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Stereoisomeria
Gli isomeri sono composti che pur avendo la stesa formula bruta hanno una diversa disposizione di atomi
o gruppi atomici.
ISOMERI STRUTTURALI.
In chimica organica troviamo un gran numero di molecole le cui formule brute sono identiche ma con
diversa disposizione atomica. Ad esempio gli idrocarburi possono essere arrangiati in vari modi. Così il
butano può esistere come butano normale (a sinistra) e isobutano (a destra).
Entrambi hanno formula bruta C4H10, ma alcune proprietà chimico-fisiche sono diverse.
Quando gli atomi sono legati l'uno all'altro in modo diverso
è possibile l'esistenza di molecole che, pur avendo la stessa
formula bruta, appartengono a composti completamente
diversi.
Così l'alcool etilico è liquido molto reattivo che reagisce col
Na che, sostituendosi all'H ossidrilico, libera H 2 gassoso
producendo un composto di formula C2H5ONa. L'etere metilico che ha la stessa formula bruta (C2H6O)
dell'alcool, è un gas poco reattivo.
ISOMERI GEOMETRICI.
Essi devono l'esistenza alla impossibilità di rotazione intorno al doppio legame . Sono gli isomeri cistrans. Più avanti troveremo l'acido fumarico (fumarato) che l'isomero trans dell'acido maleico.
ISOMERI OTTICI.
Esistono degli stereoisomeri che pur differendo poco per la struttura e quindi per le proprietà
chimiche e fisiche risultano di fondamentale importanza nella chimica degli esseri viventi. Ad esempio
alcune molecole come monosaccaridi ed aminoacidi sono nutrienti se assunti in una delle due forme
isomere e perfettamente inutili nell'altra forma.
I composti del carbonio in cui esso si lega a quattro atomi, come nel metano, hanno una
struttura tetraedrica in cui il carbonio è al centro del tetraedro e gli atomi di idrogeno
ai vertici.
Se al posto dei quattro atomi uguali, come nel metano, sostituiamo quattro atomi diversi si realizza una
condizione in cui a questa molecola corrisponde un'immagine speculare in nessun modo sovrapponibile
all'"originale" e quindi diversa da essa. Quindi avremo due
isomeri speculari, come lo sono le mani. Se, ad esempio
guardiamo l'immagine riflessa della mano destra allo specchio,
vedremo la mano sinistra, e per solo questo motivo esse non
sono identiche.
L'atomo di carbonio legato a quattro atomi diversi si chiama
atomo di carbonio chirale (dal greco chiròs: mano) e la
molecola ha un' immagine speculare che ne è un isomero. Tali
coppie di isomeri si chiamano enantiomeri e fanno parte di una classe di isomeri chiamati
stereoisomeri.
Mentre la maggior parte dei composti non possiede una particolare attività ottica (di cui parleremo) è
rilevante osservare che gli enantiomeri sono stereoisomeri con attività ottica opposta.
La luce ha natura ondulatoria ed essa vibra in un piano perpendicolare alla sua direzione di
propagazione. Esistono infiniti piani di propagazione e tramite un particolare dispositivo, chiamato
polarimetro, possiamo trasformarla in luce polarizzata che è la luce che vibra in uno solo degli infiniti
piani. Nella rappresentazione
schematica si può vedere
come la luce polarizzata
penetra in un tubo contenete
una determinata sostanza
che, se dotata di attività
ottica, ruota di un angolo α e
la rotazione viene colta e
misurata dall'osservatore.
Gli enantiomeri hanno una
particolarità: hanno una
spiccata attività ottica
opposta. Pur essendo
entrambi reperibili in natura,
uno solo di essi può essere
utilizzato dalle cellule.
Nel 1848 il biologo e chimico Louis Pasteur della Scuola Normale di Parigi misurando l'attività ottica di
cristalli di tartrato di sodio, osservò che essi erano otticamente inattivi ma che erano in realtà una
miscela di due tipi di cristalli, gli uni immagine speculare degli altri. Allora separò minuziosamente i due
tipi di cristalli in due mucchietti omogenei e vide che le soluzioni acquose dei cristalli separati
ruotavano il piano della luce polarizzata (e quindi erano otticamente attivi) di un angolo uguale ed
opposto.
I diastereoisomeri sono gli stereoisomeri non enantiomeri. (vedi figura)
Le due molecole a sinistra sono due enantiomeri. La molecola a destra è un isomero di entrambe, ma non
è l'immagine speculare di nessuna delle due. La molecola a destra è un diastereoisomero di quelle a
sinistra.