Oi, gente! De volta com a parte 2 de Isomeria. Vamos iniciar essa parte com Isomeria Óptica.

 

A isomeria óptica está associada ao comportamento das substâncias submetidas a um feixe de luz polarizada (que vibra em apenas um plano), obtida quando a luz natural, não-polarizada (que tem infinitos planos de vibração), atravessa um material polarizador.

Os materiais que têm a propriedade de desviar o plano de vibração da luz polarizada são denominados opticamente ativos. Essa propriedade caracteriza os compostos que apresentam isomeria óptica.

 

O desvio do plano de vibração pode ocorrer em dois sentidos:

  1. a) desvio para o lado direito = isômero dextrogiro (d);
  2. b) desvio para o lado esquerdo = isômero levogiro (l).

 

Esse desvio é determinado experimentalmente por um aparelho denominado polarímetro, esquematizado a seguir:

 

 

LUZ NATURAL E LUZ POLARIZADA

A luz natural é formada por ondas eletromagnéticas, sendo que as ondas elétricas vibram em um plano e as magnéticas em outro, perpendicular ao primeiro. Uma luz ou radiação que não foi polarizada é denominada luz comum e se propaga por todas as direções; já a luz polarizada se propaga em uma única direção.

 

Isomeria óptica e assimetria molecular

A condição necessária para a ocorrência de isomeria óptica é que a substância apresente assimetria molecular.

 

Casos de Isomeria Óptica 

No caso mais geral, a molécula assimétrica possui um ou mais átomos de carbono quirais (assimétricos). Há outros casos onde a molécula é assimétrica, mas não possui carbono quiral.

 

Moléculas com átomos de carbono assimétricos (C*)

Já foi mostrado que um átomo de carbono é assimétrico, quando está preso a quatro ligantes diferentes entre si. Na fórmula estrutural de uma substância, o carbono quiral (sp3) é indicado por um asterisco (*).

 

Genericamente, há essa disposição:

 

 

Exemplo: O ácido láctico, encontrado tanto no leite azedo quanto nos músculos, apresenta a fórmula estrutural, a seguir, há quatro ligantes diferentes presos ao átomo de carbono marcado com asterisco. Logo, esse carbono é quiral e a molécula do ácido é assimétrica.

 

espelho isomeria optica

 

A presença de um carbono assimétrico (1 C*) determina a existência de dois isômeros opticamente ativos, que são conhecidos como antípodas ópticos: o ácido láctico-d e o ácido láctico-l.

 

Eles são química e fisicamente iguais, mas fisiologicamente diferentes. Eles são chamados opticamente ativos porque desviam o plano de vibração da luz polarizada. São antípodas ópticos porque provocam o mesmo desvio angular da luz polarizada, em sentidos opostos.

 

A mistura equimolar dos dois antípodas resulta numa mistura opticamente inativa, denominada mistura racêmica, conhecida também como isômero racêmico, simbolizado por (dl) ou (r).

 

Portanto, há um total de três isômeros ópticos do ácido láctico: o dextrogiro, o levogiro e o racêmico.

 

Os dois primeiros são ativos (e antípodas). O ácido racêmico é inativo devido a uma compensação externa (o desvio que o dextrogiro provoca para a direita, o levogiro faz para a esquerda).

 

A única maneira de saber se um isômero óptico é dextrogiro (d) ou levogiro (l) é usando um polarímetro. É impossível obter a informação mediante a simples análise da fórmula estrutural do isômero.

 

Quantidade de carbonos assimétricos e número de isômeros ópticos

 1. Quando a moléculas tem apenas um carbono quiral

O exemplo do ácido láctico permitiu concluir que para um carbono assimétrico ou quiral temos:

a) 2 isômeros opticamente ativos (IOA)

b) 1 isômero opticamente inativo (IOI)

 

2. Quando a molécula tem vários carbonos assimétricos diferentes

A maneira mais prática de determinar a quantidade de isômeros opticamente ativos e inativos da substância é utilizar as expressões matemáticas propostas por Van’t Hoff e Le Bel:

  1. isômeros opticamente ativos (IOA) Þ IOA = 2n
  2. isômeros opticamente inativos, ou misturas racêmicas (IOI) = 2n/2

 

Onde n = número de átomos de carbono assimétricos diferentes na molécula.

 

Observe o exemplo:

 

átomos carbono assimétricos diferentes

 

A estrutura mostra dois átomos de carbono assimétricos diferentes; logo há 22 = 4 isômeros opticamente ativos (sendo 2 dextrogiros, indicados por d1 e d2 e 2 levógiros, l1 e l2). Temos 22/2 = 2 isômeros opticamente inativos(racêmicos) (d1,l1 e d2,l2).

 

O par dextrógiro e levógiro é também chamado par de enantiomorfos ou enantiômeros. (No nosso caso: d1 e l1 formam um par; d2 e l2 formam outro par).

 

Quaisquer outros pares (d1 e d2; d1 e l2; d2 e l1; l1 e l2) são denominados diastereoisômeros. Esses últimos pares são opticamente ativos, mas não são antípodas ópticos.

par antípodas ópticos

Um pouco mais sobre assimetria molecular

Várias moléculas cíclicas mostram isomeria óptica sem mostrar claramente a presença de carbono assimétrico no ciclo. Para essas situações, muitos químicos preferem usar o termo de centro (quiral), em lugar de carbono quiral.

 

É possível identificar um centro quiral com relativa facilidade: em primeiro lugar, observe os átomos de carbono saturados (sp3) no ciclo e, em seguida, verifique se os quatro ligantes presos a ele são diferentes entre si.

 

Em caso positivo, existe o centro quiral.

 

Veja o exemplo abaixo:

centro quiral

Os átomos de carbono 1 e 2 merecem atenção porque cada um deles tem dois ligantes diferentes fora do anel. O carbono 3 é descartado, porque os dois ligantes externos são iguais.

 

Vamos agora olhar as sequências internas, separadamente, dos átomos de carbono 1 e 2.

Veja que os quatro ligantes são diferentes para cada um deles e, portanto, há dois centros quirais nessa molécula.

Podemos aplicar aqui, também, as fórmulas matemáticas para o cálculo do número de isômeros ópticos.

A estrutura do 2-metil-ciclopropan-1-ol apresenta 4 isômeros opticamente ativos e dois inativos (racêmicos)

 

IOA = 2n = 22 = 4

IOI = 2n/2 = 22/2 = 2

 

 

Um outro caso a considerar é quando a molécula é assimétrica, mas não possui carbono quiral

Ao fazer a ligação p com os átomos de carbono laterais, o carbono central sp impõe aos orbitais sp2 daqueles carbonos laterais dois planos perpendiculares.

Assim, se cada carbono lateral sp2 se prender a substituintes diferentes, a molécula será assimétrica e apresentará isomeria óptica.

 

Propriedades Físicas e Químicas dos Isômeros Ópticos

Os enantiômeros apresentam propriedades físicas iguais (ponto de ebulição, fusão etc.), fórmulas espaciais diferentes e poder rotatório específico diferentes.

 

Veja um exemplo:

 

estrutura 2-metil-ciclopropan

 

As propriedades fisiológicas dos enantiômeros são diferentes, devido às disposições espaciais dos ligantes diferentes em torno do carbono assimétrico.

 

Por exemplo, o isômero dextrógiro do LSD causa alucinações, ao passo que o isômero levogiro não produz nenhum efeito.

Para entender melhor o porquê dessa diferença na atividade biológica (ou fisiológica) dos enantiômeros, veja a ilustração seguinte:

 

 

Nesse esquema, em A temos a molécula ABCD que apresenta interação perfeita com uma substância presente no organismo vivo (os círculos representam as partes da substância que interagem com o enantiômero).

 

Observe que em B substituímos o a molécula ABCD pelo seu enantiômero e, neste caso, a interação com a substância já não acontece.

 

 

ISOMERIA ÓPTICA – UM CASO TRÁGICO

 

A talidomina é um medicamento sintetizado na década de 50 que foi prescrito como sedativo leve e para eliminar as náuseas em mulheres grávidas em muitos países, principalmente na Europa, onde foi lançada.

 

No entanto, as gestantes que utilizaram esse medicamento tiveram filhos sem determinados membros ou com membros deformados, como mãos, braços e pernas atrofiadas.

 

Isso se deu porque, conforme mostra a imagem a seguir, a talidomida é um composto quiral com atividade óptica; sendo que possui um enantiômero dextrogiro (desvia o plano de luz polarizada para a direita) e outro levogiro (desvia o plano de luz polarizada para a esquerda).

 

A talidomida dextrogira (ou enantiômero R) possui mesmo as atividades analgésicas e sedativas, sendo inofensivo o seu consumo.

 

No entanto, a talidomida levogira (ou enantiômero S) é teratogênico – do grego terás = monstro; gene = origem-, ou seja, provoca mutações graves no feto.

 

E o medicamento que foi amplamente receitado para as grávidas era uma mistura racêmica, o que significa que continha seus dois enantiômeros, em partes iguais.

 

Entretanto, mesmo a talidomida dextrogira, que inicialmente é inofensiva, não tem seu consumo indicado, pois ela sofre racemização no organismo, dando origem à forma levogira.

 

Um caso interessante: a molécula apresenta dois átomos de carbonos assimétricos iguais

Podemos observar isso na molécula de ácido tartárico (2,3-dihidróxibutanodioico):

 

molécula ácido tartárico

Os carbonos a e b apresentam o mesmo ângulo de desvio (6°) no plano de vibração da luz polarizada. Assim, temos as seguintes possibilidades:

carbonos ângulo desvio

 

O isômero meso é opticamente inativo devido a uma compensação interna, onde um carbono quiral anula o efeito do outro.

 

carbono quiral anula efeito

 

QUESTÕES ENEM

 

  1. 1. (ENEM 2018) As abelhas utilizam a sinalização química para distinguir a abelha-rainha de uma operária, sendo capazes de reconhecer diferenças entre moléculas. A rainha produz o sinalizador químico conhecido como ácido 9-hidroxidec-2-enoico, enquanto as abelhas-operárias produzem ácido 10-hidroxidec-2-enoico. Nós podemos distinguir as abelhas-operárias e rainhas por sua aparência, mas, entre si, elas usam essa sinalização química para perceber a diferença. Pode-se dizer que veem por meio da química.
LE COUTEUR, P.; BURRESON, J. Os botões de Napoleão: as 17 moléculas que mudaram a história. Rio de Janeiro: Jorge Zahar, 2006 (adaptado).

 

As moléculas dos sinalizadores químicos produzidas pelas abelhas rainha e operária possuem diferença na

  1. a) fórmula estrutural.
  2. b) fórmula molecular.
  3. c) identificação dos tipos de ligação.
  4. d) contagem do número de carbonos.
  5. e) identificação dos grupos funcionais.

 

  1. 2. (ENEM 2018) Pesquisas demonstram que nanodispositivos baseados em movimentos de dimensões atômicas, induzidos por luz, poderão ter aplicações em tecnologias futuras, substituindo micromotores, sem a necessidade de componentes mecânicos. Exemplo de movimento molecular induzido pela luz pode ser observado pela flexão de uma lâmina delgada de silício, ligado a um polímero de azobenzeno e a um material suporte, em dois comprimentos de onda, conforme ilustrado na figura. Com a aplicação de luz ocorrem reações reversíveis da cadeia do polímero, que promovem o movimento observado.

 

nanotecnologia moléculas

 

O fenômeno de movimento molecular, promovido pela incidência de luz, decorre do(a)

  1. a) movimento vibracional dos átomos, que leva ao encurtamento e à relaxação das ligações.
  2. b) isomerização das ligações sendo a forma cis do polímero mais compacta que a trans.   
  3. c) tautomerização das unidades monoméricas do polímero, que leva a um composto mais compacto.
  4. d) ressonância entre os elétrons do grupo azo e os do anel aromático que encurta as ligações duplas.   
  5. e) variação conformacional das ligações que resulta em estruturas com diferentes áreas de superfície.   

 

 

  1. 3. (ENEM PPL 2018) Na hidrogenação parcial de óleos vegetais, efetuada pelas indústrias alimentícias, ocorrem processos paralelos que conduzem à conversão das gorduras cis em trans. Diversos estudos têm sugerido uma relação direta entre os ácidos graxos trans e o aumento do risco de doenças vasculares.
RIBEIRO, A. P.B. et al. Interesterificação química: alternativa para obtenção de gordura zero e trans. Química Nova, n. 5, 2007 (adaptado).

 

 

Qual tipo de reação química a indústria alimentícia deve evitar para minimizar a obtenção desses subprodutos?

  1. a) Adição.
  2. b) Ácido-base.
  3. c) Substituição.
  4. d) Oxirredução.
  5. e) Isomerização.

 

  1. 4. (ENEM PPL 2018) Várias características e propriedades de moléculas orgânicas podem ser inferidas analisando sua fórmula estrutural. Na natureza, alguns compostos apresentam a mesma fórmula molecular e diferentes fórmulas estruturais. São os chamados isômeros, como ilustrado nas estruturas.

 

 

Entre as moléculas apresentadas, observa-se a ocorrência de isomeria

  1. a) ótica.
  2. b) de função.
  3. c) de cadeia.
  4. d) geométrica.
  5. e) de compensação.

 

  1. 5. (ENEM LIBRAS 2017) A figura representa a estrutura química do principal antiviral usado na pandemia de gripe antiviral usado na pandemia de gripe H1N1, que se iniciou em 2009.

isômeros mesma fórmula molecular

 

Qual é o número de enantiômeros possíveis para esse antiviral?

  1. a) 1
  2. b) 2
  3. c) 6
  4. d) 8
  5. e) 16

 

RESOLUÇÃO DAS QUESTÕES:

 

Resolução da questão 1: A

 

A diferença entre o ácido 9-hidroxidec-2-enoico e o ácido 10-hidroxidec-2-enoico está na posição do grupo hidroxila , ou seja, na fórmula estrutural.

Estas duas moléculas são isômeros de posição.

ácido 9-hidroxidec-2-enoico ácido 10-hidroxidec-2-enoico

 

Resolução da questão 2: B

 

O fenômeno de movimento molecular, promovido pela incidência de luz, decorre da isomerização das ligações  sendo a forma do polímero mais compacta do que a trans.

 

isomerização aumento energia

 

Resolução da questão 3: E

 

A indústria alimentícia deve evitar a isomerização, ou seja, a formação dos isômeros do tipo trans no processo de hidrogenação de óleos vegetais+  

 

Resolução da questão 4: A

 

Entre as moléculas apresentadas, observa-se a ocorrência de isomeria ótica devido à presença de carbono quiral ou assimétrico.

 

isomeria ótica carbono quiral assimétrico.

 

 

Resolução da questão 5: D

 

trêss carbonos quirais assimétricos

 

A molécula representada apresenta 3 carbonos quirais ou assimétricos (*):

 

(Número de enantiômeros) = 2 (Número de carbonos quirais) = 2³ = 8

 

 

Depois me conta aqui nos comentários quantas questões você acerto. Uma dica para a resolução de questões de isomeria no Enem é estudar principalmente a isomeria geométrica ou cis-trans.

 

 

Beijos,

Flávia

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