La química del carboni:

• Resum d’isomeria

ISÒMERS

Són compostos que presenten la mateixa fórmula molecular, però diferent fórmula estructural o geomètrica (amb propietats físiques i/o químiques diferents)

Classificació

Isòmers

Estructurals

Estereoisòmers

De cadena

De posició

De funció

Cis-trans E/Z o geomètrics

Óptics

ISÒMERS ESTRUCTURALS

Els isòmers constitucionals o

estructurals són compostos que malgrat

tenir la misma fórmula molecular difereixen

en l’ordre en que estan connectats els àtoms,

es a dir, tenen els mateixos àtoms units entre

si de forma diferent (diferent fórmula

estructural).

ISÒMERS DE CADENA

Els compostos tenen distribuits els àtoms de

carboni de la molècula de forma diferent. Per

exemple, existeixen 3 isòmers de fórmula

general C5H12 ,(pentà).

CH3 CH2 CH2 CH2 CH3

pentano

CH3 CH CH2 CH3

CH3

2-metilbutano (isopentano)

CH3 C CH3

CH3

CH3

2,2-dimetilpropano (neopentano)

ISÒMERS DE POSICIÓ

Són compostos que tenen les mateixes funcions

químiques (mateixa família), però ubicades en

àtoms de carboni amb números localitzadors

diferents.

* CH3CH2CH2CH2OH

1-butanol

CH3CHCH2CH3

OH

2-butanol

* CH3CCH2CH2CH3 O

2-pentanona

CH3CH2CCH2CH3

O

3-pentanona

ISÒMERS DE FUNCIÓ

Són compostos d’igual fórmula molecular amb

funcions químiques diferents. (família diferent)

* O CH2CH3 CH3

etil metil éter un éter

CH3CH2CH2OH

1-propanol un alcohol

C3H8O

* C3H6O C CH3CH3

O

propanona una cetona

C HCH2

OCH3

propanalun aldehído

* C3H6O2 C OCH3

OCH3

etanoato de metilo un éster

C OH CH2

OCH3

ácido propanoicoun ácido carboxílico

ESTEREOISÒMERS

Els estereoisòmers són isòmers en

que els seus àtoms estan connectats

en el mateix ordre, però amb

disposició espaial diferent. Tenen la

mateixa fórmula molecular, la mateixa

estructural però diferent fórmula

geomètrica.

ISOMERIA cis-trans (E / Z)

La isomeria cis-trans es pot observar en molèculas que presenten dobles enllaços o en molècules de ciclos.

• Isomeria cis-trans en ciclos

Els cicloalcans tenen dues “cares” o costats degut al pla que conté l’esquelet carbonat; quan el ciclo te dos substituents (radicals) en àtoms de carboni diferents, existeixen dos isòmers. Si els substituents o radicals es troben del mateix costat del pla tenim el isòmer cis (Z), i si estan en costats oposats tindrem el isòmer trans (E).

trans-1,2-dimetilciclopropano

H

H

CH3

H

H

CH3

Los grupos metilo en lados opuestos del plano

cis-1,2-dimetilciclopropano

H

H

CH3

H

CH3

H

Los grupos metilo en el mismo lado del plano

(E) o trans-1,3-dimetilciclobutà(Z) o cis-1,3-dimetilciclobutà

cis-1,4-ciclohexandioltrans-1,4-ciclohexandiol

Cap amuntCap avall

De costats oposats, isòmer (E) trans

Cap avall Cap amunt

Del mateix costat, isòmer (Z) cis

• Isomeria cis-trans E/Z als alquens

Una característica de l’enllaç doble C=C és que no té lliure rotació, (l’enllaç ho impedeix i aporta rigidesa a aquesta part de la molècula), cosa que redueix els possibles intercanvis de posició que podien experimentar les molècules dels alcans (conformacions, “eclipsada/alternada” “cadira/barca” …) i sorgeix aixì un nou tipus d’isomeria. La isomeria cis-trans en els alquens es dóna quan els sustituents (radicals) en cadascún dels carbonis de l’enllaç doble C=C són diferents.

C CHH

HCH3

C CH

CH3

HCH3

Dos substituents diferents: H i CH3

Dos substituents diferents: H i CH3

Aquest compost si presenta isomeria geomètrica, doncs es compleix la condició

en ambdós carbonis.

En aquest carboni hi ha dos substituents

iguals, per tant, aquest compost no presentarà isomeria

geomètrica.

Un estereoisòmer es cis o (Z) quan els dos hidrogens estan del mateix costat de l’ enllaç doble.

Un estereoisòmer es trans o (E) quan els dos hidrogens estan del mateix costat de l’ enllaç doble.

C CH

CH3

HCH3

A un mateix costat del pla

C CH

CH3

CH3H

“Atravessats”, a diferent costat del pla

(Z) -2-butè

(E) -2-butè

ISOMERIA ÒPTICA

Un isòmer óptic és aquell que té la

propietat de fer girar el pla de la llum

polaritzada, cap a la dreta o cap a

l’esquerra.

Aquesta propietat es mesura en un aparell

anomenat “polarímetre” i s’anomena

actividad óptica. Si l’estereoisòmer fa girar

la llum cap a la dreta es denomina

dextrògir, i si ho fa girar cap a l’esquerra

se’n diu levògir.

Descoberta de la isomeria òptica:Louis Pasteur (1822-1895)

• Estudià l’àcid tartàric i l’àcid racèmic (1848). • Ambdòs tenien idèntiques propietats químiques

(reaccions) i físiques excepte que el primer desviava la llum polaritzada i el racèmic no.

• Observant al microscopi els cristalls de tartàric eren tots iguals, però els de racèmic eren de dues menes: uns com el tartàric, els altres com imatges reflectides del primer.

• Uns desviaven la llum polaritzada cap a la dreta un angle els altres un angle –cap a l’esquerra

Esquema d’un polarímetre

La llum polaritzada

Polarímetres: mesura de l’activitat òptica

• Polarímetre “Pasteur”

• Polarímetre digital

• Descobreix que algunes molècules podien ser dextrògires o levògires, sempre que tinguèssin quiralitat (algun carboni assimètric)

Causa de la isomeria òptica (L. Pasteur)

ISOMERIA ÒPTICA

Els isòmers òptics tenen, almenys, un carboni “quiral” (“kheir” vol dir ma en grec).

Un carboni és quiral (o assimétric) quan está unit a 4 substituent diferents. Recorda que el carboni és tetraèdric.

Una molècula és quiral (o assimétrica) quan no presenta cap element de simetría (pla, eix o centre de simetria). Las molècules quirals presenten activitat òptica.La quilaritat és una propietat important a la naturalesa ja

que la majoria dels compostos biològics són quirals.

*CH3 CHOH

CH2 CH3

2-butanol

El carboni 2, marcat amb asterisc, és quiral perque té els 4 substituients diferents: -OH, -H CH2CH3 i -CH3,. Hi ha dos estereoisòmers d’aquest compost.

ENANTIÒMERS

Espejo

C OH

CH3CH2

CH3

HCHO

CH2CH3

CH3

H

enantiòmers

Els estereoisòmers que són imatges especulars no superposables reben el nom d’enantiòmers.

Si una molècula té un únic carboni quiral, només pot existir un parell d’enantiòmers.

Si té dos carbonis quirals hi ha un màxim de quatre estereoisòmers (dos parells d’enantiòmers).

En general, una molècula amb n carbonis quirales tindrà un número màxim de 2n estereoisòmers possibles.

Per exemple, el 3-bromo-2-butanol té dos carbonis quirals, per tant, poden haver-hi 4 estereoisòmers.

*CH3 CH

OH

CH CH3

Br

*

MESCLA RACÈMICA

S’anomena “mescla racémica” o

racemat, aquella que conté un parell

de enantiòmers en una proporció del

50% de cadascun. Aquesta mescla no

desvia la llum polaritzada, es a dir, no té

activitat òptica (opticament inactiva).

DIASTEREOISÒMERS

C

C

HO CH3

CH3Br

H

H

C

C

OHH3C

H3C Br

H

H

C

C

HO CH3

CH3H

H

Br

C

C

OHH3C

H3C H

H

Br

Fletxes horitzontals: enantiòmers

Fletxes verticals i oblíqües: diastereoisòmers

Els estereoisòmers que no són imatges especulars es diuen diastereoisòmers

.

C

C

HO CH3

CH3HO

H

H

C

C

OHH3C

H3C OH

H

H

COMPOSTOS “MESO”

Aquestes dues estructures del 2,3-butandiol son imatges especulars i no poden superposar-se, per tant, aquests dos compostos són enantiòmers

PLANO DE SIMETRÍA

Aquestes dues estructures del 2,3-butandiol són imatges especulars, però si poden superposar-se, per tant, NO són enantiòmers, sinò que es tracte del mateix compost. És el compost meso.

C

C

HO CH3

CH3H

H

HO

C

C

OHH3C

H3C H

H

OH

S’anomenen compostos meso aquells que, malgrat tenir carbonis quirals, són aquirals (no tenen activitat òptica) perquè disposen d’un pla de simetria.