Isomeri

Isomeri
•isomeri di struttura
•stereoisomeri
Isomeria
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1.
2.
Per isomeria si intende il fenomeno che si presenta
quando 2 o più sostanze hanno la stessa formula
grezza ( o molecolare) quindi la medesima
composizione chimica, ma differiscono nella formula di
struttura o nella disposizione spaziale dei vari atomi.
Questi composti hanno differente comportamento
fisico e chimico
Esistono due tipi di isomeria:
isomeria di struttura
stereoisomeria
L’isomeria di struttura comprende 3 casi:
1. isomeria di catena
2. isomeria di posizione
3. isomeria del gruppo funzionale
Isomeria di catena
• Gli isomeri differiscono per il modo in cui gli
atomi di carbonio sono legati tra loro
• Esempio: C4H10
• n-butano
catena lineare
• iso-butano
catena ramificata
Isomeria di posizione
I composti con la stessa formula molecolare
presentano il gruppo funzionale legato ad atomi
di carbonio diversi
Esempio:
• 1-amminopropano
• 2-amminopropano
Isomeria di gruppo funzionale
I composti con la stessa formula molecolare
differiscono nella struttura del gruppo funzionale
Esempio: C4H10O
• CH3-CH2-CH2-CH2-OH
alcol
• CH3-CH2-O-CH2-CH3
etere
La stereoisomeria (da stereos=spaziale, tridimensionale)
Si definiscono stereoisomeri due composti che
presentano la stessa formula molecolare e la
stessa sequenza di legami tra gli atomi, ma
diversa disposizione nello spazio di alcuni
atomi o gruppi di atomi
•
Si distinguono due tipi di stereoisomeri:
1. Stereoisomeria geometrica
2. Stereoisomeria ottica
Isomeria geometrica
L’isomeria geometrica è presente in tutti quei composti in
cui è impedita la libera rotazione dei gruppi atomici
attorno a un legame tra due atomi di carbonio
Esempi
1.
Composti a catena chiusa: cicloesano
2.
Composti con doppi legami: alcheni e alchini (
isomeri cis e trans)
Isomeria geometrica (cis-trans)
Nelle molecole a struttura ciclica, l’impedimento alla
libera rotazione intorno ai legami C-C è rappresentato dalla
rigidità del piano molecolare
Un esempio è dato dal 1,2-diclorocicloesano che può
esistere nelle due forme isomere cis e trans
Nelle molecole nelle quali è presente un legame doppio tra
carbonio C=C (σ e π), la libera rotazione intorno al
doppio legame è impedita dal legame π che irrigidisce la
struttura
Esempio : 1,2 dicloroetene
Come isomero cis si indica quello in cui i due atomi di
cloro risultano posti dalla stessa parte rispetto al piano
ideale in cui è posto il doppio legame
Come isomero trans si indica quello in cui i due atomi di
Oggetti chirali
• Se osserviamo allo specchio la mano destra, l’immagine
che vediamo corrisponde alla mano sinistra
• L’immagine speculare di una mano è diversa dalla mano
che si specchia
• Questa particolarità è dovuta all’assenza di piani di
simmetria
• Tutti gli oggetti che mancano di un piano di simmetria (
piedi , mani, viti, conchiglie, eliche) vengono chiamati
chirali, ovvero distinguibili dalla loro immagine speculare
e non sovrapponibili alla propria immagine speculare
Oggetti chirali e achirali
Oggetti achirali
• Sono achirali tutti gli oggetti che presentano un piano di
simmetria, perché sono sovrapponibili alla loro
immagine speculare tramite traslazioni e rotazioni
• Sono esempi: una palla, un cubo, i calzini, una matita
• Quello che vale per gli oggetti macroscopici, vale anche
per le molecole
• Il metano CH4, ad esempio, con la sua struttura
tetraedrica è una molecola achirale, perché
sovrapponibile alla sua immagine riflessa
• Se gli H vengono sostituiti da elementi diversi la
molecola risulta chirale
• Esempio : gli amminoacidi
Isomeria ottica
• E’ presente nei composti in cui un atomo di carbonio ibridato sp3(
4 legami б) è legato a quattro atomi o gruppi di atomi tutti diversi
tra loro
• Un atomo di C che lega 4 atomi o gruppi differenti è un atomo di
C asimmetrico, meglio definito C chirale ( dal greco khéir, mano)
o stereocentro
• Una molecola che contiene un carbonio chirale è detta per
estensione molecola chirale
• La molecola chirale non si sovrappone alla sua immagine
speculare ( come la mano dx con la sx)
Carbonio chirale
Molecole chirali e achirali
• Un composto chirale esiste in due forme diverse che non
possono sovrapporsi né per traslazione né per rotazione
• Gli isomeri ottici che sono immagini speculari l’uno
dell’altro sono detti enantiomeri (dal greco enàntios,
«opposto», e méros, «parte»
• Gli enantiomeri hanno la stessa formula di struttura, le
stesse proprietà fisiche, ma differiscono nel modo di
interagire con la luce polarizzata
Proprietà degli enantiomeri
• le proprietà uguali sono: punto di fusione, punto di
ebollizione, densità, solubilità, reattività
• la proprietà diversa è invece la capacità di far ruotare il
piano della luce polarizzata di uno stesso angolo, ma in
direzione opposta
Polarizzazione della luce
• Le molecole chirali sono molecole otticamente attive
in quanto i loro enantiomeri fanno ruotare la direzione
del piano della luce polarizzata di due angoli uguali, ma
in senso opposto
• E’ detta molecola destrogira, indicata con R( dal latino
rectus) o
(+), una molecola che fa ruotare la direzione
della luce polarizzata in senso orario
• E’ detta molecola levogira, indicata con S( dal latino
sinister) o
(-), una molecola che fa ruotare la direzione
della luce polarizzata in senso antiorario
• Per gli zuccheri ed altre molecole di interesse
biochimico, non si fa uso dei prefissi (R) e (S).
• La distinzione in nomenclatura viene fatta
assegnando i prefissi D e L a seconda che i
sostituenti legati all’atomo di carbonio
asimmetrico più distante da quello che lega il
gruppo carbonilico abbiano disposizione simile
a quella della L-gliceraldeide o a quella della Dgliceraldeide
Gli enantiomeri dell’acido lattico
• La rotazione di due enantiomeri è uguale , ma di
segno opposto
• Esempio : acido lattico
• acido (-) lattico
-5,7°
• acido(+) lattico
+5,7°
• Una miscela racemica o racemo è un
miscuglio composto da due enantiomeri in
uguale quantità e no presenta attività ottica
• L’interesse pratico degli isomeri ottici risiede nel
fatto che spesso essi hanno attività biologica
diverse
• In generale la specificità di molte reazioni
biochimiche si basa sulla capacità di un
reagente di discriminare tra due enantiomeri
• Questa proprietà è tipica degli enzimi
• L’enantiomero (+) del limonene ha il profumo delle
arance, mentre l’enantiomero (-) ha il profumo dei limoni