Tipos de Isómeros Constitucionais de Isómeros, Estereoisómeros, Enantiômeros, E Diastereomers
Como podemos saber se as moléculas são “relacionados”? E quando soubermos que são, como descobrimos que tipo de isómero são?, São isômeros constitucionais( mesma fórmula, conectividade diferente), estereoisômeros (mesma conectividade, arranjo diferente), enantiômeros (estereoisômeros que são imagens de espelho não superimposíveis) ou diastereômeros (estereoisômeros que não são imagens de espelho não superimposíveis.ou são iguais? :- ) Responder a todas estas perguntas … e muito mais!
Índice
- “Como estamos relacionados, novamente?”- How Isomers Are Like Family Members
- The Types Of Relationships Between Molecules
- How To Distinguish A Pair Of Non-Isomers vs., Um Par De Isómeros
- Tipos De Isómeros Constitucionais Isómeros Têm Diferentes Connectivites
- Tipos De Isómeros: Estereoisómeros Têm A Mesma Conectividade, Mas Um Diferente Arranjo De Seus Átomos No Espaço
- Stereogenic “Elementos” Em Estereoisómeros
- Tipos De Estereoisómeros: Enantiómeros vs. Não-Enantiómeros (uma.k.um. Diastereomers)
- o Que significa “Não-Superimposable Imagem de Espelho” isso Significa??,
- Propriedade Irmãos 13ª Temporada, Episódio 13: “o Senhor Voldemort E A Propriedade De Quiralidade”
- Enantiômeros Possuem Idênticas Propriedades Físicas, Exceto para Rotação Óptica
- “A Terceira Propriedade Irmão”: meso-Tartárico
- Somente Moléculas Quirais Podem Ter Enantiómeros
- Diastereomers São Estereoisómeros Que Não São Enantiómeros
- Diastereomers Têm Diferentes Propriedades Físicas
- Uma Maneira Rápida Para Dizer Se Dois Estereoisómeros São Diastereomers
- atente Para Enganar Perguntas!,resumo: tipos de isómeros notas como estamos relacionados de novo?”- How Isomers Are Like Family Members
a few weeks ago, at a family reunion in Ontario, I introduced my relatives to the joy of liquid nitrogen ice cream. Os meus primos estavam lá, tal como muitos dos seus filhos. Assim como alguns dos primos dos meus pais. Sendo uma reunião de família, eles convidaram seus filhos (adultos), que por sua vez trouxeram seus filhos. Quando lhes servi o sorvete, na neblina do vapor do nitrogênio líquido, perguntei – me: “Estes são meus primos em terceiro grau? Ou os meus primos em segundo grau?,”bolas, esqueci-me. Como é que esta coisa da prima funciona?
em Química Orgânica, podemos também encontrar-nos intrigados sobre questões como, “como estas duas (ou mais) moléculas estão relacionadas”? E muito parecido com a terminologia familiar, lembrando as distinções entre isômeros constitucionais, estereoisômeros, enantiômeros, e semelhantes pode ser uma luta no início.
neste post, tentamos mostrar como responder a perguntas como:
- São estas duas moléculas isômeros? (e o que são isômeros, afinal?,)
- São estes dois isômeros constitucionais ou estereoisômeros (e qual é a diferença?)
- São estes dois estereoisômeros enantiômeros ou diastereômeros (e o que isso significa?)
Felizmente a resposta para essas perguntas é muito clara, e eu espero que você vai descobrir que com a prática (e alguns exemplos vivos) são mais fáceis de lembrar do que o terço inteiro primo versus segunda-primo-uma vez removido coisa.,
os tipos de relações entre moléculas
uma molécula pode ser vários tipos de isómero ao mesmo tempo, dependendo de que molécula você está comparando-o.
para usar a analogia da nossa família: os Termos “irmão”, “irmã”, “mãe”, “filha” são palavras que descrevem relações entre (pelo menos) duas pessoas. Você pode ser uma filha( para sua mãe), uma irmã (para seu irmão), um primo (para sua tia & filhos de tios), e “não relacionado” (para mim) tudo ao mesmo tempo.,
perguntar se você é uma filha ou uma irmã não faz sentido sem o contexto de incluir a pessoa “a quem” você compartilha essa relação.
assim é com moléculas. Uma molécula pode ser um isômero constitucional, diastereômero, enantiômero, e mais (ou nenhum!), tudo ao mesmo tempo para moléculas diferentes, dependendo de que outra(s) molécula (s) você está comparando-o.
Há três distinções importantes para aprender, e vamos passar por elas cada vez.,
- Um determinado par de moléculas pode ser isómeros OU não-isómeros
- Um determinado par de isómeros pode ser isómeros constitucionais OU estereoisómeros
- Um determinado par de estereoisómeros pode ser enantiómeros OU diastereomers
(em provas especialmente, há sempre a possibilidade de que um “dado par de moléculas”, na verdade, é a mesma molécula, desenhada de forma diferente. Vamos cobrir essa possibilidade também).,
O fluxograma mapas como este:
Uma das principais diferenças entre as famílias e as moléculas:
por circunstâncias que vou deixar para o leitor a descobrir, é possível para alguém, simultaneamente, ser um pai e um irmão para o mesmo indivíduo.felizmente, não temos tais problemas em Química Orgânica.duas moléculas podem ser estereoisômeros um do outro, mas não podem ser estereoisômeros e isômeros constitucionais um do outro. As distinções são claras.
Como distinguir um par de não-isómeros vs., Um par de isómeros
isómeros são duas (ou mais) moléculas que partilham a mesma fórmula molecular.
para algumas fórmulas moleculares, não existem isómeros. Por exemplo, há apenas um isômero possível para CH4 (metano), C2H6 (etano) e propano (C3H8), e apenas dois são possíveis para C4H10 (2-metilpropano e n-butano).
Como o número de átomos de carbono aumenta, no entanto, o mesmo acontece com o número de isômeros possíveis. Para dodecano (C12H26), 355 isômeros são possíveis. E só sobe a partir daí!,apesar de partilharem as mesmas fórmulas moleculares, os isómeros podem ter propriedades físicas muito diferentes, tais como ponto de ebulição, Ponto de fusão e reactividade química.
tomar ciclo-hexano (B. P. 63 °C) e 1-hexeno (80 °C), ambos com a fórmula molecular C6H12. Por mais diferentes que sejam as suas propriedades físicas ou reactividades, a sua fórmula molecular comum torna-os isómeros um do outro.,
da Mesma forma, ácido propiónico e 1-hidroxi-2-propanona compartilhar a mesma fórmula molecular, C3H6O2, tornando-os isômeros um do outro (mas não de isómeros do ciclo-hexano ou do 1-hexeno, é claro!).
isto leva-nos à próxima pergunta. Digamos que duas moléculas são isômeros. Que tipo de isómero são?os isómeros
dividem-se perfeitamente em duas categorias: isómeros constitucionais (conectividade diferente) e estereoisómeros (mesma conectividade, arranjo diferente no espaço). O que significa isso?4., Tipos de isômeros: isômeros constitucionais têm Conectivites diferentes
isômeros constitucionais têm a mesma fórmula molecular, mas conectividades diferentes.as mesmas partes, mas dispostas de formas diferentes. Para tomar este exemplo oldie-but-goodie, mude uma cauda e uma perna e faça isocats:
isso é divertido, mas existe uma maneira mais rigorosa de pensar sobre conectividade?os isómeros constitucionais têm as mesmas fórmulas empíricas, mas os seus principais nomes IUPAC são diferentes.,
Por exemplo, estas 5 moléculas são todos isómeros constitucionais um do outro. Eles têm a mesma fórmula empírica (C6H12), mas conectividade diferente. Note como os nomes da IUPAC também são completamente diferentes.
Tipos De Isómeros: Estereoisómeros Têm A Mesma Conectividade, Mas Um Diferente Arranjo De Seus Átomos No Espaço
Há apenas uma maneira de se conectar C6H12 juntos para formar ciclo-hexano, e apenas uma forma de conectar-se a mesma átomos juntos para obter 1-hexeno.,
mas existem duas maneiras de conectar C6H12 para dar moléculas com os nomes 2-hexeno, e 3-metil-1-penteno! E quatro maneiras de ligar C6H12 para dar 1-etil-2-metilciclopropano!
(forma Rápida de identificar um bem treinado orgânico químico: pedir-lhes para desenhar 2-hexeno, e medir a rapidez leva a dizer, “que um”?).
Por exemplo: há duas maneiras de organizar os hidrogénios na ligação dupla de 2-hexeno; quando eles estão do mesmo lado, nós nos referimos a ele como cis (ou Z); no lado oposto, trans (E). .,uma vez que a rotação livre sobre a ligação dupla não é possível, estas são moléculas completamente distintas. Podem ser separados, colocados em frascos diferentes, deixados na prateleira durante anos, e nunca interconvert. Você pode comprar cis-2-hexeno (95%) de Aldrich, deixá-lo na sala de armazenamento por duas décadas, e nunca temer que ele se transformou na forma trans.que tipo de isómeros são estes? Não podemos chamá-los de isômero constitucional, uma vez que eles têm a mesma conectividade (ambos são 2-hexeno! ). Precisamos de outro nome., Uma vez que eles diferem no arranjo de seus grupos no espaço sobre a dupla ligação nós os chamamos estereoisômeros.
estereoisómeros também podem surgir de átomos de carbono tetraédricos que estão ligados a quatro substituintes diferentes (ou seja, um carbono” quiral “ou” assimétrico”) como em 3-metil-1-penteno. Existem 2 (e apenas 2!) diferentes maneiras de organizar quatro grupos diferentes em torno de um centro tetraédrico, o que dá origem a duas moléculas que compartilham a mesma conectividade, mas diferem no arranjo de seus átomos no espaço., Estas moléculas podem parecer iguais, mas na verdade são imagens espelho não superimposíveis (mais sobre isso alguns parágrafos abaixo).
Stereogenic “Elementos” Em Estereoisómeros
Uma ligação dupla capaz de cis/trans isomerism bem como um “assimétrica” átomo de carbono são às vezes chamados de “stereogenic elementos”, uma vez que cada uma dá origem a um par de estereoisómeros (E ou Z) ou (R ou S)
- Uma molécula que tem 2 stereogenic elementos pode dar origem a um máximo de (2 × 2) = 4 tipos diferentes de estereoisómeros. É o caso do 1-etil-2-metilciclopropano: (R,R), (S,S), (R,S) E (S, R).,
- uma molécula com 3 elementos estereogénicos pode dar origem a até (2 × 2 × 2) = 8 estereoisómeros diferentes.
- geralmente, uma molécula com elementos estereogênicos n pode ter até 2N estereoisômeros. (Provavelmente o exemplo mais louco conhecido em química é a palitoxina, que tem 64 centros quirais, 8 ligações duplas, e cerca de 1021 estereoisômeros possíveis. )
uma maneira rápida de dizer se duas moléculas são estereoisômeros é se elas têm o mesmo nome IUPAC núcleo, mas diferem em suas designações cis/trans, e/Z, ou (R)/(S).
7., Tipos de estereoisômeros: enantiômeros vs. Não-enantiômeros (a. k. a. Diastereômeros)
não estamos completamente acabados. Há uma distinção importante final a ser feita entre dois tipos diferentes de estereoisômeros.porquê?, Bem, para empurrar a nossa família analogia um pouco mais… vamos falar sobre os irmãos:
(sim, há uma terceira Propriedade, Irmão)
Estes três homens são todos irmãos, mas, claramente, há algo de especial sobre a relação entre dois dos três que merece sua própria categoria:
Isto não é diferente a distinção entre diastereomers (estereoisómeros que NÃO SÃO não-superimposable de imagens em espelho) e enantiómeros (estereoisómeros que não SÃO superimposable de imagens em espelho).,
o que significa” Imagem espelho não Superimposível”??
i will admit: the term “non-superimposable mirror images” seems to give people as much trouble as the” second cousin versus once-removed ” thing. Vamos tratar disto agora.
na analogia de nossa família (acima) nós fizemos ” irmãos que são gêmeos idênticos “análogos aos enantiômeros, e” irmãos que não são gêmeos idênticos ” análogos aos diastereômeros.
precisamos ajustar um pouco esta analogia.em Química Orgânica, duas moléculas que podem ser sobrepostas entre si, através da rotação de ligações (i.e., mudanças conformacionais) ou através da rotação da própria molécula, são consideradas como sendo a mesma molécula. em outras palavras, em Química Orgânica, moléculas que são “gêmeos idênticos” não são isômeros; elas são consideradas cópias idênticas da mesma molécula.
uma mol, afinal de contas, é 6.02 × 1023 moléculas idênticas, superimposíveis., E, assim como gêmeos idênticos, ainda são idênticos, se um está sentado em uma mesa procurando disponível imobiliário que está em sua faixa de preço, enquanto o outro está de pé em uma porcaria de cozinha gesticulando com as mãos, tentando mostrar como ele pode ser completamente remodelado para se ajustar ao seu orçamento, moléculas ainda são considerados “idêntico”, se acontecer a estar em diferentes conformações, desde que cada passagem através de pelo menos uma conformação em que são superimposable.,
Property Brothers Season 13, Episode 13: “Lord Voldemort And the Property Of Chirality”
NARRATOR: Our client, ” Lord Voldemort “said he was looking for a new evil lair with” good bones”, so we took him around town to look at some properties that FITT his list of” must haves ” and budget. Mais tarde naquela noite, depois de algumas bebidas, as coisas ficaram estranhas.,Ei rapazes, eu tenho uma nova propriedade que podem estar interessados em DREW e JON: Jesus! Que raio é isso? a propriedade de CHIRALITY! Racemundum suorum! ZAP! DREW e JON: Aaarrggh!!
um tem uma cicatriz sobre o olho esquerdo e o outro tem uma cicatriz sobre o direito. Nenhuma quantidade de torcer e virar no chão com dor pode torná-los superimposíveis agora.
eles tornaram-se” enantiômeros”: imagens espelho não superimposíveis.,
Uma vez que eles não são mais superimposíveis, em termos químicos eles não são mais os mesmos. Semelhante, Sim! Mas não a mesma molécula.o que mudou?
reagente de Voldemort
Antes de adicionarmos o reagente de Voldemort, cada gêmeo tinha um plano de simetria ao longo do meio de seu corpo de tal forma que as metades esquerda e direita eram idênticas. Mais. Agora a metade esquerda de cada gêmeo é diferente da metade direita. Chamamos a esta propriedade “assimetria”, ou “quiralidade”.
a introdução da cicatriz “quebrou a simetria” de cada gêmeo e introduziu a quiralidade.,
Com moléculas, a forma mais comum de transmitir a quiralidade é com um carbono rolamento 4 grupos diferentes, como no 4-metil-1-penteno, acima. Por esta razão, um carbono ligado a 4 grupos diferentes é chamado de centro quiral, ou”centro assimétrico”.
Existem dois (e apenas dois!) maneiras de organizar 4 substituintes diferentes em torno de um carbono tetraédrico. Então uma molécula com um único centro assimétrico existirá como um par de estereoisômeros., Para ser mais específico, existirá como um par de imagens espelho não superimposíveis: enantiômeros.
Enantiômeros Possuem Idênticas Propriedades Físicas, Exceto para Rotação Óptica
Anterior descrevemos Louis Pasteur de aventuras, com ácido tartárico, onde ele descobriu que um composto conhecido como “racêmica ácido” (do latim racemus = “cacho de uvas”) foi, de facto, uma igualdade de mistura de duas imagem de espelho formas de ácido tartárico.a separação destes dois isómeros foi um inferno sobre rodas, uma vez que têm solubilidades idênticas, pontos de fusão e outras propriedades físicas., Pasteur só foi capaz de realizá-lo através da observação de pequenas diferenças nas aparências de seus sais, e separou-os usando pinças e uma lupa.
A única Propriedade física que diferencia estes dois isômeros é que eles giram o plano da luz polarizada em direções iguais e opostas. com retrospectiva, agora conhecemos as estruturas destes dois isômeros do ácido tartárico, e usando as regras de Cahn-Ingold-Prelog, os denominaram (R, R) E (S,S) ácido tartárico.
estes dois isómeros são imagens espelhadas um do outro: imagens espelhadas não sobreponíveis.,
assim como com a colocação das cicatrizes de Voldemort, nenhuma quantidade de rotação de bond pode transformar uma configuração (R) em uma configuração (S), ou vice-versa.
Esta é uma pista importante na identificação de enantiômeros (e um que discutiremos mais em um post futuro):
enantiômeros sempre terão os mesmos nomes IUPAC, e completamente opostos (R/S) descritores.,
“A Terceira Propriedade Irmão”: meso-Tartárico
ácido Tartárico tem dois assimétrica de carbono centros, e dissemos anteriormente que uma molécula com dois centros assimétricos pode ter até 22 = 4 estereoisómeros. Se (2S, 3S) e (2R,3R) são dois estereoisômeros do ácido tartárico, então o que sobre (2R, 3S) e (2S, 3R) ácido tartárico? Estes também devem ser estereoisomers, certo?quando tiramos as estruturas de ácido tartárico (2R,3S) e ácido tartárico (2S,3R), no entanto, algo rapidamente se torna aparente.,embora sejam de facto imagens espelhadas umas das outras, são imagens espelhadas umas das outras da mesma forma que os nossos gémeos (pré-Voldemort) idênticos são imagens espelhadas umas das outras:
são imagens espelhadas sobreponíveis, e, portanto, são consideradas moléculas idênticas.
Portanto, (2R, 3S)-tartárico e ácido (2S, 3R)-tartárico não são enantiômeros. Eles são na verdade duas maneiras diferentes de descrever a mesma molécula, e o ácido tartárico tem apenas três estereoisômeros em geral.espera., Como é que uma molécula pode ter centros quirais mas não ter um enantiómero?12. Apenas moléculas quirais podem ter enantiômeros
da mesma forma que o nosso irmão (pré-Voldemort) propriedade tinha (quiral) orelhas esquerda e direita, mas era achiral em geral devido ao plano interno do espelho. Apenas moléculas quirais podem ter enantiômeros.
uma molécula com um plano de espelho interno – um plano de simetria – é quiral e não terá um enantiómero.
da mesma forma, o ácido tartárico (2R, 3S) tem centros quirais, mas possui um plano espelho interno., O centro quiral com a configuração S é a imagem espelho do centro quiral com a configuração R, e os outros substituintes são dispostos simetricamente.este estereoisómero do ácido tartárico era conhecido por Pasteur, uma vez que podia ser facilmente separado do ácido tartárico “racémico” devido às suas diferentes propriedades físicas (solubilidade). Uma vez que sua rotação específica (0°) estava no “meio” (meso = “meio” em grego) entre levo ( – ) e dextro ( + ) ácido tartárico, foi dado o nome de ácido meso-tartárico.,sabendo o que fazemos agora, faz sentido que o ácido meso-tartárico tenha uma rotação específica de 0°, uma vez que apenas as moléculas quirais rodam o plano da luz polarizada, e o ácido meso-tartárico é achiral.
o nome “meso” foi adotado de forma mais geral. Um “composto meso” é uma molécula que tem centros quirais, mas é achiral em geral devido à presença de um plano espelho interno.
é por isso que o qualificador “até 22 estereoisómeros” foi usado., Uma molécula com 2 estereocentros pode ter ” até ” 4 estereoisômeros, mas pode ter menos de 4 se uma forma meso está presente.o ácido meso-tartárico é como o irmão da terceira propriedade: “aquele que não é um gêmeo”.os diastereómeros são estereoisómeros que não são enantiómeros
portanto, se o ácido (2R, 3R)-tartárico e o ácido (2S, 3S)-tartárico são enantiómeros, como descrevemos a relação entre cada uma destas moléculas e o ácido meso-tartárico?em Química Orgânica, chamamos “estereoisômeros que não são enantiômeros”, diastereômeros.,
meso-tartárico é um diastereomer de ambos (2R,3R)-tartárico e ácido (2S, 3S)-tartárico:
Outros exemplos de “diastereomers” incluem:
- ligação dupla isómeros (E/Z)
- cis–trans isômeros
- estereoisómeros de moléculas com múltiplos centros quirais que têm a mesma configuração em (pelo menos) um carbono
14., Os diastereómeros têm propriedades físicas diferentes
tal como Pasteur encontrou ácido meso-tartárico relativamente fácil de separar do ácido “racémico”-tartárico, os diastereómeros têm propriedades físicas diferentes (por exemplo, Ponto de ebulição, Ponto de fusão, solubilidades, etc.).
15. Uma Maneira Rápida Para Dizer Se Dois Estereoisómeros São Diastereomers
Uma maneira rápida para dizer se dois estereoisómeros são diastereomers:
- se dois estereoisómeros diferem em cis/trans ou E/Z descritores (e.g., o cis-2-hexeno e trans-2-hexeno)
- se eles tem pelo menos um idêntico R/S descritor (como em (2S,3S)-Tartárico e (2R, 3S)-Tartárico (se todos os R/S descritores são os mesmos, eles têm que diferir, de alguma forma, no cis/trans ou E/Z orientação a ser diastereomers; caso contrário, eles são a mesma molécula!)
16. Cuidado Com As Perguntas Traiçoeiras!último exemplo, prometo.tome as duas moléculas abaixo. São isómeros? Em caso afirmativo, que tipo de isómero são?,
a maneira mais rápida que eu sei para responder a esta pergunta é tentar nomear ambos.
Quando fazemos isso, descobrimos que:
- a molécula da esquerda é E-(2R, 5R)-5-cloro-hex-3-en-2-ol
- a molécula em que o direito é E-(2R, 5R)-5-cloro-hex-3-en-2-ol
Então, como eles estão relacionados?não são isómeros constitucionais (mesma conectividade!)
- mas também não são estereoisómeros (mesmos descritores E/Z e R / s !)
portanto … eles são os mesmos!, (Na verdade, eles são diferentes conformações da mesma molécula, e nós fazemos a suposição de que todas as conformações da mesma molécula são interconvertíveis, a menos que seja dito o contrário. ) Ver nota de rodapé.
17. Resumo: tipos de isômeros
este tem sido um post longo, mas esperançosamente abrangente e esclarecedor sobre os tipos de isômeros.
na próxima prestação aprenderemos uma técnica que – com a prática-lhe permitirá determinar rapidamente se as moléculas são enantiômeros, diastereômeros, ou o mesmo.Obrigado novamente ao Matt por co-autoria., Pergunte ao Matt sobre agendar uma sessão de explicações online aqui.
notas
Nota de rodapé – atropisômeros
geralmente fazemos a suposição de que os isômeros conformacionais interconvertem rapidamente na escala de tempo necessária para medir a rotação óptica.
Por exemplo, as duas formas de cadeira de cis-1,2-dimetilciclo-hexano são na verdade enantiômeros, mas como eles interconvertem tão rapidamente à temperatura ambiente, eles são tratados como se fossem os mesmos.,
isto está geralmente além do escopo da química orgânica introdutória, mas há certos casos em que esta suposição não é válida.um exemplo proeminente é 1,1-bi-2-naftol (também conhecido por BINOL).
Conformer a (Extremo Esquerdo) não pode converter-se em conformer B (Extremo Direito) sem passar por uma conformação onde os dois anéis são coplanar (médio), e os dois hidrogénios em cada carbono (carbono 8) batem uns nos outros., Isto apresenta uma barreira grande o suficiente para a rotação que cada uma destas duas conformações é “presa” em seu próprio estado à temperatura ambiente e não interconverter.
estas duas conformações são imagens espelhadas não sobreponíveis umas das outras da mesma forma que um parafuso canhoto e destro são imagens espelhadas não sobreponíveis umas das outras. Dizem que têm um “eixo de quiralidade”.
a barreira entre os dois conformadores é suficientemente grande para que o conformador a e o conformador B possam ser resolvidos (separados) e colocados em frascos diferentes.,
Este caso especial de conformadores isoláveis é chamado de “atropisomerismo”.