Química Orgânica · Isomeria · Ensino Médio
C2H6O. Dois carbonos, seis hidrogênios, um oxigênio. Um deles é o etanol: líquido, ferve a 78 °C, está na cerveja e no álcool em gel. O outro é o éter dimetílico: gás, ferve a −24 °C, empurra a tinta para fora da lata de spray. A fórmula molecular conta quantos átomos. Ela não conta quem está ligado a quem, nem de que lado — e é exatamente isso que o termômetro mede. E no terceiro ato chega o caso em que nem o termômetro vê a diferença — mas o seu nariz vê.
01 · o explorador
Escolha uma fórmula molecular. A página desenha todas as substâncias que cabem nela. Depois clique em duas: a página compara função, tipo de cadeia e repartição da cadeia, e diz — com a mesma regra que você vai aprender na próxima seção — qual isomeria relaciona aquele par exato.
Fórmula molecular
Cada carbono a mais multiplica as maneiras de amarrar a mesma cadeia. Até o C4 dá para contar no dedo. Do C10 em diante, não dá mais — e esse é o motivo de a Química Orgânica ser tão grande com tão poucos elementos.
02 · isomeria plana
Na isomeria plana muda a ordem das ligações — dá para ver no papel, na fórmula estrutural. Existem cinco nomes, mas não existem cinco decisões: existe uma sequência de três perguntas. Faça na ordem e nenhum par escapa. Fora de ordem, quase todo par engana.
Escolha um par e veja o caminho acender. São os mesmos pares do explorador acima.
Cada carta abaixo traz a regra em uma linha e o par clássico desenhado. Repare que as três primeiras cobrem quase tudo: metameria e tautomeria são casos particulares que os livros brasileiros separam por tradição.
03 · a causa
A isomeria geométrica não é uma regra nova de nomenclatura: é uma consequência mecânica. Ligação simples gira. Ligação dupla não. Gire o controle abaixo e veja o preço de cada volta — o mesmo movimento custa 12 ou 260 kJ/mol, e essa diferença é a fronteira entre “a mesma substância de novo” e “outra substância”.
kJ/mol acima do estado relaxado
04 · o laboratório
Troque os quatro ligantes da dupla. A página responde na hora: existe isomeria geométrica? Se existe, qual é o cis e qual é o trans, qual é o E e qual é o Z pelas regras de prioridade da IUPAC, e para onde aponta o vetor de polaridade da molécula que você montou.
Casos prontos
Numa cadeia fechada os carbonos não podem girar um em relação ao outro sem rasgar o anel. O resultado é o mesmo: os ligantes ficam presos acima ou abaixo do plano. Traço cheio é acima, traço tracejado é abaixo.
04b · o sistema oficial
Os nomes cis e trans precisam de um par de ligantes iguais para servir de referência. Quando os quatro ligantes são diferentes, não existe “mesmo lado” de nada. A IUPAC resolveu isso trocando “igual” por prioridade: em cada carbono, decida quem ganha, e depois veja se os dois vencedores estão do mesmo lado.
Mexa nos ligantes da seção anterior e esta resolução acompanha, carbono por carbono.
Alemão: Zusammen é juntos, Entgegen é opostos. Os dois vencedores do mesmo lado: Z. Em lados opostos: E. A regra vale sempre — inclusive quando discorda do cis/trans do nome antigo.
05 · a terceira trava
Até aqui, toda diferença de estrutura desta página apareceu numa medida: 100 °C entre o etanol e o éter, 113 °C entre dois pentanos, 157 °C entre dois ácidos. Agora chega o caso em que nenhuma medida física acusa nada. Mesmo ponto de fusão, mesma densidade, mesmo espectro. E mesmo assim são duas substâncias — uma tempera o hálito, a outra tempera a comida; uma acalma, a outra deforma um feto. A diferença existe, mas só aparece diante de algo que também tem lado.
Ponha as duas mãos lado a lado, palmas para baixo. São imagens no espelho uma da outra — e não se sobrepõem: o polegar fica sempre do lado oposto. É por isso que a luva esquerda não serve na mão direita.
Isso tem nome: quiralidade, do grego kheir, mão. Um objeto é quiral quando não se sobrepõe à própria imagem no espelho.
O contrário é aquiral: se dá para cortar o objeto em duas metades espelhadas, ele tem plano de simetria e é aquiral.
Quirais — não se sobrepõem ao espelho
Aquirais — têm plano de simetria
Uma xícara com asa é aquiral: o plano que corta a asa ao meio divide a xícara em duas metades espelhadas. Um parafuso é quiral: a rosca gira para um lado só.
Um carbono que faz quatro ligações simples é um tetraedro. Se os quatro grupos pendurados nele forem diferentes entre si, não existe giro que sobreponha esse tetraedro à sua imagem no espelho. Esse carbono ganha um asterisco: C*, o carbono quiral.
Escolha uma molécula. A página varre carbono por carbono, lista os quatro grupos de cada um até o fim do ramo e compara. Os que tiverem quatro grupos realmente diferentes ficam marcados.
Molécula
06 · o par de espelho
Duas moléculas que são imagem especular uma da outra e não se sobrepõem chamam-se enantiômeros. Abaixo está o ácido láctico e o seu espelho. Gire o da direita procurando encaixar os quatro grupos nos mesmos lugares do da esquerda — e repare onde o giro para.
Esta é a tabela que muda o assunto. Em tudo o que um laboratório comum mede, os dois enantiômeros são indistinguíveis. Eles só se separam diante de algo que também tem lado — a luz polarizada e as moléculas do seu corpo.
É por isso que a isomeria óptica não entra na conversa de fusão × ebulição da seção 9: não há diferença de ponto de fusão para explicar. A diferença mudou de lugar.
07 · a balança que os distingue
Uma onda de luz comum vibra em todos os planos ao mesmo tempo. Um filtro polarizador deixa passar um só — e é essa luz com lado que consegue enxergar a diferença entre dois enantiômeros. Uma amostra opticamente ativa gira o plano da luz polarizada de um ângulo α.
O desvio obedece à lei de Biot: α = [α] × ℓ × c. O [α] é do enantiômero puro, tabelado; ℓ é o comprimento do tubo em decímetros; c é a concentração em g/mL. E o desvio só aparece na medida do excesso de um enantiômero sobre o outro — por isso o controle de mistura embaixo é o mais interessante de todos.
Dextrógiro (+) gira o plano para a direita; levógiro (−), para a esquerda. Os dois enantiômeros de um par giram exatamente o mesmo ângulo, em sentidos opostos.
Uma mistura racêmica é 50% de cada: os desvios se anulam e a amostra fica opticamente inativa, por compensação externa. Quase toda síntese feita no laboratório, a partir de reagentes não quirais, sai racêmica.
O sinal (+) ou (−) não se prevê olhando a fórmula: mede-se no polarímetro. Ele também não tem relação obrigatória com as letras D/L nem com R/S.
A sacarose desvia +66,5°. Quando ela é hidrolisada, quebra em duas: glicose, que desvia +52,7°, e frutose, que desvia −92°. A mistura resultante desvia cerca de −20°.
O sinal inverteu — e é literalmente daí que vem o nome açúcar invertido, o xarope do doce de leite, do sorvete e do mel. O nome de um ingrediente de confeitaria é uma leitura de polarímetro.
Dá para acompanhar a reação inteira no polarímetro: o ângulo vai de +66,5° descendo até cruzar o zero e estacionar no negativo.
08 · quantos existem
Um carbono quiral é uma escolha entre duas configurações — mão direita ou mão esquerda. Escolhas independentes se multiplicam: com n carbonos quirais diferentes entre si, são 2ⁿ isômeros opticamente ativos, que se emparelham em 2ⁿ⁻¹ misturas racêmicas. É a regra de Van't Hoff.
A regra 2ⁿ supõe que cada carbono quiral é uma escolha independente. Quando dois deles carregam exatamente os mesmos quatro grupos, uma das combinações fica simétrica por dentro — e deixa de ser uma substância nova.
09 · onde o modelo falha
Toda regra de aula é um atalho que funciona quase sempre. Saber onde ela para de funcionar é o que separa decorar de entender — e é exatamente ali que as bancas gostam de perguntar.
Verdade para a acetona e o etanal — e de um jeito muito mais extremo do que o livro diz. Mentira para outras duas moléculas que você conhece. A barra abaixo está em escala logarítmica: cada divisão é um fator de mil.
Esta é a mais bonita das quatro, porque a exceção não é exceção: é outra pergunta. Ponto de ebulição mede quanto as moléculas se tocam; ponto de fusão mede quão bem elas se encaixam. Ramificar e simetrizar fazem coisas opostas a essas duas grandezas — e a tabela abaixo mostra isso acontecendo três vezes seguidas, em três famílias sem nenhuma relação entre si.
A regra de Van't Hoff supõe que cada C* é uma escolha independente. Quando dois deles carregam os mesmos quatro grupos, uma das combinações se dobra sobre si mesma e vira um composto meso: tem carbono quiral e não desvia a luz. O ácido tartárico deveria ter 4 estereoisômeros e tem 3.
O caso está resolvido, com a tabela das quatro formas, na seção 8 — e o detector da seção 5 avisa sozinho quando a molécula escolhida cai nele.
10 · fora da prova
Trocar cis por trans não muda nenhum átomo. Muda o formato da molécula — e como quase toda química da vida funciona por encaixe, mudar o formato muda o que a molécula faz.
11 · treino
Cada alternativa errada foi construída em cima de um erro específico — ao marcar, a página diz qual foi. Nas baterias A, B e C o diagnóstico é calculado a partir da estrutura real das moléculas, não escrito à mão. Seu progresso fica salvo neste navegador.
Dez pares. Use a árvore: função, depois tipo de cadeia, depois o que mudou de lugar.
Oito estruturas. Olhe um carbono da dupla por vez: basta que um deles tenha dois ligantes iguais para acabar a conversa.
Seis alcenos. A página resolve as prioridades átomo por átomo junto com você.
Oito questões contextualizadas, no formato de vestibular e Enem.
Oito moléculas. Varra carbono por carbono e lembre do passo 3: os grupos vão até o fim do ramo.
Cinco questões contextualizadas sobre quiralidade, contagem de isômeros e atividade óptica.
12 · a aula original
Esta página nasceu de dois decks de sala. Eles continuam disponíveis, inteiros: a isomeria plana e geométrica em PDF e PowerPoint, e a isomeria óptica slide a slide no navegador, com as notas do professor. Cada link abaixo cai direto no slide que corresponde à seção da página.
13 · confira na fonte
Pontos de fusão e ebulição, constantes de equilíbrio e barreiras de rotação não são invenção de livro didático: são medidas, com incerteza e com referência. Os links abaixo levam à fonte primária de cada um.