Z) -3-aminobut-2-enóico. Inversamente, na segunda representação, os grupos de prioridade são opostos: a molécula representada é, portanto, o ácido (E) -3-aminobut-2-enóico.
Em geral, as configurações Z são mais raras porque os grupos prioritários (geralmente os maiores) são desestabilizados por seu impedimento estérico . No entanto, certas configurações podem ser estabilizadas, em particular por quelação . Também é possível converter um isômero E em um isômero Z (ou vice-versa) por meio de fotoisomerização .
NB: No caso do diastereoisomerismo devido à presença de uma dupla ligação, os termos cis e trans são menos utilizados, o que antes qualifica as posições relativas dos grupos sem levar em consideração a sua prioridade. Por exemplo, na ilustração da configuração E , diremos que H está em trans de CH 3, e que o H está em cis de NH 2.
InvertomerismoOutro diastereoisomerismo geométrico, bem mais raro, que surge quando a inversão de átomos como o nitrogênio é suficientemente bloqueada para caracterizar os invertômeros.
Isomeria endo-exoMuito presente em sistemas policíclicos que possuem substituintes, esse tipo de diastereoisomeria ocorre quando um substituinte pode assumir duas posições em relação ao ramo policíclico, mais próximo ou mais distante - ver, por exemplo, o tropanol .
EpimeriaDois epímeros diferem um do outro apenas pela configuração absoluta de um único carbono assimétrico , como entre D- manose e D- glicose ou entre D-glicose e D- galactose .
AnomerismoEste é um caso especial de epimetria para o carbono 1 de oses. Permite descrever em particular a convenção α e β. Se a função hidroxila do carbono 1 está abaixo do plano (representação de Haworth), a ose é dita α (alfa), enquanto que se a hidroxila do carbono 1 está acima do plano, a ose é β (beta).
Exemplo: α-glicose: na imagem, o carbono 1 está à direita e a função hidroxila não está na parte superior nem na parte inferior (seria necessário optar por α ou β).
Esta nomenclatura é muito importante para descrever as ligações químicas contraídas em dissacarídeos e polissacarídeos.
Exemplo: a sacarose (α-D-glucopiranosil (1 → 2) β-D-frutofuranosídeo) é um dissacarídeo formado por α-glicose e β-frutose ligados em α1-2.
Outros tiposHá diastereoisometria entre duas moléculas isoméricas possuindo a mesma cadeia de ligação, que compreendem dois ou mais centros de quiralidade (átomos contendo quatro substituintes diferentes) e que não são enantiômeros. Exemplo: as formas (R) - (S) e (R) - (R) do ácido tartárico são diastereômeros e têm propriedades físicas diferentes.