Isomeria Espacial Óptica

A isomeria espacial óptica é aquela que apresenta um carbono com quatro ligantes diferentes entre si. Para este carbono damos o nome de assimétrico ou Quiral. Está identificado com um asterisco (*).

 

Quiralidade

Quando falamos em moléculas com imagens especulares não superponíveis (enantiômeros), falamos em termos de quiralidade. Um objeto quiral é aquele que possui a propriedade de "lateralidade", ou seja, é um objeto que não pode ser colocado sobre a sua imagem especular de forma que todas as partes coincidam. Em outras palavras, um objeto quiral não é superponível à sua imagem especular. O exemplo mais comum é cada uma das nossas mãos, que guardam a relação de imagem especular entre si (esquerda e direita), mas não podem ser sobrepostas. A mão é, portanto, um objeto quiral.

A quiralidade tem uma importância muito grande no dia-a-dia. Muitos medicamentos são quirais. Normalmente, apenas uma forma de imagem especular de uma droga fornece o efeito desejado. A outra forma de imagem especular é geralmente inativa, menos ativa, ou mesmo nociva à saúde, provocando efeitos colaterais sérios ou toxicidade.  

O polarímetro e a Luz polarizada

Uma das propriedades características de moléculas quirais é a capacidade de desviar o plano de propagação da luz polarizada. O aparelho utilizado para medir esse desvio é o polarímetro.

 Aparelho polarímetro: análise de uma amostra dextrogira. 

1. Substâncias que desviam a luz polarizada para a direita chamam-se dextrógira (do latim dexter, direito), e nesse caso utiliza-se o símbolo (+) antes do nome do composto. 
2. Substâncias que desviam a luz polarizada para a esquerda chamam-se levógira (do latim laevus, esquerda) , e nesse caso utiliza-se o símbolo (-)  antes do nome do composto.
3. Um composto que não desvia o plano de luz polarizada é considerado opticamente inativo, e um que desvia é opticamente ativo.

Estereoisômeros com 1 carbono Assimétrico

Toda substância que apresenta um carbono assimétrico, ou seja, quatro grupos ligados a um carbono sp³  e possuem dois isômeros espaciais: um dextrógiro e um levógiro.

Enantiomorfos, Antípodas ópticos: são compostos que são imagens especulares um do outro, ou seja não são superponíveis, desviam a luz polarizada de um mesmo ângulo (ativos), só que para lados opostos.

 

 

Exemplo: ácido lático ou ácido 2-hidróxi-propanóico

Observe que há quatro grupos diferentes nesta molécula: H, CH3, OH, COOH.
Se pudéssemos colocar um espelho na frente da molécula do ácido lático, visualizaremos a seguinte molécula:

O ácido lático recebe o nome D e a sua imagem especular (imagem do espelho), o nome L.

Então as duas moléculas de ácido lático desviam a luz plano polarizada porém uma para um lado e a outra para o outro.

Ambos provocam o mesmo desvio angular, porém em sentidos opostos. Ao olharmos estas duas estruturas vemos que são quimicamente e fisicamente iguais, mas fisiologicamente são diferentes. 

Como se faz a distinção entre elas? Como se tratam de isômeros opticamente ativos, usamos a classificação dextrogiro e levogiro. As letras “d e l” são usadas na nomenclatura:

• Ácido levoláctico → ácido l-láctico ou ácido (-) lático: presente na fermentação de açúcares.
• Ácido dextroláctico → ácido d-láctico ou ácido (+) lático: presente nos músculos. 

Os dois isômeros de ácido lático podem ser chamado de par de enantiomorfos ou antípodas ópticos.

Substâncias com dois átomos de carbono assimétricos diferentes

Existem algumas moléculas que possuem diversos carbonos assimétricos ou quirais. Teremos quatro moléculas espacialmente diferentes: duas dextrógiras e duas levógiras.
Veja o exemplo do ácido α-hidróxi-β-metil-succínico:

Nesta substância, temos dois carbonos assimétricos e diferentes entre si.
Este composto apresenta quatro isômeros opticamente ativos e distintos entre si, que podem ser representados desta forma:

A diferença entre os quatro compostos é indicada pelas posições dos grupos OH e CH3, que as vezes estão na esquerda e outra vez à direita da fórmula.

1. Os isômeros A e B são antípodas ópticos, sendo que um é dextrógiro e o outro levógiro.
2. Os isômeros C e D são antípodas ópticos, sendo que um é dextrógiro e o outro levógiro.
3. Observe que A e B; C e D são imagens especulares uma da outra. É como se houvesse um espelho na frente de cada uma destas moléculas. Elas são Enantiômeros.
4. Os isômeros A e C; A e D; B e C; B e D não são imagens especulares um do outro. Eles são Diasteroisômeros. 

Diasteroisômeros

São isômeros ópticos não enantiomorfos entre si, ou seja, não são imagens especulares um do outro, desviam a luz polarizada em Ângulos diferentes (ativos) e só ocorrem em compostos com mais de um C* na molécula. Apresentam propriedades físicas e químicas diferentes e podem ser separados por  destilação fracionada, cristalização ou cromatografia.

 

Para saber quantos isômeros ópticos existe, podemos calcular de acordo com o número de carbonos assimétricos. 

Na molécula do ácido α-hidróxi-β-metil-succínico existem dois carbonos assimétricos. Então aplicando a fórmula:

• SOA = 2ⁿ, sendo n o número de carbonos quirais.
• SOI = 2^n-1, isômeros racêmicos.

Portanto, na estrutura acima temos 2 dois carbono quirais (C*), então:

• SOA = 2ⁿ = 2² = 4 isômeros ativos (d₁l₁ e d₂l₂)
• SOI = 2^n-1 = 2^2-1 = 2 racêmicos (r₁,r₂)

 

Uma mistura racêmica ou Racemato é definida como uma mistura de dois enantiômeros, com quantidades iguais, sendo um dextrógiro (d-) e o outro levógiro (l-). Sendo assim, um feixe de luz que incide sobre essa mistura não é desviado para a direita e nem para a esquerda, seguindo paralelo ao eixo das abscissas. 

Substâncias com 2 átomos de carbono assimétricos iguais

Teremos 3 moléculas espacialmente diferentes: uma dextrógira, uma levógira e uma opticamente inativa chamada MESO.

Composto Meso: é um isômero inativo por compensação interna, ou seja é um composto que possui dois carbonos assimétricos (2C*) com ligantes iguais e um dos carbonos desvia a luz polarizada de um ângulo µ para a direita e o outro C* desvia a luz polarizada de um ângulo µ para a esquerda, portanto o desvio final será nulo.

Apesar de serem assimétricos, eles não são quirais, uma vez que são superponíveis. Compostos meso são opticamente inativos, ou seja, não desviam o plano da luz polarizada. 

Para identificar facilmente o composto meso, basta verificar a presença de um elemento de simetria, com um plano, na molécula. Plano de simetria é o plano que divide a molécula ou qualquer objeto em duas partes iguais, de modo que uma seja imagem especular (espelho) da outra.

 

Neste caso teremos 4 isômeros:

SOA = dextrógira e levógira
SOI = racêmico e meso

 

Fonte

• Barbosa, Luiz Cláudia de Almeida. Introdução à Química Orgânica. 2ª ed. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2011.
• http://www.soq.com.br/conteudos/em/isomeria
• http://www.mundovestibular.com.br/articles/77/1/ISOMERIA-/Paacutegina1.html
• http://www.infoescola.com/quimica/isomeria/
• http://www.infoescola.com/quimica/mistura-racemica/
• http://www.algosobre.com.br/quimica/isomeria.html