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 H2 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.