Gli isomeri e l'isomeria - sito del PROF Sidoli andrea
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GLI ISOMERI<br />
Abbiamo visto come ad una stessa formula chimica elementare possano in realtà corrispondere due<br />
o più sostanze diverse.<br />
Ad esempio il 2 metil butano ed il normal pentano hanno entrambi formula C5H12, ma presentano<br />
proprietà chimico-fisico differenti.<br />
Vengono definiti ISOMERI due sostanze diverse che presentano però analoga formula elementare.<br />
Esistono diversi tipi di <strong>isomeri</strong>:<br />
ISOMERI DI STRUTTURA<br />
STEREOISOMERI<br />
ISOMERI DI STRUTTURA<br />
GLi <strong>isomeri</strong> di struttura sono <strong>del</strong>le sostanze che hanno la stessa formula molecolare, ma diversa<br />
formula di struttura.<br />
L'esempio fatto all'inizio <strong>del</strong> capitolo <strong>del</strong> 2 metil butano e <strong>del</strong> normal pentano rappresenta un<br />
classico esempio di <strong>isomeri</strong> strutturali.<br />
<strong>Gli</strong> <strong>isomeri</strong> di struttura sono in genere sostanze totalmente differenti, sostanze cioè che possono<br />
presentare proprietà chimico fisiche assolutamente dissimili.<br />
Vediamo alcuni esempi di <strong>isomeri</strong> strutturali<br />
STEREOISOMERI<br />
Per stereo<strong>isomeri</strong> si intendono composti che presentano atomi legati nello stesso ordine o sequenza,<br />
ma disposti in maniera diversa nello spazio.<br />
<strong>Gli</strong> stero<strong>isomeri</strong> hanno in genere proprietà chimiche molto simili (se non uguali), ma presentano<br />
sempre qualche proprietà fisica differente.<br />
Due sono i principali tipi di stereo<strong>isomeri</strong>a<br />
1. ISOMERIA GEOMETRICA<br />
2. ISOMERIA OTTICA<br />
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ISOMERIA GEOMETRICA<br />
L'<strong>isomeri</strong>a geometrica può interessare composti contenenti un doppio legame (alcheni) o composti<br />
ciclici.<br />
Parlando <strong>del</strong>la ibridizzazione sp2 abbiamo visto come un doppio legame mantenga una struttura<br />
planare di questo tipo<br />
I due atomi di carbonio interessati al doppio legame non sono liberi di ruotare l'uno rispetto all'altro.<br />
Conseguenza di questo fatto e che se ai carboni <strong>del</strong> doppio legame sono legati dei gruppi diversi è<br />
possibile che si formino dei particolari tipi di <strong>isomeri</strong>.<br />
Vediamo l'esempio:<br />
Si ha quindi un isomero cis quando i gruppi più grossi sono attaccati entrambi dalla stessa parte <strong>del</strong><br />
doppio legame, l'isomero trans quando gli stessi gruppi sono attaccati dai lati opposti.<br />
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Anche la costituzione dei composti ciclici può dar luogo a fenomeni di <strong>isomeri</strong>a cis trans, facciamo<br />
un esempio:<br />
ISOMERIA OTTICA<br />
Prendiamo in esame la figura sotto riportata<br />
Si tratta di due strutture che sono l'una l'immagine speculare <strong>del</strong>l'altra.<br />
Possiamo facilmente notare che è impossibile sovrapporre le due figure in modo completo, si tratta<br />
perciò di due <strong>isomeri</strong>.<br />
Vengono definiti ENANTIOMERI, due stereo<strong>isomeri</strong> che sono l'uno l'immagine speculare <strong>del</strong>l'altro<br />
non sovrapponibile.<br />
Affinché un composto organico possa risultare enantiomero occorre che esso abbia almeno un<br />
atomo di carbonio attaccato a 4 gruppi diversi (nella foto all'atomo di carbonio nero centrale sono<br />
attaccati 4 gruppi diversi, rosso, bianco, verde e nero).<br />
Viene definito CHIRALE un atomo di carbonio a cui sono attaccati 4 gruppi diversi e che quindi<br />
può originare un enantiomero.<br />
Osserviamo ora la figura sottostante:<br />
La figura "a" e la figura "b" sono due immagini speculari, ma all'atomo centrale non sono attaccati 4<br />
gruppi diversi (due atomi sono infatti rossi), ne consegue che ruotando la figura "b" si ottiene<br />
esattamente la figura "a".<br />
I composti "a" e "b" non sono quindi <strong>isomeri</strong>, ma sono esattamente la stessa sostanza.<br />
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Proviamo a riconoscere tra le molecole sotto riportate quali abbiano dei carboni chirali e che quindi<br />
possano originare degli enantiomeri.<br />
Due stereo<strong>isomeri</strong> che non sono l'immagine speculare l'uno <strong>del</strong>l'altro vengono definiti<br />
DIASTEROISOMERI.<br />
Sono perciò diastero<strong>isomeri</strong> ad esempio gli <strong>isomeri</strong> cis e trans.<br />
Mentre i diastero<strong>isomeri</strong> hanno proprietà chimiche simili, ma proprietà fisiche in genere differenti,<br />
gli enantiomeri hanno proprietà chimiche praticamente identiche ed un unica proprietà fisica<br />
differente.<br />
Questa proprietà fisica diversa è il senso di rotazione <strong>del</strong>la luce polarizzata.<br />
Sappiamo che la luce è formata da un insieme di radiazioni elettromagnetiche.<br />
Se immaginiamo queste radiazioni come se fossero <strong>del</strong>le onde, ed immaginiamo che ogni onda<br />
identifichi un piano (in pratica come se disegnassimo <strong>del</strong>le onde su dei fogli di carta), potremmo<br />
immaginare la luce come un insieme di piani intersecanti passanti per la direzione di propagazione.<br />
Nella luce polarizzata invece di infiniti piani, troviamo un unico piano su cui vibra la radiazione.<br />
<strong>Gli</strong> enantiomeri possono ruotare il piano di una luce polarizzata e vengono per tanto definiti<br />
sostanze otticamente attive.<br />
La differenza tra due enantiomeri è che mentre uno ruota la luce polarizzata verso sinistra, l'altro la<br />
ruota verso destra.<br />
Una conseguenza di quanto abbiamo appena detto è che se si ottieme una miscela contenente il 50%<br />
di un enantiomero ed il 50% <strong>del</strong>l'altro enantiomero, gli effetti sulla rotazione <strong>del</strong>la luce polarizzata<br />
verranno ad annullarsi. Miscele contenenti uguali percentuali di enantiomeri vengono definite<br />
RACEMI e non risultano otticamente attive.<br />
Molte sostanze naturali risultano otticamente attive, ad esempio diversi zuccheri e diversi<br />
amminoacidi lo sono.<br />
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<strong>Gli</strong> zuccheri <strong>del</strong> mosto d'uva sono otticamente attivi per tanto con una semplice misurazione <strong>del</strong>la<br />
rotazione <strong>del</strong> piano <strong>del</strong>la luce polarizzata di una soluzione di mosto possiamo risalire alla<br />
concentrazione zuccherina <strong>del</strong>lo stesso.<br />
Questo è solo un esempio <strong>del</strong>l'importanze <strong>del</strong>l'attività ottica che troveremo molto spesso nell'analisi<br />
chimica degli alimenti.<br />
Abbiamo già accennato che una sostanza può avere anche più carboni chirali.<br />
Ogni carbonio chirale può originare due enantiomeri.<br />
Il numero di enantiomeri massimo che si può formare quindi è pari a 2 elevato al numero di carboni<br />
chirali (2 n con n= numero di carboni chirali).<br />
Ad esempio<br />
n= 1 enantiomeri = 2 (una coppia)<br />
n= 2 enantiomeri = 4 (due coppie di enantiomeri che tra di loro saranno diasteroisomere)<br />
Per comprendere quanto abbiamo detto facciamo un esempio pratico<br />
Consideriamo la molecola<br />
1,2dibromo 1 cloro propano<br />
Questa molecola contiene due atomi chirali e quindi può formare 4 <strong>isomeri</strong> ottici<br />
Il numero di <strong>isomeri</strong> otticamente attivi è al massimo 2 n infatti in certe circostanze possono formarsi<br />
dei composti MESO.<br />
I composti MESO sono molecole sovrapponibili alla loro immagine speculare sebbene presentino<br />
carboni chirali.<br />
I composti meso, che non sono otticamente attivi, sono caratterizzati da presentare un asse di<br />
simmetria<br />
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Facciamo un esempio considerando il<br />
1,2 dibromo 1,2dicloro butano<br />
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