10.02 – Isomeria
Le particolari proprietà dell’atomo di carbonio fanno sì che possano esistere composti diversi, formati però da atomi dello stesso tipo e in uguale numero. Si definiscono isomeri due o più composti che, pur avendo la stessa formula bruta, hanno formule di struttura diverse, o comunque una diversa disposizione spaziale, per cui mostrano proprietà diverse. L’isomeria è infatti il fenomeno per cui la stessa composizione chimica corrispondono diverse disposizioni spaziali degli atomi costituenti. Gli isomeri possono essere divisi in 2 gruppi:
- ISOMERI STRUTTURALI O COSTITUZIONALI:
Gli isomeri strutturali presentano stessa formula molecolare ma legami differenti tra gli atomi. Differiscono infatti per l’ordine con cui sono legati i loro atomi e presentano diversa formula di struttura. All’aumentare del numero di atomi di carbonio dell’alcano, aumenta il numero di isomeri possibili. Si dividono in 3 gruppi:
Isomeri di catena o isomeria di catena:
L’isomeria di catena si riferisce alla forma della catena carboniosa che può essere lineare, ramificata e ciclica. Sono composti che hanno la stessa formula brutta ma diversa formula di struttura. Hanno proprietà chimico-fisiche diverse. Inoltre sono separabili
Es. il n-butano (con catena lineare) e il metilpropano (con catena ramificata) sono isomeri di catena
Isomeri di posizione o isomeria di posizione:
Sono composti che hanno la stessa formula brutta ma diversa posizione nella catena di un sostituente (può essere un atomo o un gruppo funzionale) o di un particolare tipo di legame. Hanno proprietà diverse e sono separabili
Es.: 1 – propano e 2 – propanolo -> i 2 composti sono isomeri di posizione
Isomeri di funzione o isomeria del gruppo funzionale:
Sono composti che hanno la stessa formula brutta ma diverso gruppo funzionale. Hanno proprietà chimico-fisiche molto diverse e sono facilmente separabili
STEREOISOMERI O STEREOISOMERIA:
Hanno lo stesso ordine o sequenza in cui sono legati i loro atomi, hanno gli stessi legami e hanno gli stessi gruppi funzionali, ma differiscono per la diversa disposizione degli atomi nello spazio. Non possono essere convertiti l’uno all’altro senza rompere i legami chimici (stereo = spazio).
Si dividono in 2 gruppi:
Isomeria geometrica
Isomeria conformazionale o isomeri conformazionali:
Gli isomeri conformazionali differenziamo per l’orientamento spaziale dei gruppi di atomi possono trasformarsi l’uno nell’altro per rotazione intorno a un legame semplice C-C, senza rottura di alcun legame chimico. Nei composti con legami doppi o tripli non si presenta questa isomeria. Si interconvertono tra loro con grande rapidità per questo non sono separabili
Es.: -> nell’etano si origina un numero infinito di isomeri conformazionali o conformazioni grazie alla libera circolazione dei 2 gruppi -CH3 intorno al legame C-C; infatti si individuano 2 conformazioni fondamentali:
Conformazione eclissata: in cui i legami C-H dei 2 atomi di carbonio sono allineati (b)
Conformazione sfalsata: si ottiene facendo ruotare di 60° un atomo di carbonio rispetto all’altro (c)
3. Isomeria configurazionale o isomeri configurazionali:
Gli isomeri configurazionali si convertono l’uno nell’altro per rottura di legami semplici C-C
Si dividono in 2 gruppi:
Enantiomeria o isomeria ottica:
Si dicono enantiomeri o antipodi ottici gli stereoisomeri che sono l’immagine speculare uno dell’altro ma NON SONO SOVRAPPONIBILI e hanno attività ottica opposta (Es.: le molecole di acido lattico sono isomeri ottici e costituisco una coppia di enantiomeri)
CHIRALE = sono tutti gli oggetti senza un piano di simmetria e sono distinguibili dalla loro immagine speculare (Es.: mano)
ACHIRALE = tutti gli oggetti con un piano di simmetria e sono sovrapponibili alla loro immagine speculare (Es.: cubo)
L’esistenza degli enantiomeri è legata alla presenza nella molecola di almeno un atomo di carbonio chirale o centro chirale o stereocentro o atomo di carbonio asimmetrico. Gli enantiomeri sono sostanze dotate di attività ottica e quindi sono otticamente attivi. Una sostanza con attività ottica è in grado di far ruotare di un certo angolo il piano di vibrazione della luce piano-polarizzata che abbia attraversato una sola soluzione. Il valore di quell’angolo rappresenta il potere rotatorio della nostra sostanza. Lo strumento che serve a studiare l’attività ottica delle sostanze è il polarimetro
Due enantiomeri hanno proprietà chimico, fisiche e biologiche diverse solo quando interagiscono con altre entità fisiche o chimiche chirali. Gli enantiomeri hanno infatti le stesse proprietà chimico – fisiche, ma diversa attività ottica cioè fanno ruotare il piano della luce polarizzata di uno stesso angolo ma in direzione opposta. L’enantiomero che fa ruotare la luce piano-polarizzata verso destra si chiama DESTROGIRO e si indica con + davanti al nome del composto. L’enantiomero che fa ruotare la luce piano-polarizzata a sinistra si chiama LEVOGIRO e si indica con – davanti al nome del composto
Una miscela con 50% dei 2 enantiomeri è detta RACEMO ed è otticamente non è attiva
Diasteoisomeria:
Si dicono diasteroisomeri o diasteromeri: gli stereoisomeri che NON SONO L’IMMAGINE SPECULARE l’uno dell’altro. Una particolare tipo di diasteoisomeria è l’isomeria geometrica o isomeria cis-trans. Sono composti che differiscono per la disposizione spaziale degli atomi o gruppi atomici legati a un carbociclo (= idrocarburo ciclico) o ad atomi di carbonio uniti da un doppio legame in posizione non terminale ma lungo la catena. Hanno la stessa formula brutta. Non sono speculari e non si possono trasformare nell’altro cioè no da cis a trans e viceversa senza la rottura di legami
- Ho l’ISOMERO CIS quando 2 sostituenti sono dalla stessa parte rispetto al doppio legame
- Ho l’ISOMERO TRANS quando i 2 sostituenti sono da parti opposte rispetto al doppio legame
L’isomero cis ha proprietà chimiche, fisiche e biologiche differenti da quelle dell’isomero trans. Contengono generalmente doppi legami
Non si ha isomeria cis-trans quando allo stesso carbonio sp2 sono legati 2 sostituenti uguali