Isomeri isomeri di struttura stereoisomeri

Isomeria Per isomeria si intende il fenomeno che si presenta quando 2 o più sostanze hanno la stessa formula grezza ( o molecolare) quindi la medesima composizione chimica, ma differiscono nella formula di struttura o nella disposizione spaziale dei vari atomi. Questi composti hanno differente comportamento fisico e chimico Esistono due tipi di isomeria: isomeria di struttura stereoisomeria

L’isomeria di struttura comprende 3 casi: isomeria di catena isomeria di posizione isomeria del gruppo funzionale

Isomeria di catena Gli isomeri differiscono per il modo in cui gli atomi di carbonio sono legati tra loro Esempio: C4H10 n-butano catena lineare iso-butano catena ramificata

Isomeria di posizione I composti con la stessa formula molecolare presentano il gruppo funzionale legato ad atomi di carbonio diversi Esempio: 1-amminopropano 2-amminopropano

Isomeria di gruppo funzionale I composti con la stessa formula molecolare differiscono nella struttura del gruppo funzionale Esempio: C4H10O CH3-CH2-CH2-CH2-OH alcol CH3-CH2-O-CH2-CH3 etere

La stereoisomeria (da stereos=spaziale, tridimensionale) Si definiscono stereoisomeri due composti che presentano la stessa formula molecolare e la stessa sequenza di legami tra gli atomi, ma diversa disposizione nello spazio di alcuni atomi o gruppi di atomi Si distinguono due tipi di stereoisomeri: Stereoisomeria geometrica Stereoisomeria ottica

Isomeria geometrica L’isomeria geometrica è presente in tutti quei composti in cui è impedita la libera rotazione dei gruppi atomici attorno a un legame tra due atomi di carbonio Esempi Composti a catena chiusa: cicloesano Composti con doppi legami: alcheni e alchini ( isomeri cis e trans)

Isomeria geometrica (cis-trans) Nelle molecole a struttura ciclica, l’impedimento alla libera rotazione intorno ai legami C-C è rappresentato dalla rigidità del piano molecolare Un esempio è dato dal 1,2-diclorocicloesano che può esistere nelle due forme isomere cis e trans

Nelle molecole nelle quali è presente un legame doppio tra carbonio C=C (σ e π), la libera rotazione intorno al doppio legame è impedita dal legame π che irrigidisce la struttura Esempio : 1,2 dicloroetene Come isomero cis si indica quello in cui i due atomi di cloro risultano posti dalla stessa parte rispetto al piano ideale in cui è posto il doppio legame Come isomero trans si indica quello in cui i due atomi di cloro risultano situati da parti opposte rispetto allo stesso piano

Oggetti chirali Se osserviamo allo specchio la mano destra, l’immagine che vediamo corrisponde alla mano sinistra L’immagine speculare di una mano è diversa dalla mano che si specchia Questa particolarità è dovuta all’assenza di piani di simmetria Tutti gli oggetti che mancano di un piano di simmetria ( piedi , mani, viti, conchiglie, eliche) vengono chiamati chirali, ovvero distinguibili dalla loro immagine speculare e non sovrapponibili alla propria immagine speculare

Oggetti chirali e achirali

Oggetti achirali Sono achirali tutti gli oggetti che presentano un piano di simmetria, perché sono sovrapponibili alla loro immagine speculare tramite traslazioni e rotazioni Sono esempi: una palla, un cubo, i calzini, una matita Quello che vale per gli oggetti macroscopici, vale anche per le molecole Il metano CH4, ad esempio, con la sua struttura tetraedrica è una molecola achirale, perché sovrapponibile alla sua immagine riflessa Se gli H vengono sostituiti da elementi diversi la molecola risulta chirale Esempio : gli amminoacidi

Isomeria ottica E’ presente nei composti in cui un atomo di carbonio ibridato sp3( 4 legami б) è legato a quattro atomi o gruppi di atomi tutti diversi tra loro Un atomo di C che lega 4 atomi o gruppi differenti è un atomo di C asimmetrico, meglio definito C chirale ( dal greco khéir, mano) o stereocentro Una molecola che contiene un carbonio chirale è detta per estensione molecola chirale La molecola chirale non si sovrappone alla sua immagine speculare ( come la mano dx con la sx)

Carbonio chirale

Molecole chirali e achirali

Un composto chirale esiste in due forme diverse che non possono sovrapporsi né per traslazione né per rotazione Gli isomeri ottici che sono immagini speculari l’uno dell’altro sono detti enantiomeri (dal greco enàntios, «opposto», e méros, «parte» Gli enantiomeri hanno la stessa formula di struttura, le stesse proprietà fisiche, ma differiscono nel modo di interagire con la luce polarizzata

Proprietà degli enantiomeri le proprietà uguali sono: punto di fusione, punto di ebollizione, densità, solubilità, reattività la proprietà diversa è invece la capacità di far ruotare il piano della luce polarizzata di uno stesso angolo, ma in direzione opposta

Polarizzazione della luce

Le molecole chirali sono molecole otticamente attive in quanto i loro enantiomeri fanno ruotare la direzione del piano della luce polarizzata di due angoli uguali, ma in senso opposto E’ detta molecola destrogira, indicata con R( dal latino rectus) o (+), una molecola che fa ruotare la direzione della luce polarizzata in senso orario E’ detta molecola levogira, indicata con S( dal latino sinister) o (-), una molecola che fa ruotare la direzione della luce polarizzata in senso antiorario

Per gli zuccheri ed altre molecole di interesse biochimico, non si fa uso dei prefissi (R) e (S). La distinzione in nomenclatura viene fatta assegnando i prefissi D e L a seconda che i sostituenti legati all’atomo di carbonio asimmetrico più distante da quello che lega il gruppo carbonilico abbiano disposizione simile a quella della L-gliceraldeide o a quella della D- gliceraldeide

Gli enantiomeri dell’acido lattico

La rotazione di due enantiomeri è uguale , ma di segno opposto Esempio : acido lattico acido (-) lattico -5,7° acido(+) lattico +5,7° Una miscela racemica o racemo è un miscuglio composto da due enantiomeri in uguale quantità e no presenta attività ottica

L’interesse pratico degli isomeri ottici risiede nel fatto che spesso essi hanno attività biologica diverse In generale la specificità di molte reazioni biochimiche si basa sulla capacità di un reagente di discriminare tra due enantiomeri Questa proprietà è tipica degli enzimi

L’enantiomero (+) del limonene ha il profumo delle arance, mentre l’enantiomero (-) ha il profumo dei limoni