Chimica Organica-DiSTABiF

TUTORIAL STEREOISOMERIA

ISOMERIA E STEREOISOMERIA:

1. Isomeri di struttura (o isomeri costituzionali): composti che presentano la stessa formula molecolare ma diverso ordine di connessione fra gli atomi.
2. Stereoisomeri: isomeri i cui atomi sono collegati nello stesso ordine, ma presentano diversa disposizione spaziale. Si dividono in:
   • Isomeri conformazionali: diverse conformazioni dello stesso composto in equilibrio tra loro grazie alla veloce convertibilità (rotazione intorno ad un legame singolo). Non possono essere saparati l’uno dall’altro.
   • Isomeri configurazionali: sono stereoisomeri che, pur mantenendo la medesima connettività (i collegamenti tra i singoli atomi rimangono i medesimi), possono essere trasformati l’uno nell’altro solo rompendo legami chimici. Sono composti diversi e possono essere separati l’uno dall’altro. Gli isomeri configurazionali si dividono in:
     • Isomeri geometrici (isomeri cis-trans): composti che non presentano libera rotazione attorno al legame tra i due atomi di carbonio, ognuno dei quali è legato a due gruppi diversi
     • Isomeri ottici: composti in cui sono presenti degli elementi stereogenici, cioè elementi a causa dei quali la molecola ammette due isomeri che sono uno la forma speculare non sovrapponibile dell’altro.

ISOMERI CONFORMAZIONALI:

• Un conformero sperimenta una tensione quando la sua struttura chimica subisce un qualche sforzo che innalza la sua energia interna rispetto a un conformero privo di tensione o con una minore tensione.
  • La tensione torsionale è la resistenza opposta alla rotazione dei legami.
  • La tensione angolare si manifesta quando gli angoli di legame deviano dal valore ideale
  • La tensione sterica è il risultato della repulsione tra le nuvole elettroniche di atomi o gruppi

• Il conformero sfalsato è più stabile del conformero eclissato a causa dell’iperconiugazione

• Il conformero anti è più stabile del conformero gauche a causa della tensione sterica

• Il cicloesano interconverte rapidamente tra le due conformazioni a sedia ugualmente stabili. Questo processo è chiamato inversione di anello
• I legami che sono assiali in un conformero sono equatoriali nell’altro e viceversa

• Il conformero a sedia con un sostituente in posizione equatoriale ha meno tensione sterica ed è perciò più stabile del conformero con il sostituente assiale
• Un sostituente in posizione assiale ha interazioni 1,3-diassiali sfavorevoli

ISOMERI GEOMETRICI

• Poiché la rotazione attorno ai legami di un composto ciclico è impedita, i composti ciclici disostituiti possono presentare gli isomeri cis-trans.
• L’isomero cis ha due sostituenti dallo stesso lato dell’anello; l’isomero trans ha i sostituenti su lati opposti.

• Se in un cicloesano disostituito un conformero a sedia ha entrambi i gruppi in posizione equatoriale e l’altro entrambi i gruppi in posizione assiale, il conformero più stabile è quello con entrambi i gruppi in posizione equatoriale
• Se in un cicloesano disostituito i due conformeri a sedia hanno entrambi un gruppo in posizione equatoriale e l’altro in posizione assiale, il conformero più stabile è quello con il gruppo più ingombrante in posizione equatoriale.

• Poiché la rotazione intorno ad un doppio legame è impedita, un alchene può presentare gli isomeri cis-trans.
• L’isomero cis ha gli idrogeni sullo stesso lato del doppio legame; l’isomero trans ha gli idrogeni su lati opposti del doppio legame.

• Le lettere Z ed E indicano la configurazione di un doppio legame
• L’isomero Z ha i sostituenti ad alta priorità (regole CIP) sullo stesso lato del doppio legame; l’isomero E ha i sostituenti ad alta priorità sui lati opposti del doppio legame.

Esercizio n. 1

Per ciascuno dei seguenti composti, relativamente al legame indicato, rappresentare le proiezioni di Newman dei confomeri a più alta e a più bassa energia:

1. esano (C2-C3)
2. 1-clorobutano (C1-C2)
3. 2-metilbutano (C2-C3)
4. 2,2-dimetilpentano (C2-C3)
5. 2-cloro-2-metilpentano (C2-C3)

Esercizio n. 2

Per le seguenti coppie di composti, indicare se sono: stesso composto, isomeri di struttura o stereoisomeri

Esercizio n. 2

Disegnare un diagramma di energia qualitativo per il 2,3-dimetilpentano, relativo al legame C-3-C4 tra il gruppo metilenico (CH₂) e quello metinico (CH). Le proiezioni di Newman sono riportate di seguito; etichettare con S le conformazioni sfalsate e con E quelle eclissate

Esercizio n. 3

Rappresentare le due conformazioni a sedia dei seguenti cicloesani disostituiti indicando il conformero a più bassa energia:

1. cis-2-bromo-1-metilcicloesano
2. cis-3.isopropil-1-metilcicloesano
3. cis-4-etilcicloesanolo
4. trans-2-butil-2-isopropilcicloesano
5. trans-3-t-butil-1-metilcicloesano
6. trans-4-cloro-1-propilcicloesano
7. cis-1-ciclopropil-3-isopropilcicloesano

Esercizio n. 4

Scrivere l’1,2-cicloesandiolo nella conformazione a sedia a più bassa energia e in proiezione di Newman (relativa ai legami C1-C2 e C5-C4).

Esercizio n. 5

Assegnare la configurazione E,Z ai seguenti composti:

Esercizio n. 6

Scrivere gli isomeri geometrici del 2,4-esadiene e dare loro i nomi, secondo le notazioni E,Z e cis,trans

Esercizio n. 7

Scrivere le due conformazioni del butadiene: indicare i loro nomi e spiegare perché non si possono chiamare semplicemente cis e trans.

Esercizio n. 8

Individuare gli isomeri geometrici (se ce ne sono) dei seguenti composti e scriverne le formule

Esercizio n. 9

Scrivere le configurazioni cis e trans del biciclo[4.4.0]decano, servendosi delle formule sia proiettive che conformazionali (a sedia)

Esercizio n. 10

Indicare, per ciascuna delle seguenti molecole, la relazione esistente (stesso composto, isomeri di struttura, strutture di risonanza, stereoisomeri)