Isomeria

Sono isomeri i composti con la stessa formula bruta ma diverse caratteristiche. In chimica organica, si distinguono in:

• isomeri di struttura (costituzionali)
  • isomeria di catena: gli isomeri differiscono per la forma della catena carbonica (scheletro carbonioso), che può essere lineare o ramificata
    Es.: n-pentano vs. isopentano (entrambi $\ce{C5H12}$)
  • isomeria di gruppo funzionale: riguarda composti che appartengono a categorie chimiche diverse
    Es. metanolo vs. dimetiletere (entrambi $\ce{C2H6O}$)
  • isomeri di posizione: legami o gruppi funzionali presenti sono uguali, ma la loro disposizione sullo scheletro carbonioso è differente
    Es. 1-butene vs. 2-butene (entrambi $\ce{C4H8}$)
    
• stereoisomeria: gli atomi legati allo stesso ordine ma orientati diversamente nello spazio
  • isometria geometrica: in molecole con doppi legami, se i due gruppi si trovano dalla stessa parte del piano rispetto al doppio legame, l'isomero è definito cis, se invece sono da parti opposte, è detto trans. Ciò influisce sulle proprietà fisiche (ma non chimiche) del composto
  • enantiomeri: le molecole sono immagini speculari (non sovrapponibili)
  • diasteroisomeri: le molecole non sono immagini speculari

Schema di un polarimetro

Sono detti chirali oggetti distinguibili dalla loro immagine speculare (non reciprocamente sovrapponibili), come ad esempio le mani. Gli enantiomeri sono molecole che presentano almeno un centro chirale (anche detto stereocentro). Affinché un carbonio sia centro chirale deve essere tetraedrico (ibridazione $\ce{sp^{3}}$) legato a quattro atomi o gruppi atomici diversi.

Da un punto di vista pratico è possibile distinguere due enantiomeri in quanto hanno diverse proprietà ottiche, poiché determinano una rotazione del piano della luce polarizzata in due versi opposti, seppur della stessa ampiezza. Per misurare questo fenomeno si usa uno strumento noto come polarimetro, composto da:

• una sorgente luminosa
• un polarizzatore da cui emerge luce polarizzata
• un tubo porta-campioni, in cui si immette la sostanza di cui si vogliono studiare le proprietà ottiche
• un prisma analizzatore

Misurando l'angolo di rotazione della luce, si assegna una polarità al composto: enantiomeri che portano ad angoli di rotazione in verso orario sono convenzionalmente indicati con il segno +, mentre quelli che causano una rotazione antioraria sono detti -. Gli enantiomeri possono avere proprietà biologiche differenti. Vista l'elevata specificità tra enzima e substrato, ad esempio, può essere che l'enzima + sia attivo e l'enzima - sia inattivo, non essendo in grado di accogliere il substrato.

Una miscela di parti uguali (50:50) di enantiomeri + e - è detta racemo, e non interferisce con il piano di polarizzazione della luce.

Per qualsiasi composto ciclico possono esistere varie conformazioni nello spazio nelle tre dimensioni, in quanto gli atomi di carbonio presenti nella struttura ciclica sono carboni $\ce{sp^{3}}$. Nella conformazione «a sedia» i due gruppi ossidrilici posti all'estremità della conformazione sono uno sopra e uno sotto, in quello «a barca» essi sono invece entrambi sopra, e la repulsione tra i gruppi atomici rende questa configurazione meno stabile.