Isomeria costituzionale

Isomeria costituzionale

La diversa connettività degli isomeri di struttura può essere ricondotta a tre diverse cause, in relazione alle quali l'isomeria costituzionale si suddivide ulteriormente in isomeria di catena, iso­meria di posizione e isomeria di gruppo funzionale

isomeria di catena

Consideriamo i seguenti due composti di formula molecolare C₄H₁₀

Essi differiscono per la disposizione degli atomi di carbonio. Nel primo composto si ha una catena lineare, mentre nel secondo si ha una catena ramificata.

In questo caso i due composti sono isomeri in quanto hanno la stessa formula grezza; ma differiscono net modo in cui gli atomi di carbonio sono legati e sono detti isomeri di catena.

Lo stesso tipo di isomeria si presenta se gli atomi di carbonio sono legati per formare un ciclo. E' il caso dei seguenti composti a cate­na ciclica di formula molecolare C₆H₁₂

Isomeria di posizione

Consideriamo ora i seguenti composti di formula molecolare C₃H₇Cl

Si osserva che l'atomo di Cloro è in posizione diversa. I due composti sono quindi definiti isomeri di posizione in quanto hanno la stessa formula grezza, ma differiscono unicamente per la posizione dell'atomo di Cloro

Isomeria di gruppo funzionale

Sono compo­sti che, pur dotati della stessa formula molecolare, presentano gruppi funzionali diversi. Di questa ca­tegoria fanno parte ad esempio composti quali l'eta­nolo (gruppo funzionale -OH) e il dimetil-etere (gruppo funzionale -O-), entrambi con formula molecolare C₂H₆O

Un tipo particolare di isomeria di gruppo funzionale è la tautomeria. Le molecole tra le quali esiste tautomeria sono dette tautomeri e la reazione chimica che converte un tautomero nel suo isomero è detta tautomerizzazione. Nella maggior parte dei casi la tautomerizzazione comporta un trasferimento di un atomo di idrogeno (tautomeria prototropica), accompagnato dallo scambio di un legame covalente singolo con uno doppio adiacente. In soluzione, dove è possibile che avvenga la tautomerizzazione, si raggiunge un equilibrio chimico tra i vari tautomeri.

L'acido ortofosforoso H₃PO₃, ad esempio, in soluzione acquosa è in equilibrio con il suo tautomero, l'acido fosfonico. Uno dei tre ossidrili dell'acido ortofosforoso si dissocia perdendo uno ione H⁺. L'anione ortofosfito che si genera è descrivibile come un ibrido di risonanza in cui la carica negativa è delocalizzata tra l'atomo di Ossigeno e quello di Fosforo. L'anione può quindi ricatturare lo ione H⁺ perso in precedenza utilizzando l'atomo di Fosforo (parzialmente negativo), generando in tal modo l'acido fosfonico.

Si noti come, mentre le due molecole tautomere esistono e descrivono due strutture molecolari isomere in reciproco equilibrio, le due strutture che descrivono l'anione risonante non esistono, essendo due strutture limite usate per rappresentare la reale struttura dell'anione risonante, ad esse intermedia.

Un analogo esempio di tautomeria si ha con l'acido ipofosforoso  H₃PO₂ (o acido fosfinico)