Formule di struttura e formule razionali. Isomeria

In chimica organica è utile la rappresentazione dei composti mediante la formula di struttura (a), che evidenzia tutti i legami fra gli atomi di una molecola, o più concisamente, mediante la formula razionale (b), nella quale sono evidenziati soltanto i legami carbonio-carbonio o tra il carbonio e un eteroatomo. Per i composti ciclici, se gli atomi di carbonio sono gli unici che formano l'anello, questo viene rappresentato semplicemente con un poligono.

L'isomeria

È detto isomeria il fenomeno per cui due o più composti aventi la stessa formula bruta, differiscono nella formula razionale (isomeria di struttura o di posizione) o, pur avendo la stessa formula razionale, presentano una diversa disposizione relativa degli atomi nello spazio (isomeria spaziale o stereoisomeria).

Nei primi due casi di isomeria di struttura riportati dalla tabella 18.1 gli isomeri si distinguono sensibilmente nelle proprietà fisiche e nel comportamento chimico; nell'ultimo caso sono composti completamente diversi.

L'isomeria spaziale o stereoisomeria si distingue in isomeria geometrica e isomeria ottica. L'isomeria geometrica si presenta quando in un composto è presente un doppio legame, come per esempio nel 2-butene:

Gli isomeri trans e cis hanno in genere diverse proprietà fisiche. L'isomeria ottica interviene quando in un composto è presente un atomo di carbonio detto chirale o asimmetrico in quanto è legato a quattro sostituenti diversi: in tal caso il composto può esistere in due forme (enantiomeri) che differiscono in quanto sono l'una l'immaginare speculare dell'altra e quindi non sovrapponibili (come la mano destra e la mano sinistra). L'acido lattico, per esempio, può esistere in due forme enantiomere (C^*=atomo di carbonio chirale).

Gli enantiomeri sono detti anche antipodi ottici perché ruotano da parti opposte il piano della luce polarizzata (la luce polarizzata è costituita da onde che oscillano nello stesso piano): l'enantiomero che lo ruota verso sinistra (in senso antiorario), indicato con (−), si dice levogiro, quello che lo ruota verso destra (in senso orario) si dice destrogiro (+). Gli enantiomeri hanno uguali proprietà chimiche e fisiche per il resto. Quando i due enantiomeri sono presenti in parti uguali si ha un racemo, otticamente inattivo.

Se la disposizione dei sostituenti è tale che un composto non possa risultare l'immagine speculare di un altro né sovrapponibile, l'enantiomero è detto diastereoisomero o diasteromero. Il numero massimo di diasteromeri è 2ⁿ, dove n è il numero di atomi di carbonio chirali presenti nella molecola. Quando una molecola contiene due atomi di carbonio chirali identici risulta otticamente inattiva (per compensazione interna) e il composto è detto meso.