Aluno (a): Série: 3ª Turma: TUTORIAL 14B Ensino Médio Equipe de Química Data: QUÍMICA ISOMERIA Isomeria é um fenômeno caracterizado pela ocorrência de duas ou mais substâncias diferentes, que apresentam a mesma fórmula molecular, mas diferentes fórmulas estruturais. Pode ser dividida em isomeria plana e espacial. Isomeria plana: Pode ser dividida em cinco tipos. 1. Isomeria de função: Os isômeros pertencem a funções diferentes. A figura a seguir representa dois isômeros funcionais (um álcool e um éster). Os dois compostos apresentam a mesma fórmula molecular, C 2 H 6 O. Para facilitar, podem-se dividir os grupos funcionais em pares isoméricos: álcool é sempre isômero de éter, aldeído é sempre isômero de cetona, ácido é sempre isômero de éster, álcool aromático é sempre isômero de fenol e vice-versa. 2. Isomeria de cadeia (ou de núcleo): Os isômeros pertencem à mesma função, porém apresentam diferentes tipos de cadeia. Ocorre, por exemplo, entre o n-butano e o isobutano. 3. Isomeria de posição: Os isômeros pertencem à mesma função e possuem o mesmo tipo de cadeia, porém apresenta diferença na posição de uma insaturação, de um grupo funcional ou de uma ramificação. Exemplos: Colégio A. LIESSIN Scholem Aleichem - 1 - NANDA/NOV/2014 1356
O nome na cadeia principal dos isômeros acima é praticamente o mesmo, há apenas diferenças nas posições das ramificações: o primeiro composto é o orto-xileno, o segundo é o meta-xileno e o terceiro é o para-xileno. Isômeros de posição têm propriedades físicas diferentes e também podem apresentar diferenças quanto ao comportamento químico. A oxidação, por exemplo de um álcool primário gera um aldeído e a oxidação de um álcool secundário gera uma cetona. 4. Isomeria de compensação ou metameria: Trata-se de uma isomeria no qual se tem cadeia heterogênea. Os isômeros possuem o mesmo tipo de cadeia e a mesma função, porém diferem na posição do heteroátomo. 5. Isomeria dinâmica ou tautomeria: É um tipo de isomeria no qual os isômeros coexistem em equilíbrio dinâmico em solução. Os principais casos envolvem compostos carbonílicos. Abaixo, pode-se visualizar as isomerias aldo-enólica e ceto-enólica respectivamente. Vale ressaltar que esses dois equilíbrios estão fortemente deslocados para a esquerda, pois o éster e a cetona são muito mais estáveis que o enol. Além disso, a solução que contém os dois tautômeros é denominada aleotrópica e que ambos os equilíbrios são genericamente denominados ceto-enólicos. Isomeria espacial ou estereoisomeria: Existem compostos que apresentam propriedades diferentes apesar de possuírem em comum as fórmulas moleculares e estruturais planas. São isômeros cuja diferenciação só pode ser visualizada através da fórmula espacial. É dividida em dois tipos: Colégio A. LIESSIN Scholem Aleichem - 2 - NANDA/NOV/2014 1356
6. Isomeria geométrica: Existem dois tipos, Cis (Z) e Trans (E). Cis significa do mesmo lado. No caso abaixo os dois grupos Cl e os dois grupos H estão de um mesmo lado em relação a um plano imaginário que contém os dois carbonos da dupla e que é perpendicular a esta folha de papel. Já trans significa de lados opostos. No caso, os dois grupos Cl e os dois H estão em semi-espaços opostos em relação ao plano imaginário. É importante ressaltar que a isomeria geométrica só tem possibilidade de ocorrer em moléculas que apresentam uma dupla ligação ou ciclo. As diferentes disposições espaciais dos átomos provocam alterações nas propriedades físicas desses compostos, como se pode perceber abaixo: Nome Ponto fusão (ºC) de Ponto de ebulição (º C) Densidade (g/cm³) Cisbuteno-2-139 +4 0,667 Transbuteno-2-106 +1 0,649 7. Isomeria óptica: Está associada ao comportamento das substâncias submetidas a um feixe de luz polarizada (um só plano de vibração) obtida quando a luz natural, não polarizada (que contém infinitos planos de vibração), atravessa um polarizador. As substâncias opticamente ativas são aquelas capazes de provocar um giro na luz plano polarizada, ou seja, ao atravessar uma substância opticamente ativa a luz continua a ser polarizada, porém apresenta um plano de propagação diferente do inicial. Esse desvio do plano de vibração pode ocorrer para o lado direito (isômero dextrogiro, d) ou para o lado esquerdo (isômero levogiro, l). O caso mais comum de isomeria óptica ocorre em moléculas que apresentam assimetria molecular, ou seja, quando a molécula apresenta pelo menos um carbono quiral ou assimétrico. Para isso, pelo menos um átomo de carbono deve apresentar quatro grupos ligantes diferentes entre si, como no exemplo abaixo: A presença de um carbono quiral determina a existência de dois isômeros opticamente ativos (d e l) que são química e fisicamente iguais e fisiologicamente diferentes, provocando o mesmo desvio angular em sentidos opostos. Um par de isômeros opticamente ativos é denominado antípodas ópticos ou Colégio A. LIESSIN Scholem Aleichem - 3 - NANDA/NOV/2014 1356
enantiomorfos. Sua mistura em quantidades equimolares resulta numa mistura opticamente inativa, denominada mistura racêmica [(dl) ou (r)]. OBS: A quantidade de isômeros opticamente ativos (IOA) em uma molécula é igual a 2 n e a quantidade de isômeros opticamente inativos (IOI) que são as misturas racêmicas é igual a 2 n-1 ; onde n é o número de carbonos assimétricos diferentes. Resumindo: EXERCÍCIOS 1. (Unifor) A alanina (ácido 2-amino-propanoico) é um aminoácido que faz parte da estrutura das proteínas. Em relação à ocorrência de estereoisomeria, pode-se afirmar que alanina apresenta um número de estereoisômeros igual: a) 0 b) 2 c) 4 d) 6 e) 8 2. (Pucrj) Substâncias que possuem isomeria óptica apresentam a mesma fórmula molecular, contudo diferem entre si no arranjo espacial dos átomos. Colégio A. LIESSIN Scholem Aleichem - 4 - NANDA/NOV/2014 1356
De acordo com a estrutura representada, é possível prever que esta substância possui no máximo quantos isômeros ópticos? a) 2 b) 3 c) 4 d) 5 e) 6 3. (Ufrn) A anfetamina, de fórmula C 6 H 5 CH 2 CH(NH 2 ) CH 3, é um fármaco com ação estimulante sobre o sistema nervoso central. Esse fármaco pode ser representado por dois compostos que apresentam a mesma fórmula estrutural, mas só um deles tem efeito fisiológico. A obtenção de medicamentos que tenham esse comportamento constitui um desafio para os químicos. O Prêmio Nobel de Química, em 2001, foi outorgado aos químicos William S. Knowles (EUA), K. Barry Sharpless (EUA) e Ryoji Noyori (Japão) por desenvolverem métodos de sínteses com catalisadores assimétricos que permitem obter o enantiômero que interessa. O comportamento da anfetamina e os trabalhos dos químicos laureados com o Nobel dizem respeito a) à isomeria de função em compostos com a mesma composição e com estruturas diferentes. b) à isomeria ótica em compostos que têm, pelos menos, um carbono assimétrico. c) à isomeria plana em compostos com a mesma composição e com estruturas diferentes. d) à isomeria geométrica em compostos que têm, pelo menos, um carbono assimétrico. 4. (Unioeste) Isômeros constitucionais são moléculas que apresentam a mesma fórmula molecular diferindo entre si, pela conectividade dos átomos que tomam parte da estrutura. Considerando a fórmula molecular C4H8O, assinale a alternativa que apresenta a estrutura que NÃO é isômera das demais. a) b) c) d) e) Colégio A. LIESSIN Scholem Aleichem - 5 - NANDA/NOV/2014 1356
5. (Unioeste) Alguns micro-organismos são capazes de efetuar algumas transformações químicas que, em laboratório, são muito difíceis de serem realizadas. Abaixo temos um exemplo desta propriedade. Observando as estruturas do material de partida e do produto da reação, pode-se afirmar que o número de carbonos quirais são, respectivamente, a) 1 e 2. b) 2 e 1. c) 1 e 0. d) 3 e 3. e) 0 e 1. TEXTO PARA A PRÓXIMA QUESTÃO: Alguns restaurantes, visando unicamente auferir lucros, não dão importância devida à qualidade de seus serviços. Um exemplo claro está na reutilização de óleos e gorduras utilizados na fritura, onde a glicerina (uma substância de cadeia carbônica saturada) decompõe-se por aquecimento levando à formação da acroleína (uma substância de cadeia carbônica insaturada). Abaixo estão representadas as estruturas das duas substâncias envolvidas no processo (não necessariamente na ordem citada no texto). 6. (Uepa) Com base nas estruturas químicas apresentadas no texto, a alternativa correta é: a) nenhuma das estruturas apresenta isomeria ótica. b) somente a substância A apresenta isomeria geométrica. c) a configuração da dupla ligação da estrutura A é cis. d) somente a substância B desvia o plano da luz polarizada. e) a acroleína é mais solúvel em água do que a glicerina. 7. (Pucrs) Analise as informações a seguir. Em 2001, algumas indústrias brasileiras começaram a abolir voluntariamente o uso dos plastificantes ftalatos em brinquedos e mordedores, entre muitos outros itens fabricados em PVC flexível destinados à primeira infância, pois os ftalatos causam uma série de problemas à saúde, incluindo danos ao fígado, aos rins e aos pulmões, bem como anormalidades no sistema reprodutivo e no desenvolvimento sexual, sendo classificados como prováveis carcinogênicos humanos. A fórmula a seguir representa a estrutura do dibutilftalato, principal substância identificada nas amostras estudadas, que pode causar esses efeitos irreversíveis muito graves quando inalado, ingerido ou posto em contato com a pele. Colégio A. LIESSIN Scholem Aleichem - 6 - NANDA/NOV/2014 1356
Em relação ao dibutilftalato, é correto afirmar que é um composto orgânico a) da função dos éteres. b) de cadeia alifática. c) de fórmula molecular C16H 22O 4. d) de elevada solubilidade em água. e) de isomeria cis-trans. 8. (Upf) A partir da análise das representações estruturais das substâncias adrenalina e anfetamina e das propriedades relacionadas às aminas, analise as afirmações a seguir e marque V para verdadeiro e F para falso: ( ) Em ambas as estruturas existem os grupamentos relativos às funções orgânicas álcool e amina, mas apenas na estrutura da anfetamina existe o grupamento relativo à função orgânica fenol. ( ) De acordo com a classificação das aminas pelo número de hidrogênios substituídos, tem-se, na estrutura da adrenalina uma amina primária, e, na anfetamina, uma amina secundária. ( ) As aminas apresentam caráter básico mais acentuado do que álcoois, ésteres e éteres, uma vez que o nitrogênio é menos eletronegativo do que o oxigênio. ( ) Ambas estruturas, da adrenalina e da anfetamina, podem ser consideradas aminas aromáticas, pois apresentam anel aromático. ( ) As duas substâncias químicas, adrenalina e anfetamina, apresentam átomo de carbono assimétrico e, portanto, possuem atividade óptica. A sequência correta de preenchimento dos parênteses, de cima para baixo, é: a) F F V F V. b) V F V F V. c) V V V F V. d) F V V V F. e) V F F F V. Colégio A. LIESSIN Scholem Aleichem - 7 - NANDA/NOV/2014 1356
8. (G1 - ifce) Analise os conjuntos de compostos, I, II e III. A alternativa correta quanto à função orgânica e à relação de isomeria entre eles é a a) o conjunto (II) é formado por um álcool aromático e um álcool primário, sendo ambos isômeros de função. b) o conjunto (I) é formado por um álcool aromático e um álcool primário, sendo ambos isômeros ópticos. c) o conjunto (II) é formado por um álcool aromático e um éter aromático, sendo ambos isômeros de cadeia. d) o conjunto (III) é formado por dois ácidos carboxílicos, sendo ambos isômeros de compensação. e) o conjunto (II) é formado por um álcool aromático e um éter aromático, sendo ambos isômeros de função. 9. (Upf) A fluazepona de butila é um composto químico formado por moléculas quirais que apresenta dois isômeros com propriedades bastante distintas: um com forte ação herbicida e outro totalmente atóxico para as plantas. A representação de sua fórmula estrutural é mostrada a seguir: A partir da análise da fórmula estrutural, tem-se as seguintes proposições: I. A estrutura representa um composto isômero opticamente ativo em função de possuir carbono assimétrico na sua estrutura. II. Os compostos isômeros podem ser diferenciados pela propriedade de desviar o sentido da luz polarizada e com um polarizador é possível observar o isômero que possui forte ação herbicida e o que é totalmente atóxico para as plantas, ou seja, os isômeros dextrogiro e levogiro. III. O composto químico não representa um caso de tautomeria, mas apresenta na sua estrutura os grupos correspondentes às funções éter, éster, amina e haleto orgânico. IV. Na análise com o polarímetro, se verifica para o composto a presença de três isômeros: um dextrogiro, um levogiro e a mistura racêmica. Colégio A. LIESSIN Scholem Aleichem - 8 - NANDA/NOV/2014 1356
Está correto o que se afirma em: a) I, II e III apenas. b) I, II e IV apenas. c) I, III e IV apenas. d) II, III e IV apenas. e) I, II, III e IV. Colégio A. LIESSIN Scholem Aleichem - 9 - NANDA/NOV/2014 1356
Gabarito: Resposta da questão 1: [B] A alanina apresenta um carbono quiral ou assimétrico (*), logo possui dois estereoisômeros opticamente ativos (destrogiro e levogiro). Resposta da questão 2: [C] É possível prever o número de isômeros opticamente ativos de acordo com a seguinte expressão matemática: Número de Isômeros 2 NÚMERO DECARBONOS ASSIMÉTRICOS O composto apresenta 2 carbonos assimétricos. Assim 2 2 = 4. Observem na estrutura abaixo os carbonos assimétricos circulados: Resposta da questão 3: [B] Dois compostos são chamados de enantiomeros quando possuem estruturas quimicamente idênticas, mas conformação espacial diferente, sendo que um deles é a imagem especular do outro. Esse fenômeno é chamado de isomeria ótica. Para que uma estrutura química corresponda a dois enantiomeros, deverá apresentar o chamado carbono assimétrico ou quiral, um átomo de carbono ligado a quatro ligantes diferentes entre si. Resposta da questão 4: [D] Colégio A. LIESSIN Scholem Aleichem - 10 - NANDA/NOV/2014 1356
A fórmula molecular do composto representado na alternativa [D] é C4H10 O, portanto não é uma molécula isômera de C4H8O. Resposta da questão 5: [E] Define-se como carbono quiral aquele ligado a 4 ligantes distintos entre si. Na estrutura do material de partida não há carbono quiral, e na estrutura do produto de reação há apenas 1 carbono quiral, conforma mostrado pela seta abaixo: Resposta da questão 6: [A] [A] Verdadeira. Nenhuma das estruturas apresenta carbono quiral ou assimétrico. [B] Falsa. Nenhuma das substâncias apresenta isomeria geométrica (ou cis-trans). [C] Falsa. Como a estrutura A não apresenta isomeria óptica, não é possível determinarmos conformação. [D] Falsa. Para uma substância desviar o plano da luz polarizada, deverá apresentar isomeria óptica, o que não ocorre com a substância B. [E] Falsa. A glicerina é mais solúvel em água em virtude de apresentar grupos hidroxila que, além de serem polares, fazem ligações de hidrogênio com a água. Resposta da questão 7: [C] [A] Incorreta. A função orgânica presente é o éster: [B] Incorreta. O composto apresenta cadeia aromática. [C] Correta. O dibutilftalato apresenta 16C, 22H e 4O. Colégio A. LIESSIN Scholem Aleichem - 11 - NANDA/NOV/2014 1356
[D] Incorreta. Os ésteres de baixa massa molecular são pouco solúveis em água e os demais são insolúveis. [E] Incorreta. O composto não apresenta isomeria geométrica, pois esse tipo de isomeria ocorre em compostos insaturados de cadeia aberta ou cíclica que apresente ligantes diferentes unidos ao carbono da dupla. Resposta da questão 8: [A] Teremos: [F] Em ambas as estruturas existem os grupamentos relativos à função amina. Na estrutura da adrenalina existe a função fenol. [F] De acordo com a classificação das aminas pelo número de hidrogênios substituídos, tem-se, na estrutura da adrenalina uma amina secundária (grupo amino ligado a dois átomos de carbono), e, na anfetamina, uma amina primária (grupo amino ligado a um átomo de carbono). [V] As aminas apresentam caráter básico mais acentuado do que alcoóis, ésteres e éteres, uma vez que o nitrogênio é menos eletronegativo do que o oxigênio e apresenta um par de elétrons capaz de fazer ligação covalente dativa com mais facilidade do que o oxigênio. [F] Ambas as estruturas, da adrenalina e da anfetamina, não podem ser consideradas aminas aromáticas, pois o grupo amino, nos dois casos, não está ligado diretamente ao anel benzênico. [V] As duas substâncias químicas, adrenalina e anfetamina, apresentam átomo de carbono assimétrico (C*, ligado a quatro ligantes diferentes entre si) e, portanto, possuem atividade óptica. Colégio A. LIESSIN Scholem Aleichem - 12 - NANDA/NOV/2014 1356
Resposta da questão 9: [E] O conjunto (II) é formado por um álcool aromático e por um éter aromático, sendo ambos isômeros de função ou funcionais, a diferença está na função orgânica. Resposta da questão 10: [A] A estrutura representa um composto isômero opticamente ativo em função de possuir carbono assimétrico (*) na sua estrutura. Os compostos isômeros podem ser diferenciados pela propriedade de desviar o sentido da luz polarizada e com um polarizador é possível observar o isômero que possui forte ação herbicida e o que é totalmente atóxico para as plantas, ou seja, os isômeros dextrogiro e levogiro (enantiômeros ou enantiomorfos). O composto químico não representa um caso de tautomeria (fenol sendo convertido em aldeído ou cetona), mas apresenta na sua estrutura os grupos correspondentes às funções éter, éster, amina e haleto orgânico. Observação: no ensino médio é comum se classificar o grupo imina como amina. Colégio A. LIESSIN Scholem Aleichem - 13 - NANDA/NOV/2014 1356
Na análise com o polarímetro, se verifica para o composto a presença de dois isômeros: um dextrogiro, um levogiro. A mistura racêmica é inativa (não considerada um isômero). Colégio A. LIESSIN Scholem Aleichem - 14 - NANDA/NOV/2014 1356