Isomeria

A isomeria é um fenômeno na Química Orgânica em que dois ou mais compostos diferentes possuem a mesma fórmula molecular. Isômeros podem apresentar diferenças bem significativas na estrutura, como é o caso dos isômeros planos, ou terem diferenças mais subjetivas e de difícil percepção, como é o caso dos estereoisômeros. Mesmo assim, em todos os casos, os isômeros apresentarão diferentes propriedades físicas e/ou químicas.

A isomeria pode ser dividida em dois grandes grupos: constitucional (ou plana) e estereoisomeria (ou espacial). Na isomeria constitucional, os isômeros diferem quanto à forma como seus átomos se ligam à cadeia, podendo diferir quanto à função orgânica, ao tipo da cadeia, à posição de alguns grupos, entre outros. Já no caso da estereoisomeria, as diferenças estão na orientação espacial dos átomos em torno do átomo de carbono.

Leia também: Como fazer a fórmula estrutural de um composto

Resumo sobre isomeria

• Isomeria é um fenômeno em que moléculas diferentes possuem a mesma fórmula molecular.
• Isômeros possuem diferentes propriedades físicas e/ou químicas.
• A isomeria pode ser de dois tipos: constitucional (ou plana) e estereoisomeria (ou espacial).
• Na isomeria constitucional, os isômeros se diferem na forma como os átomos se ligam à cadeia, gerando fórmulas estruturais completamente diferentes.
• Na estereoisomeria, os isômeros são diferenciados de acordo com o arranjo espacial dos átomos em torno do átomo de carbono ao qual se ligam.
• A estereoisomeria se divide em: conformacional (os isômeros não podem ser separados) e configuracional (os isômeros podem ser separados).

Videoaula sobre isomeria

O que é isomeria?

Isomeria é um fenômeno da Química Orgânica em que dois ou mais compostos diferentes compartilham a mesma fórmula molecular. As diferenças podem ser mais fáceis de se detectar, com diferenças na fórmula estrutural, assim como podem ser mais discretas, como na orientação espacial dos ligantes em relação ao átomo de carbono. Como consequência, isômeros apresentam diferentes propriedades químicas e/ou físicas.

Quais são os tipos de isomeria?

Os tipos de isomeria podem ser divididos em duas classes principais: constitucionais e estereoisômeros.

→  Isomeria constitucional (isomeria plana)

A isomeria constitucional (também conhecida como isomeria plana) contempla os casos em que os isômeros diferem na forma que seus átomos estão conectados na formação da estrutura. Dessa forma, a avaliação e identificação de isômeros planos é muito mais simples, requerendo apenas uma simples avaliação da fórmula estrutural.

→ Estereoisomeria (isomeria espacial)

Na estereoisomeria (ou isomeria espacial), os isômeros diferem na forma com que seus átomos se organizam no espaço. A estereoisomeria pode ainda ser dividida em duas classes menores, que é a isomeria conformacional e a isomeria configuracional:

• Na isomeria conformacional, os isômeros apresentam interconversão em temperatura ambiente, ou seja, há a transformação rápida de uma forma para outra, geralmente para aquisição de maior estabilidade. Por conta dessa interconversão, os isômeros conformacionais não podem ser separados.

• Na isomeria configuracional, a interconversão entre os isômeros só é possível mediante a quebra da ligação. Dessa forma, podem ser separados. Dois tipos de isomeria configuracional são sempre destacados: a isomeria cis-trans (ou isomeria geométrica) e a isomeria óptica.

Veja também: Carbono quiral — o que é, como identificar, qual a relação com a isomeria

Exemplos de isomeria

→ Isomeria constitucional/plana

Existem alguns tipos de isomeria plana, que são caracterizados de acordo com os resultados dos isômeros obtidos a partir das diferentes conexões entre os átomos.

1. Isomeria plana de função: os isômeros constitucionais diferem quanto à função orgânica.

2. Isomeria plana de cadeia: os isômeros constitucionais diferem quanto ao tipo de cadeia.

3. Isomeria plana de posição: os isômeros constitucionais diferem quanto à posição de um grupo importante na cadeia, como, por exemplo, uma ramificação, uma insaturação ou um grupo funcional.

4. Isomeria plana de compensação: os isômeros constitucionais diferem quanto à cadeia em torno de um heteroátomo.

5. Tautomeria: os isômeros constitucionais coexistem no meio reacional, estabelecendo, entre eles, um equilíbrio químico.

→ Isomeria conformacional

Os isômeros conformacionais podem ser consequência, por exemplo, da rotação livre entre a ligação C−C. Um exemplo clássico é ciclo-hexano, que apresenta duas formas conformacionais: cadeira e barco, sendo a primeira a mais estável.

→ Isomeria cis-trans (geométrica)

A isomeria cis-trans é consequência da restrição de rotação da ligação, que pode ocorrer tanto na ligação dupla, quanto em uma estrutura cíclica. Mais especificamente, moléculas nessa configuração apenas rotacionam por completo e, dessa forma, a alteração espacial dos ligantes aos átomos de carbono dessa ligação só ocorreriam mediante quebra.

→ Isomeria óptica

A isomeria óptica é causada por um centro assimétrico, o chamado carbono quiral, o qual apresenta quatro ligantes completamente diferentes. Tal carbono origina duas estruturas diferentes (conhecidas como enantiômeros), as quais possuem relação de objeto e imagem, sendo, portanto, não sobreponíveis e diferentes.

Nomenclatura da isomeria

Os isômeros configuracionais apresentam regras específicas de nomenclatura, consequência da diferença da organização dos seus átomos no espaço.

→ “Cis” e “trans”

O nome “cis-trans” para o referido caso de estereoisomeria é por conta dos estereodescritores cis e trans utilizados na nomenclatura oficial desses isômeros. Segundo a IUPAC, deve-se utilizar:

• o estereodescritor “cis” quando os átomos de hidrogênio da ligação que está sendo analisada (seja uma ligação dupla em uma cadeia aberta ou uma ligação simples em um ciclocomposto) estão do mesmo lado.
• o estereodescritor “trans”, do contrário, quando os átomos de hidrogênio estão para lados opostos da ligação.

→ “E” e “Z”

Muitos químicos utilizam “cis” e “trans” para todo e qualquer caso de isomeria geométrica, contudo, em via de regra, a IUPAC estabelece que para casos em que não há um átomo de hidrogênio em cada carbono da dupla, deve-se utilizar os estereodescritores E (do alemão entgegen, que significa “oposto”) e Z (do alemão zusammen, que significa “junto”). Assim, entende-se que usamos:

• o descritor “Z” caso os ligantes prioritários estejam para o mesmo lado da ligação;
• o descritor “E”, do contrário, caso os ligantes prioritários estejam para lados opostos.

Os ligantes prioritários são escolhidos por meio da chamada Regra de C.I.P (Cahn-Ingold-Prelog), que estabelece que o ligante prioritário (ou de maior ordem) será aquele cujo número atômico for maior.

Perceba que, em um carbono, temos os ligantes bromo (Br) e hidrogênio (H). Nesse caso, a prioridade será para o bromo, pois seu número atômico é maior (Z_Br = 35; Z_H = 1). Já no segundo carbono, temos os ligantes cloro (Cl) e metil (CH₃), que se liga à cadeia pelo carbono (C). A prioridade será do cloro, pois esse átomo possui um maior número atômico (Z_Cl = 17; Z_C = 6).

Já os isômeros ópticos, mais especificamente os enantiômeros, são diferenciados de acordo com sua interação com o plano da luz polarizada. Um enantiômero pode desviar o plano da luz polarizada tanto para a direita, quanto para a esquerda:

• quando esse desvio é feito para a direita, tal isômero é chamado de dextrógiro ou dextrorrotatório;
• caso o desvio seja feito para a esquerda, o isômero é chamado de levógiro ou levorrotatório.

A determinação do desvio do plano da luz polarizada, entretanto, é meramente experimental, não sendo possível ser realizado por uma simples avaliação da estrutura, mesmo que espacialmente. Contudo, é possível indicar no nome que o enantiômero é dextrógiro ou levógiro:

• é dextrógiro se o seu nome for precedido da letra minúscula “d” ou do sinal “(+)”;
• é levógiro se o seu nome for precedido da letra minúscula “l” ou do sinal “(-)”.

Deve-se atentar para não confundir com o sistema de nomenclatura D-L (com letras maiúsculas), utilizadas para avaliação de configuração absoluta de moléculas a partir da projeção de Fischer. Esse sistema de nomenclatura é muito antigo e é comum para se referenciar açúcares e aminoácidos, não possuindo relação alguma com a atividade óptica da molécula (embora, por vezes, coincida). Atualmente, embora ainda muito comum, a IUPAC utiliza outro sistema de nomenclatura para esses casos, derivado da regra de C.I.P, com os descritores R e S.

Saiba mais: Como identificar os tipos de ligações químicas?

Exercícios resolvidos sobre isomeria

Questão 1. (UNICENTRO/2025) Isômeros são dois ou mais compostos diferentes, que apresentam a mesma fórmula molecular. Como exemplo de isômeros, temos os açúcares glicose e frutose, com fórmula molecular C₆H₁₂O₆, conforme ilustram as estruturas a seguir.

Com base nessas estruturas, assinale a alternativa que apresenta, corretamente, o tipo de isomeria que essas moléculas possuem.

a) Isomeria de cadeia.

b) Isomeria de função.

c) Isomeria de posição.

d) Isomeria geométrica.

e) Isomeria ótica.

Resposta: Letra B.

Tanto a D-glicose quando a D-frutose apresentam uma carbonila, com a diferença que a glicose é um aldeído (carbonila como carbono de número 1) e a frutose é uma cetona (carbonila entre dois carbonos). Dessa forma, são isômeros que se diferem quanto à função orgânica e, portanto, são isômeros de função.

Questão 2. (PUC-RJ 2º Dia-Grupos 1, 3, 4 e 5/2024) Considere os compostos orgânicos abaixo.

Sobre a isomeria em compostos orgânicos e a relação entre as estruturas dos compostos I, II, III e IV, verifica-se que os compostos

a) I e II são isômeros ópticos.

b) II e III são isômeros de posição.

c) II e IV são isômeros espaciais.

d) I e IV são isômeros geométricos.

e) III e IV são isômeros de função.

Resposta: Letra D.

Percebe-se que I e IV são configurações diferentes, nas quais I é o isômero trans (átomos de hidrogênio para lados opostos da ligação C=C), enquanto IV é o isômero cis (átomos de hidrogênio para o mesmo lado da ligação C=C).

Fontes

BRUICE, P. Y. Organic Chemistry. 8. ed. Upper Saddle River, Nova Jersey: Pearson Education Inc., 2015.

FAVRE, H. A.; POWELL, W. H.; MOSS, G. P. Nomenclature of Organic Chemistry.

IUPAC Recommendations and Preferred Names 2013. Londres: Royal Society of Chemistry, 2013.

INTERNATIONAL UNION OF PURE AND APPLIED CHEMISTRY – IUPAC. GoldBook – Compendium of Chemical Terminology. Disponível em: https://goldbook.iupac.org/

SOLOMONS, T. W. G.; FRYHLE, C. B.; SNYDER, S. A. Química Orgânica: volumes 1 e 2. 12. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2018.