Super Reforço: Química Orgânica: Isomeria geométrica ou cis-trans

A isomeria geométrica ou cis-trans ocorre em compostos de cadeia aberta com pelo menos uma ligação dupla entre carbonos que possuam os ligantes diferentes entre si.

A isomeria espacial ou estereoisomeria ocorre quando temos dois compostos com mesma fórmula molecular, mas que se diferenciam pelo arranjo espacial de seus átomos. Não é possível ver a diferença entre esses isômeros somente analisando a fórmula estrutural plana, porque eles possuem o mesmo tipo de cadeia carbônica, o mesmo grupo funcional, a mesma insaturação e o mesmo substituinte ou heteroátomo.

Esses isômeros, chamados de estereoisômeros, podem ser diastereoisômeros ou enantiômeros. A isomeria espacial do tipo geométrica, também chamada de cis-trans, ocorre com os diastereoisômeros, que são isômeros que não são a imagem especular um do outro.

A isomeria geométrica ocorre especialmente em compostos de cadeia aberta que possuem ligação dupla entre pelo menos dois átomos de carbono, sendo que cada átomo de carbono da dupla possui os seus grupos ligados diferentes entre si.

Vejamos um exemplo para entender como esse tipo de isomeria espacial ocorre: Considere os dois isômeros formados pelo but-2-eno:

Temos que:

Cis: Os grupos ligantes iguais ficam do mesmo lado do plano espacial;
Trans: Os grupos ligantes iguais ficam de lados opostos do plano espacial.

A dupla ligação entre os carbonos é rígida, ou seja, não é passível de sofrer rotação e de ser a mesma molécula, mas sim corresponde a compostos diferentes. É por isso que a isomeria geométrica não ocorre em compostos de cadeia aberta que sejam saturados, isto é, que possuam somente ligações simples entre os carbonos, tendo em vista que essas ligações podem sofrer rotação e serem, na verdade, somente um composto orgânico.

Em compostos que possuem ligações triplas entre os carbonos, a isomeria geométrica também não ocorre, porque tais átomos só podem realizar mais uma ligação, visto que já possuem três.

Além disso, os dois grupos ligantes de cada carbono da insaturação devem ser diferentes, pois, conforme os exemplos abaixo mostram, se houver só um grupo diferenciado, a isomeria geométrica não ocorre:

Exemplos em que a isomeria geométrica não ocorre:

Os isômeros geométricos possuem diferentes propriedades químicas e físicas. Por exemplo, o ácido butenodioico possui dois isômeros (cis e trans), mostrados abaixo:

Conformações cis-trans do ácido maleico e do fumárico

Veja que o ácido maleico é o isômero cis porque os dois grupos hidroxila (OH) estão no mesmo plano. Em razão dessa conformação, esse ácido é capaz de sofrer desidratação intramolecular e é um composto tóxico.

Já o ácido fumárico possui os dois grupos hidroxila (OH) em planos opostos, não sendo capaz de fazê-los interagir e, em razão do impedimento espacial, ele não sofre desidratação intramolecular. Além disso, o ácido fumárico não é tóxico, mas é natural ao corpo humano e é usado em tratamentos de pele, tais como tratamentos contra acne. Ele está presente na planta fumária (Fumaria officinalis) mostrada no início do texto.

A isomeria geométrica (cis-trans) também ocorre em compostos de cadeia fechada, desde que existam no ciclo dois átomos de carbono com dois grupos diferentes, como mostrado a seguir: