Isomeria

L'isomeria è quel fenomeno per il quale sostanze diverse per proprietà fisiche e spesso anche per comportamento chimico hanno la stessa formula bruta, cioè stesso peso molecolare e stessa composizione percentuale di atomi.

Due composti con uguale formula bruta si dicono isomeri. Questi possono essere:

• Isomeri costituzionali', se hanno formula bruta identica ma diversa connettività.
• Stereoisomeri, se hanno formula bruta identica, stessa connettività, ma la diversa orientazione spaziale degli atomi rende loro non sovrapponibili.
• Omomeri, se hanno formula bruta identica, stessa connettività e sono sovrapponibili (in pratica sono molecole identiche).

L'isomeria è molto diffusa ed importante nei composti organici e le classi di isomeri, si possono dividere ulteriormente in sottoclassi.

Gli isomeri costituzionali possono essere isomeri:

• di catena, che interessa la struttura dello "scheletro" di carbonio, ossia la presenza e posizione di ramificazioni od anelli; isomeri di questo tipo hanno proprietà fisiche e reattività chimiche diverse;
• di posizione, che interessa la posizione di legami multipli o gruppi contenenti atomi diversi da carbonio e idrogeno; isomeri di questi tipo appartengono alla stessa classe di composti, hanno quindi generalmente reattività chimica simile, diverse sono invece le loro proprietà fisiche;
• di gruppo funzionale, isomeri cioè che pur avendo formula bruta uguale, presentano gruppi funzionali diversi.

Gli stereoisomeri possono essere isomeri

• configurazionali, nelle molecole 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. Elementi stereogenici possono essere un punto (un atomo, tipicamente un carbonio portante quattro sostituenti diversi), un asse (l'asse di un legame fra due o più atomi ad esempio alleni portanti quattro sostituenti diversi su carboni terminali), o un piano (una molecola planare con sostituenti orientati in maniera particolare sia nel piano della molecola che sopra o sotto questo). Di questa categoria fanno parte gli enantiomeri, isomeri di cui uno è l'immagine speculare non sovrapponibile dell'altro. Tipicamente due isomeri configurazionali in cui uno non è l'immagine speculare dell'altro si dicono diastereoisomeri anche se tutte le coppie di stereoisomeri non enantiomeri possono essere considerati tipi di diastereoisomeri.
• geometrici, o cis-trans, nelle molecole in cui due carboni legati da un legame doppio sono entrambi legati a due gruppi differenti o, più in genere, in molecole la cui struttura impedisce una libera rotazione attorno ad uno o più legami; le loro proprietà fisiche sono diverse, la loro reattività chimica è generalmente simile, ma vi sono notevoli eccezioni legate proprio a particolari configurazioni geometriche;
• conformazionali, è il caso in cui pur non essendoci uno stereocentro, le possibili orientazioni date dalla rotazione di un legame C-C e dalle possibili conformazioni di una molecola (come ad esempio nel caso in cui i sostituenti di un atomo o una catena di atomi si orienti ad elica e anche nelle conformazioni dei cicloalcani) producono molecole con ugual formula bruta, ugual connettività ma non sovrapponibili. Un isomero conformazionale si dice anche conformero

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Alcuni esempi di isomeria.

Isomeria di catena: i tre composti riportati in questo esempio hanno formula bruta C₈H₁₆.

Isomeria di gruppo funzionale: i tre composti riportati in questo esempio sono tre fenoli. Differiscono per la posizione dei loro gruppi lungo l'anello principale.

Isomeria cis-trans o geometrica: le due coppie di composti riportate in questo esempio differiscono per la disposizione dei gruppi attorno ad un elemento che impedisce rotazione (ad esempio un doppio legame od un anello).

Gli isomeri geometrici vengono comunemente classificati con due diversi tipi di nomenclatura: cis e trans o Z e E. Nella prima l'isomero cis è quello che ha due gruppi uguali dalla stessa parte di un doppio legame o di un ciclo, il trans li ha da parti opposte. Nel secondo tipo di nomenclatura, l'isomero Z è quello con i gruppi a priorità maggiore dalla stessa parte (la priorità viene stabilita in base alle regole di priorità usate per la nomenclatura dei composti chirali) mentre l'isomero E li ha da parti opposte. A volte può succedere che le configurazioni cis e Z si equivalgano, come del resto trans e E.

Stereoisomeria o isomeria ottica: le due molecole riportate in questo esempio differiscono solamente per il fatto di essere l'una l'immagine speculare non sovrepponibile dell'altra. Due stereoisomeri che sono l'uno l'immagine speculare non sovrapponibile dell'altro si dicono enantiomeri (in questo caso, l'elemento stereogenico è un punto, cioè un carbonio).