L'ISOMERIA IN CHIMICA ORGANICA

L'ISOMERIA IN CHIMICA ORGANICA L’isomeria in chimica organica è il fenomeno per cui due o più composti hanno la stessa formula molecolare, ma differiscono per come sono collegati gli atomi oppure per come sono disposti nello spazio. Questa differenza può cambiare punto di ebollizione, punto di fusione, densità, reattività e anche effetti biologici. 1) Grandi categorie dell’isomeria 1. Isomeria costituzionale, detta anche strutturale Stessa formula molecolare, ma cambia la connettività: cioè cambia quali atomi sono legati a quali. a) Isomeria di catena Cambia lo scheletro carbonioso: catena lineare o ramificata. Esempio: C4H10 può essere butano oppure 2-metilpropano. Effetti tipici: più ramificazione spesso significa punto di ebollizione più basso, perché la molecola è più compatta e ha minore superficie di contatto b) Isomeria di posizione Stesso gruppo funzionale, ma in posizione diversa lungo la catena. Esempio: C3H8O può essere 1-propanolo oppure 2-propanolo. c) Isomeria di funzione Stessa formula molecolare, ma cambia il gruppo funzionale. Esempio: C2H6O può essere un alcol come l’etanolo oppure un etere come il dimetil etere. Qui le proprietà cambiano molto, perché i gruppi funzionali determinano polarità, legami a idrogeno e reattività. d) Tautomeria È un caso particolare di isomeria strutturale in cui due forme sono in equilibrio e si trasformano l’una nell’altra, spesso tramite migrazione di un idrogeno e spostamento di un doppio legame. Esempio tipico: equilibrio cheto-enolico tra una forma carbonilica e una forma enolica. 2. Stereoisomeria Stessa formula e stessa connettività, ma diversa disposizione tridimensionale degli atomi. Si divide in due grandi gruppi: conformazionale e configurazionale. 2) Isomeria conformazionale Dipende dalla rotazione intorno a legami singoli. Non si rompono legami, si cambia solo la conformazione. Esempi: etano: conformazioni sfalsata e eclissata butano: conformazioni anti e gauche cicloesano: conformazione a sedia e a barca; posizioni assiale ed equatoriale In genere le diverse conformazioni si interconvertono facilmente a temperatura ambiente, anche se alcune sono molto più stabili di altre. 3) Isomeria configurazionale Per passare da un isomero all’altro non basta una semplice rotazione: occorre rompere e riformare legami oppure superare barriere energetiche molto alte. In condizioni normali gli isomeri possono essere isolabili. a) Isomeria geometrica negli alcheni e negli anelli Nasce dal fatto che il doppio legame carbonio-carbonio non ruota liberamente, e anche gli anelli limitano la rotazione. cis: sostituenti dalla stessa parte trans: sostituenti da parti opposte Quando cis e trans non sono sufficienti o non sono applicabili bene, si usa la nomenclatura E e Z basata sulle priorità dei sostituenti: Z significa che i sostituenti a priorità più alta sui due carboni del doppio legame stanno dalla stessa parte E significa che stanno da parti opposte b) Isomeria ottica e chiralità Una molecola è chirale se non è sovrapponibile alla sua immagine speculare. La chiralità è importantissima in chimica organica perché può cambiare completamente l’attività biologica. Enantiomeri Sono due stereoisomeri che sono immagini speculari non sovrapponibili. Caratteristiche principali: proprietà fisiche molto simili in ambiente achirale ruotano la luce polarizzata in versi opposti possono reagire in modo diverso in ambienti o sistemi biologici chirali, come enzimi e recettori Spesso l’origine è un carbonio stereogenico: un carbonio legato a quattro gruppi diversi. Diastereoisomeri Sono stereoisomeri che non sono immagini speculari. Caratteristiche principali: hanno proprietà fisiche e chimiche più diverse tra loro rispetto agli enantiomeri includono, per esempio, molte coppie cis e trans, oppure molecole con più centri stereogenici 4) Come riconoscere il tipo di isomeria in pratica Verifica se la formula molecolare è la stessa. Se cambiano i legami tra atomi, è isomeria costituzionale. Se i legami sono gli stessi ma cambia lo spazio, è stereoisomeria. Se basta ruotare legami singoli, è conformazionale. Se c’è un doppio legame o un anello, pensa a isomeria geometrica. Se c’è chiralità, pensa a enantiomeri e diastereoisomeri.