ISOMERIA •Isomeri costituzionali •Stereoisomeri •Importanza biologica della chiralità

ISOMERI Si definiscono isomeri composti con identica formula molecolare, ma diversa struttura (concatenazione degli atomi) o diversa configurazione // conformazione (disposizione degli atomi nello spazio) N.B. • formula molecolare indica quali e quanti atomi sono presenti nella molecola • formula di struttura indica in che modo questi atomi sono reciprocamente disposti Gli isomeri hanno quindi stesso peso molecolare, ma diverse caratteristiche chimico-fisiche

Di catena Es. CH3CH2CH2CH2CH3 CH3 Di posizione Es. CH3CH2CH2-OH CH3CHCH3 OH Di funzione Es. CH3CH2CH2-OH CH3CH2-OCH3 COSTITUZIONALE: Se gli isomeri differiscono per l’ordine con cui sono legati i loro atomi ISOMERIA: è il fenomeno per cui composti che hanno la stessa formula molecolare sono diversi CONFORMAZIONALE: gli isomeri sono convertibili l’uno nell’altro per semplice rotazione attorno a un legame CONFIGURAZIONALE: convertibili l’uno nell’altro per rottura e ricostruzione di un legame STEREOISOMERIA: gli isomeri hanno la stessa costituzione ma differiscono per la disposizione degli atomi nello spazio DIASTEREOMERI ENANTIOMERI

Isomeri costituzionali identica formula molecolare ma diversa struttura • Isomeri di catena • Isomeri di posizione • Isomeri di funzione

Isomeri costituzionali identica formula molecolare ma diversa struttura • Isomeri di catena Nel pentano C5H12 ci sono tre possibili combinazioni dello scheletro (3 isomeri di catena) H3C – CH – CH2 – CH3 H3C – CH2 – CH2 – CH2 – CH3 n-pentano p.e.=-36,1 °C | CH3 2-metilbutano p.e.=-28 °C CH3 | H3C – CH – CH3 2,2-dimetilpropano p.e.=-9,5 °C | CH3

Isomeri di posizione • Isomeri di funzione C4H9Cl CH2Cl-CH2-CH2-CH3 1-clorobutano CH3-CHCl-CH2-CH3 2-clorobutano • Isomeri di funzione CH3-CH2-OH e CH3-O-CH3 Etanolo dimetil etere p.e. 78,5 p.e.-23,6

STEREOISOMERI • Isomeri CONFORMAZIONALI • Isomeri CONFIGURAZIONALI composti con atomi reciprocamente legati nello stesso ordine e sequenza ma DISPOSTI NELLO SPAZIO in modo diverso. Identica formula molecolare,diversa configurazione / conformazione. • Isomeri CONFORMAZIONALI derivano dalla diversa disposizione degli atomi nello spazio correlata alla possibilità di rotazione intorno al legame semplice C-C possono interconvertire senza rottura di legami (con poca energia; temperatura ambiente); non sono fisicamente separabili • Isomeri CONFIGURAZIONALI si interconvertono solo per rottura e riformazione di legami covalenti. Sono fisicamente separabili.

Stereoisomeri Isomeri CONFORMAZIONALI CICLOESANO LA TENSIONE ANGOLARE IMPEDISCE A QUESTA MOLECOLA DI ESSERE PIANA. LA CONFORMAZIONE FAVORITA È QUELLA A SEDIA IN CUI TUTTI GLI ANGOLI C-C-C SONO DI 109,5° TUTTI GLI ATOMI DI IDROGENO CHE SI TROVANO SU ATOMI DI CARBONIO ADIACENTI SONO PERFETTAMENTE SFALSATI.

Stereoisomeri Isomeri CONFIGURAZIONALI Enantiomeri presenza nella molecola di un atomo CHIRALE sono immagini speculari non sovrapponibili

Cos’è un carbonio asimmetrico ? Si definisce asimmetrico un atomo di Carbonio legato a quattro sostituenti diversi questo è un carbonio asimmetrico C un carbonio asimmetrico è un carbonio chirale

La presenza di un atomo di carbonio asimmetrico rende le due molecole una l’immagine speculare dell’altra si definisce “chirale” una struttura o una molecola “che assomiglia ad una mano” la sua IMMAGINE SPECULARE NON E’ IDENTICA, NON E’ SOVRAPPONIBILE

Una molecola con un atomo asimmetrico esiste sotto forma di due STEREOISOMERI, che formano una COPPIA DI ENANTIOMERI

Il numero di isomeri dipende dal numero di carboni asimmetrici presenti nella molecola secondo la formula 2ndove n è il numero di carboni asimmetrici. Negli zuccheri esosi ci sono 4 carboni asimmetrici quindi 16 isomeri della serie D ed 8 della serie L Isomeri serie D

le due immagini speculari si indicano con la lettera D e L D gruppo OH a destra L gruppo OH a sinistra

Proprietà fisiche degli enantiomeri Gli enantiomeri hanno: proprietà fisiche identiche (p.ebollizione, p.fusione, solubilità ), tranne il senso di rotazione (+) o (-) del piano della luce polarizzata. proprietà chimiche identiche, con l’esclusione della interazione con reattivi otticamente attivi

Non esiste alcuna correlazione tra la configurazione degli enantiomeri e il senso in cui ruotano il piano della luce polarizzata Il D(-)Fruttosio viene chiamato anche levulosio, in quanto è un composto levogiro

Significato della chiralità nel mondo biologico • Quasi tutte le molecole organiche sono chirali. • Sebbene queste molecole possano esistere sotto forma di diversi stereoisomeri gli organismi usano un solo stereoisomero. Ad esempio usiamo solo il D glucosio e il D fruttosio

vi sono casi in cui più stereoisomeri esistono in natura, ma raramente essi si trovano insieme nello stesso sistema biologico Enantiomeri opposti infatti possono avere funzioni diverse (+) Limonene odora di arancia (-) Limonene odora di limone. D-(-)-Acido ascorbico Nessuna attività L (+)-Acido ascorbico

La Talidomide era usata per risolvere problemi di nausea e vomito durante la gravidanza. Purtroppo, diverse donne, in seguito alla sua assunzione, hanno dato alla luce bambini seriamente malati. Si e subito capito che questo grave problema era causato dalla tremenda differenza di attività tra i due enantiomeri mentre uno era effettivamente lenitivo del vomito e della nausea, la sua immagine speculare risultava altamente teratogena.