7/28/2019 izomer 3

1/9

LECTIA 1

Ce inseamna izomeria

Niste cunostiinte minime de limba greaca (isos = aceleasi,

meros=parti) si putina imaginatie te ajuta sa intelegi destul de

repede despre ce este vorba in acest capitol, in cazul in care

intalnesti termenul pentru prima oara in chimia organica ( putin

probabil, din moment ce se presupune ca ai trecut de clasa a X-

a !). Aceasta noua ramura de studiu se datoreaza existentei unei

multitudini de compusi ce au aceeasi formula moleculara, dar odispunere diferita a atomilor in molecula.

Principalele tipuri de izomeri sunt scrise mai jos (fig.5)

Exemple si explicatii:

I. Izomeri de constitutie

I.1. Izomeri de catena

- primul tip de izomeri pe care ii inveti la organica, cand faci alcanii

- o sa dau cel mai des intalnit (si plictisitor) exemplu:

izo-butan si n-butan

I.2. Izomeri de pozitie

- studiati prima oara la alchene

- se refera la pozitia dublei sau triplei legaturi a doi atomi de carbon, la

pozitie unei grupe functionale sau la derivatii orto, meta, para- EX: 1-butena si 2-butena

1-propanol si 2-propanol

I.3. Izomeri de functiune

7/28/2019 izomer 3

2/9

- EX: alcool-eter; acid-ester; aminoacizi-nitroderivati

- un caz particular il reprezinta tautomeria (substantele tautomere sunt

acelea care se deosebesc prin pozitia unei duble legaturi si a unui atom de

hidrogen)

*echilibre tautomere:

ceto-enolica (se cunoaste de la alchine)

lactam-lactima

imina-enamina(vezi compusi organici cu azot): -N=C-CH- -NH-C-

CH=CH-

nitro-acinitro

oxo-ciclica

I.4. Izomeri de compensatie

- corespund asezarii diferite a atomilor in aceeasi grupa functionala iar

ca exemple avem esterii, eterii si aminele

II. Stereoizomeri

= compusi organici care au aceeasi constitutie chimica, dar care se

deosebesc prin aranjarea spatiala a atomilor constituenti

II.1. Conformatia

In primul rand e bine de stiut ca termenul conformatie inseamna

aranjarea temporara in spatiu a atomilor sau a grupelor de atomi

din molecula, ca urmare a rotairii releativ libere in jurul legaturii

simple C-C.=> in principiu vorbim despre alcani.

Principalele conformatii sunt:

- eclipsata

- intercalata

7/28/2019 izomer 3

3/9

Desi reprezinta un capitol interesant, nu este obiectul acestei

lectii (sa ne reamintim ca proiectul meu se numeste Izomeria

optica ), deci nu voi insista mai mult.

II.2. Configuratia

Configuratia reprezinta asezarea stabila in spatiu a atomilor sau

grupelor de atomi, in raport cu un element geometric fix: centru,

axa, plan, elice. Schimbarea configuratiei se face prin ruperi si

refaceri de legaturi chimice.

In aceasta categorie, se incadreaza enantiomerii si

diastereoizomerii, despre care vom discuta in lectiile urmatoare.

LECTIA 2

Enantiomerii

In majoritatea manualelor de chimie organica, se poate gasi urmatoarea definitie:

Stereoizomerii care au un atom de carbon asimetric si care se prezinta ca obiect si

imaginea sa in oglinda nesuperpozabile se numesc enantiomeri, urmata apoi de o

observatie si mai edificatoare: Enantiomerii sunt substante optic active (antipozi

optici) si difera prin modul cum interactioneaza cu lumina polarizata. In mod

evident, este aproape imposibil pentru un elev sa inteleaga ce inseamna cu

adevarat notiunea de enantiomer.

O sa incerc sa explic altfel.

Iti reamintesc ca in orice compus organic saturat (care contine numai legaturi

simple, cum ar fi metanul CH) carbonul are fix 4 substituenti pentru ca prin natura

sa, poate forma (aproape intotdeauna) numai 4 legaturi covalente:

7/28/2019 izomer 3

4/9

Cele 2 imagini reprezinta metanul, prima fiind o reprezentare plana, iar a doua o

reprezentare in spatiu, apropiata de adevarata structura a metanului. De asemenea,

poti observa ca daca unesti cu niste muchii imaginare substituentii intre ei (sferele

gri), obtinem un tetraedru.

In imaginea de mai sus, observi acelasi tetraedru, cu diferenta esentiala data de

prezenta unor substituenti diferiti. In exemplul dat, acestia sunt -CH, -COH,

-NH si H, insa, de data aceasta nu ne intereseaza nici ce sunt, nici cum se

numeste compusul, ci ne priveste numai faptul ca sunt diferiti doi cate doi. Astfel,

este suficient sa ii identificam prin culori: R(rosu), G(gri), A(alb) si B(albastru) si

prin indicele care face trimitere la tetraedrul care il contine(1 sau 2).

Dar de ce sunt 2 tetraedre?

La o prima privire, ele par identice; sa incercam totusi sa ne uitam putin mai atent.

In general, daca privim 2 obiecte, spunem ca ele sunt identice daca prinsuprapunerea lor mintala se va obtine unul si acelasi obiect (gandeste-te la 2

rachete de tenis, spre exemplu). Daca avem insa in minte imaginea mainii stangi si

imaginea mainii drepte, nu vom putea gasi niciodata o modalitate de realiza aceasta

suprapunere.

Revenind, se poate observa ca toate incercarile de a suprapune mintal cele 2

tetraedre nu au succes. (Cand suprapui R1 peste R2 si A1 peste A2, B1 se va

suprapune automat peste G2 si G1 peste B2 )

Concluzia e imediata: cele 2 tetraedre nu sunt identice. Dar stabilisem inainte ca

tetraedrul semnifica de fapt un compus organic ( cu conventiile de mai sus);

Deci am obtinut 2 compusi cu aceeasi formula moleculara, cu atomii legati la fel

intre ei, insa cu o dispunere diferita in spatiu (daca iti mai aduci aminte, este exact

definitia stereoizomerilor, data in lectia 1). Daca la aceasta mai adaugam si

7/28/2019 izomer 3

5/9

observatia ca izomerii sunt in relatie de tip obiect-imaginea sa in oglinda (e simplu

de observat), obtinem definitia complicata de la inceputul lectiei. Deci, prin

conventie, acest tip de izomeri poarta numele de enantiomeri. Pentru ca definitia

sa fie completa este necesar sa mai adaug ca, in mod obligatoriu, un compus

organic poate avea un enantiomer doar daca nu prezinta simetrie.

Daca nu ai vederea in spatiu bine pusa la punct, pentru a reusi sa intelegi

fenomenul, incearca sa iti construiesti din betisoare cele 2 tetraedre si o sa te

convingi ca nu le poti suprapune perfect in niciun fel.

LECTIA 3

Chiralitate.Centre chirale

Anterior am aflat ca un enantiomer prezinta un atom de carbon cu 4 substituenti

diferiti.

Acest tip de atom de carbon poarta numele de carbon asimetric (denumirea a fost

introdusa inca din 1874 de vant Hoff si le Bell).

Incepand de acum, in loc de expresia proprietatea unui obiect de a nu se

suprapune peste imaginea sa din oglinda vom folosi termenul chiralitate. Desi

suna foarte ciudat, face referire la aceeasi proprietate. (Cuvantul a fost inspirat de

relatia dintre mana stanga si mana dreapta cheirinseamna mana inlimba greaca).

Despre obiectele care nu prezinta chiralitate spunem ca sunt achirale.

Iata cateva exemple :

- mana este chirala

- un pantof este chiral

- un cub este achiral

- o molecula de CH este achirala

7/28/2019 izomer 3

6/9

- o molecula de CHCl este achirala

- o molecula de CHCl este achirala

- o molecula de CHClF este chirala

Toate moleculele de mai sus se pot reduce la tetraedrele din lectia anterioara. Poti

reveni la aceldesen, pentru a intelege de ce anumite molecule prezinta chilaritate

si altele nu.

Putem trage concluzia ca chiralitatea moleculara in cazurile analizate pana acum

este data de prezenta in molecula a unui atom de carbon asimetric, ce va purta

numele de centru chiral(prezenta centrului chiral este o conditie necesara, insa nu

si suficienta-vedem imediat despre ce e vorba).

Sperand ca v-ati familiarizat cu notiunile noi, va propun sa le aplicam pe niste

molecule ceva mai complicate pe care le vom reprezenta prin formule de proiectie

Fischer(reprezentarea moleculei in plan).

Ex : 2-bromobutan

Ce se intampla insa cand avem 2 centre chirale?

Sa luam exemplul acidului 2,3 dihidroxobutanoic. (Deseneaza-i tu formula de

proiectie Fischer, cu gruparile OH de aceeasi parte a planului)

Dupa cum cred ca ai observat deja, molecula are 2 centre chirale, carbonul 2 si

carbonul 3.

Dar daca am inversa pozitiile unei grupari OH cu un H atasat aceluiasi atom de

carbon, am obtine inca o pereche de enantiomeri, diferita de prima :

Am obtinut in total 4 stereoizomeri; (1) si (2), (3)si (4) sunt enantiomeri, insaperechile (1) si (3), (1) si (4), (2) si (3), (2) si (4) nu mai pot fi numiti enantiomeri

pentru ca nu reprezinta imaginea celuilalt in oglinda .

Perechile de aceste tip, se numesc in schimb diastereoizomeri.

Sa vedem o alta molecula:

http://opt/scribd/conversion/tmp/scratch6341/Desen.htmhttp://opt/scribd/conversion/tmp/scratch6341/Desen.htm

7/28/2019 izomer 3

7/9

Insa observam ca cealalta pereche e formata din 2 compusi identici, datorita

simetriei!

Si pentru molecule de tipul acesta (cu centre chirale, dar care nu prezinta

chiralitate), chimistii au inventat (evident!) o denumire : mezoforma.

Numarul total de stereoizomeri obtinuti este 3, de data aceasta.

In mod evident, o molecula poate avea n centre chirale. Te provoc sa determini

numarul maxim de stereoizomeri al unui compus organic cu n centre chirale! (Nu

este chiar asa de greu; in felul asta o sa iti dai seama daca ai inteles ceva pana

acum; daca nu reusesti sa determini formula generala si totusi esti ros de

curiozitate -putin probabil- poti deschide primul manual de chimie de clasa a XI-a

care iti pica in mana si o gasesti sigur scrisa acolo.)

LECTIA 4

Proprietatile fizice si chimice ale enantiomerilor

Deosebit de interesant este faptul ca enantiomerii moleculelor chirale au

proprietatile fizice si chimice practic identice in prezenta de reactivi chimici sau

factori fizici achirali (adica au punctul de fierbere, de topire, solubilitatea,

densitatea perfect identice). Ei se diferentiaza insa in prezenta factorilor chimici

chirali (solventi chirali,catalizatori chirali etc) cu care unul dintre enantiomeri

reactioneaza mai repede sau in prezenta unui factor fizic chiral.

Factor fizic chiralsuna cel putin bizar, si totusi nu e o aberatie. Un exemplu de

astfel de factor este lumina, insa nu orice fel de lumina, ci numai ceapolarizata.

Te intrebi probabil ce-i aia

O sa incerc sa iti explic cat mai succint, ca sa nu intru prea mult in detalii legate de

fizica.

7/28/2019 izomer 3

8/9

Lumina naturala este de fapt o oscilatie electromagnetica transversala, in care

vectorul electric oscileaza perpendicular pe directia de propagare a razei, iar

vectorul magnetic oscileza perpendicular pe planul determinat de vectorul electric

si de directia de propagare. Cred ca desenul este destul de clar (fig.6)

In lumina naturala, vectorul electric poate oscila intr-o infinitate de directii. La

lumina plan sau liniar polarizata, vectorul electric (deci si cel magnetic) oscileaza

intr-un singur plan, numit plan de polarizare. Lumina plan-polarizata nu poate fi

deosebita de cea naturala de ochiul uman; cert este ca ea exista si ca ia parte la

multe fenomene interesante.

Sa ne intoarcem la enantiomeri

Metoda cea mai caracteristica pentru studiul substantelor chirale este metoda

chiroptica bazata pe studiul efectelor interactiei unei radiatii luminoase(chirale)

asupra substantei, ducand la fenomenul numit activitate optica. Astfel, daca se

trece lumina plan-polarizata printr-o substanta chirala, se poate observa, in mod

surprinzator ca planul luminii polarizate este rotit cu un numar de grade specific,

ce depinde de grosimea stratului de substanta si de concentratie.

De asemenea, intr-o pereche de enantiomeri, unul roteste planul luminii spre

dreapta si este numit dextrogir(+), iar celalalt il roteste spre stanga cu acelasi

numar de grade(levogir (-)).

CONCLUZIE : Una dintre diferentele a doi enantiomeri este data desensulin care

rotesc planul luminii polarizate.

Pe final de lectie, iti propun un mic exercitiu de imaginatie :

Daca o proba contine cantitati egale din 2 substante aflate in relatie de

enantiomerie, ce se va intampla cu planul luminii polarizate trecute prin proba?(Incearca sa te gandesti singur, inainte de a citi raspunsul.)

Evident, nu se va intampla nimic; unghiul nu se va modifica, intrucat efectele

enantiomerilor se anuleaza reciproc.

7/28/2019 izomer 3

9/9

Acest tip de amestec poarta numele de amestec racemic.

Cu aceasta lectie am parcurs tot capitolul Izomerie optica ; astfel, acum esti

cat se poate de pregatit sa rezolvi toate problemele plictisitoare din manual! Daca

totusi vrei sa afli niste lucruri mai interesante, poti continua sa citesti niste tratate

adevarate de chimie organica. Iti recomand cu prietenie, Chimie organica de

Margareta Avram.

Surse :

Chimie organica Margareta Avram

Chimie organica- Paraschiva Arsene, Cecilia Marinescu

Probleme de chimie organica Daniela Bogdan, Ion Baciu

Manual pentru clasa a XI-a, filiera teoretica, profil real, Chimie Ion Baciu,

Daniela Bogdan, Stefan Tomas