IZOMERIA COMPUSILOR ORGANICI
Referat realizat de Marinescu Andrei Alexandru Clasa a XI B
TIPURI DE IZOMERIE
Cunoaşterea formulei moleculare este suficientă pentru caracterizarea unor compuşi organici simpli, dar nu individualizează substanţe mai complexe. Substanţele care au aceeaşi formulă moleculară, dar prezintă proprietăţi fizice şi chimice diferite se numesc izomeri (izo = acelaşi, meros = părţi) .
1) a) b) c) 2) a) b) c)
Izomeria poate fi: De constructie Izomerie de catena Izomerie de pozitie Izomerie de functiune Stereoizomerie Izomerie de rotatie(conformationala) Izomerie geometrica(diastereoizomerie) Izomerie optica (enantiomerie )
IZOMERIA DE CATENA
Izomeria de catenă se datorează modului de legare a atomilor de carbon între ei. De exemplu, în cazul moleculei de pentan, C 5 H 12 sunt posibili trei izomeri:
N-pentan;
Izopentan;
Neopentan
IZOMERIE DE POZITIE
Izomerii de acest tip se deosebesc prin poziţia ocupată de un substituent sau o dublă legătură în moleculă. De exemplu, dacă în molecula n - pentanului se înlocuieşte un atom de hidrogen cu un atom de clor, acesta poate ocupa poziţii diferite în moleculă şi se obţin următorii izomeri de poziţie :
În cazul hidrocarburii nesaturate pentenă, poziţia ocupată de dubla legătură are drept consecinţă existenţa a patru izomeri:
Izomeria de poziţie apare şi în cazul a doi sau mai mulţi substituenţi în funcţie de poziţiile lor relative.
De exemplu, izomerii: orto, meta, para ai derivaţilor disubstituiţi ai benzenului:
IZOMERIA DE FUNCTIUNE
Compuşii care au aceeaşi formulă moleculară, dar conţin grupe funcţionale diferite se numesc izomeri de funcţiune. De exemplu, formulei moleculare C 4 H 8 O îi corespund următorii izomeri de funcţiune:
STEREOIZOMERIA
Stereochimia sau chimia spaţială se ocupă de modul de aranjare a atomilor unei molecule în spaţiul tridimensional, deci de structura spaţială a moleculei. În funcţie de aranjamentul spaţial al atomilor unei molecule, se pot distinge diverse tipuri de izomerie sterică (stereoizomerie). Se numesc izomeri sterici sau stereoizomeri compuşii chimici cu aceeaşi compoziţie şi constituţie, care diferă prin modul de orientare a atomilor moleculei în spaţiul tridimensional. Cele trei tipuri de izomerie sterică : conformaţională (de rotaţie), optică (enantiomerie) şi diastereoizomerie (geometrică), pot apare izolat sau chiar toate la aceeaşi substanţă, în funcţie de complexitatea moleculei.
IZOMERIA GEOMETRICA
Acest tip de izomerie se întâlneşte cel mai des la compuşii nesaturaţi . În modelul tetraedric, o legătură dublă între doi atomi de carbon se reprezintă unind cele două tetraedre printr-o muchie, ceea ce determină rigiditatea sistemului şi împiedicarea rotaţiei libere a atomilor de carbon implicaţi în legătură . Împiedicarea rotaţiei în jurul axei C=C se explică prin hibridizarea de tip sp 2 a atomilor de carbon care determină aşezarea într-un plan a substituenţilor legaţi de aceşti atomi. În funcţie de poziţia lor faţă de planul dublei legături, apar izomeri geometrici cis (substituenţii identici se află de aceeaşi parte a legăturii duble) şi trans (substituenţii identici se află de o parte şi de alta a dublei legături)
Când o structură este compusă dintr-o legătură dublă cu patru substituenţi diferiţi abC = Ccd, nomenclatura izomerilor geometrici se bazează pe aceleaşi reguli de stabilire a priorităţii substituenţilor ca şi în cazul atomului de carbon asimetric. Se examinează perechile de substituenţi a, b şi c, d şi se alege din fiecare pereche cel cu prioritatea cea mai avansată, în funcţie de mărimea numărului atomic Z. Dacă substituenţii astfel aleşi se găsesc de aceeaşi parte a dublei legături, se adaugă la denumirea substanţei prefixul E. De exemplu, în cazul 3-fenil-2-pentenei, dintre substituenţii C 2 H 5 şi C 6 H 5 ai unuia din atomii de carbon ai dublei legături, prioritatea cea mai mare o are C 6 H 5 , iar la celălalt atom de carbon, prioritate are grupa CH 3 faţă de H. În consecinţă, cele două 2- fenilpentene izomere se denumesc astfel:
Izomerii cis-trans se deosebesc prin proprietăţile lor fizice şi chimice. De exemplu, pentru cele două dicloretene, diferenţele între proprietăţile fizice ale izomerilor cis şi trans se pot observa din constantele lor fizice:
Izomerii cis-trans se deosebesc şi prin alte proprietăţi fizice cum ar fi: punctul de fierbere, densitatea şi indicele de refracţie, care sunt mai mari la izomerul cu moment electric mai mare (care, de obicei, este izomerul cis). Având în general molecule mai simetrice decât izomerii cis, izomerii trans formează reţele cristaline mai stabile şi, în consecinţă, au puncte de topire mai înalte şi solubilităţi mai scăzute decât izomerii cis. În general, izomerii trans (având un conţinut în energie mai mic) sunt mai stabili decât izomerii cis. De aceea, izomerii cis se transformă în izomeri trans, la încălzire sau sub influenţa unor catalizatori, izomerizare care are loc cu degajare de energie. Transformarea inversă a izomerilor stabili (trans) în cei nestabili (cis) se poate realiza prin absorbţie de energie radiantă (lumină) .
Metoda clasică pentru determinarea configuraţiei sterice a izomerilor cis-trans se bazează pe stabilirea unor relaţii chimice cu un compus ciclic. De exemplu, acidul maleic (cis) se transformă uşor, la încălzire, într-o anhidridă internă, în timp ce acidul fumaric (trans) nu formează anhidridă :
Când nu se pot aplica metode chimice pentru determinarea configuraţiei sterice, se recurge la metode fizice, cum ar fi măsurarea momentului electric. Izomerii cis au un moment electric mai mare decât izomerii trans, iar în cazul moleculelor simple, cu substituenţi identici, izomerul trans are momentul electric egal cu zero (de ex., trans-dicloretena). O altă metodă fizică constă în măsurarea distanţelor interatomice prin metoda razelor X sau a difracţiei electronilor, când, cu puţine excepţii, distanţa între substituenţii identici este mai mare la izomerul trans decât la izomerul cis.
