Post on 04-Aug-2015
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.