Isomeria Espacial Geométrica

A isomeria pode ser dividida em dois tipos principais:

Isomeria plana (ou constitucional), quando os átomos estão conectados de formas diferentes,

e isomeria espacial (ou estereoisomeria), quando a diferença está na disposição espacial dos átomos na molécula.

Existe uma divisão dentro da isomeria espacial (mesmas ligações com posições diferentes no espaço) em dois tipos: a isomeria espacial geométrica e a óptica.

Nesse capítulo, vamos falar sobre a isomeria espacial geométrica.

1. O que é Isomeria Geométrica?

A isomeria geométrica ocorre quando a rotação em torno de uma ligação entre carbonos está impedida. Se ficou confuso, vamos com calma.

Lembra do exemplo dos dançarinos de forró, que quando se seguram com apenas uma mão, tem mais liberdade para girar do que quando se seguram com as duas?

Isso é o que acontece com uma ligação π, que impede que a molécula gire em torno da ligação simples C-C da cadeia. Essa é a primeira forma.

Olhe as moléculas a seguir:

Elas parecem ser diferentes, pois os “bromos” estão em posições diferentes. Só que a ligação simples é espacial e pode girar.

Quando a molécula da direita gira, nós encontramos na verdade a mesma molécula.

Isso não acontece quando existe uma dupla.

A ligação C=C não consegue mais girar, então o Br que está para baixo na molécula da direita não tem como ir para cima e trocar de posição com o H.

Essas duas moléculas possuem a mesma fórmula, mas no espaço elas estão organizadas de forma diferente e isso é um caso de isomeria geométrica.

A segunda forma de impedir a rotação da ligação C-C e criar uma isomeria geométrica é com a rigidez de um ciclo.

Como os átomos não giram por conta do ciclo, o átomo de Cl da molécula da direita não tem como ir para baixo, então essas moléculas nunca serão iguais.

Se não são iguais, elas sofrem isomeria espacial. Por ser uma isomeria espacial por impedimento de rotação, ela é uma isomeria geométrica. Pegou o raciocínio?

Então quer dizer que toda ligação dupla terá isomeria geométrica? A resposta para isso é não.

Além de impedir a rotação entre carbonos, para que exista isomeria geométrica, você precisa ter ligantes diferentes em cada um dos carbonos da dupla (ou do ciclo).

Ou seja, L1 ≠ L2 e L3 ≠ L4. Os ligantes de um carbono podem até ser os mesmos ligantes do outro (L1 e L2 serem iguais a L3 e L4),

mas se L1 = L2 ou se L3 = L4, não há isomeria e, por mais que você troque os ligantes de posição, continuará sendo sempre a mesma molécula

Aprendemos a identificar uma isomeria geométrica, agora vamos discutir como classificamos.

Existem duas formas de classificar os isômeros geométricos: a isomeria cis-trans e a isomeria E-Z.

2. Isomeria Cis-Trans

Um isômero geométrico pode ser classificado em isômero cis ou isômero trans.

O isômero cis é aquele que possui ligantes iguais para o mesmo lado da ligação dupla (ou do ciclo).

Se você considera a dupla como um divisor simétrico da molécula, você percebe que a molécula cis-1,2-dibromoeteno possui os dois bromos para o mesmo lado.

O isômero trans é aquele que possui ligantes iguais para lados opostos da ligação dupla (ou do ciclo).

Se você considera a dupla como um divisor simétrico da molécula, você percebe que a molécula trans-1,2-dibromoeteno possui os bromos para lados opostos da dupla.

Isso vem da etimologia das palavras. “Cis” vem do latim que significa “do mesmo lado”, enquanto que “trans” significa “do outro lado”.

Para me ajudar a lembrar, eu gosto de imaginar um egípcio dançando, já que eles dançam com os braços trocados.

E como a etimologia do prefixo “trans” se refere a lados opostos, eu associava a dança à molécula.

3. Comparando Propriedades Físicas e Químicas dos Isômeros Cis e Trans

Para entender as propriedades físicas dos isômeros cis e trans, precisamos entender a simetria das moléculas primeiro.

Os isômeros trans possuem grupos iguais para lados opostos, o que faz com que eles possuam dois tipos de simetria: centro de simetria e plano de simetria.

Já os isômeros cis possuem grupos iguais para o mesmo lado, o que faz com que eles possuam apenas um tipo de simetria, que é plano de simetria.

Agora que entendemos isso, vamos para as propriedades.

Ponto de Fusão (PF)

PF está relacionado à simetria, quanto mais simétrica a molécula for, maior será seu PF.

Portanto, os isômeros trans tendem a apresentar PF mais elevados que os isômeros cis.

Ponto de Ebulição (PE)

PE está relacionado a forças intermoleculares, quanto mais fortes elas forem, maior o PE da molécula.

Por ser mais simétrico, o isômero trans tende a ser mais apolar que o isômero cis, apresentando então interações intermoleculares mais fracas.

Portanto, os isômeros cis tendem a apresentar PE mais elevados que os isômeros trans.

Reatividade e Energia Interna

A reatividade e a energia interna estão relacionadas com estabilidade da molécula.

E já vimos também que os átomos são todos egoístas e querem manter a maior distância possível entre eles.

Sendo assim, o isômero cis possui ligantes iguais mais próximos, então sofre maior repulsão.

Se o isômero cis sofre maior repulsão, consequentemente ele é mais instável e possui energia interna maior que o isômero trans.

Por isso que, em uma reação de hidrogenação, o isômero cis libera mais energia.

Para ajudar a lembrar, é como se a transformação do cis para o trans (do menos para o mais estável) já gastasse energia, já fosse o primeiro passo da hidrogenação,

e depois ocorresse o resto da reação (4 kJ/mol para transformar de cis para trans e 116 kJ/mol para quebrar a dupla).

4. Curiosidade: Isomeria E-Z

Atualmente, a isomeria E-Z é pouco cobrada, a isomeria cis-trans é que domina as provas pelo Brasil.

O que limita a isomeria cis-trans é que você precisa ter grupos iguais nos dois lados da dupla (ou do ciclo) para fazer a comparação, nem que sejam dois hidrogênios.

E se você tiver quatro ligantes diferentes? Como você classificaria? É aí que entra o sistema de isomeria E-Z, que possui regras mais amplas.

O isômero Z é o que possui os ligantes de maior prioridade no mesmo lado. O Z vem de “zusammen”, que significa “juntos” em alemão.

O isômero E é o que possui os ligantes de maior prioridade em lados opostos. O E vem de “entgegen”, que significa “opostos” em alemão.

O ligante de maior prioridade é definido como o átomo de maior número atômico (sim, o número da tabela periódica).

E em caso de empate (mesmo elemento), você segue para o próximo átomo do ligante até desempatar.

Aqui vale apenas uma observação: ligações duplas contam como se fossem duas ligações simples para definir a prioridade (assim como triplas contam como três).

Pronto, assunto encerrado, vou apenas colocar exemplos de isomeria E-Z para você visualizar, mas essa classificação cai muito menos do que a isomeria cis-trans.