3.2: Isômeros constitucionais dos alcanos

Compostos orgânicos da mesma fórmula molecular podem ter fórmulas estruturais diferentes chamadas isômeros constitucionais, e o fenômeno é conhecido como isomeria constitucional. Alcanos com quatro ou mais carbonos apresentando múltiplas estruturas com a mesma fórmula molecular exibem, portanto, isomeria constitucional.

O isômero linear de um alcano é prefixado pelo termo “n”; portanto, um isômero linear de pentano é conhecido como n-pentano. Com base no tipo de ramificação, alguns dos isômeros ramificados recebem os prefixos “iso” e “neo”. Por exemplo, o pentano tem dois isômeros ramificados, isopentano e neopentano. O isopentano possui uma cadeia linear de quatro carbonos com um único substituinte metil, enquanto o neopentano possui uma cadeia linear de três carbonos com dois grupos metil como substituintes.

A possibilidade de ramificação aumenta com o crescente número de átomos de carbono na cadeia ao longo da série homóloga, levando ao aumento exponencial do número de isômeros constitucionais. Por exemplo, o alcano hexano de seis carbonos tem cinco isômeros, enquanto o número de isômeros aumenta para 75 para o alcano decano de 10 carbonos.

Apesar de possuírem a mesma fórmula molecular, os isômeros apresentam variações significativas em suas propriedades físicas, como pontos de fusão e de ebulição.

Os alcanos contêm dois tipos de ligações simples: carbono-carbono e carbono-hidrogênio.

Alcanos simples, como metano, etano e propano, têm apenas uma maneira de organizar seus átomos, o que implica que eles têm uma única fórmula estrutural.

No entanto, alcanos com quatro ou mais carbonos podem ter seus átomos organizados de várias maneiras para a mesma fórmula molecular; eles podem mostrar isomerismo constitucional ou isomerismo estrutural.

Por exemplo, o alcano de quatro carbonos, butano, tem dois isômeros estruturais. A forma de cadeia reta tem quatro átomos de carbono que são linearmente dispostos.

Em comparação, a forma ramificada tem uma cadeia de três carbonos com o quarto carbono ligado como uma cadeia lateral, ou ramo, ao segundo carbono da cadeia.

Cada isômero de butano tem dez átomos de hidrogênio ligados a quatro átomos de carbono. O butano, portanto, possui dois isômeros estruturais com a mesma fórmula molecular.

Além disso, os isômeros variam em suas propriedades físicas: o butano ramificado tem um ponto de ebulição de -11,6 ° C, enquanto o butano de cadeia linear ferve a -0,5 ° C.

Em comparação com o butano, que possui apenas um isômero ramificado, os alcanos superiores podem se ramificar em qualquer carbono adequado. Assim, alcanos superiores podem ter muitos isômeros ramificados distintos, mas apenas um isômero de cadeia linear.

Por exemplo, o pentano, C₅H₁₂, tem um isômero de cadeia linear e dois isômeros ramificados. O isômero de cadeia linear, também conhecido como n-pentano, tem todos os cinco átomos de carbono em uma cadeia não ramificada.

Um dos isômeros ramificados tem uma cadeia de quatro carbonos, com o quinto carbono ramificando-se do carbono na segunda posição. Este isômero é chamado de iso-pentano por causa do grupo −CH(CH₃)₂ no final da cadeia.

O outro isômero ramificado tem uma cadeia de três carbonos com o quarto e quinto carbonos ramificando-se a partir do carbono central. Este isômero é chamado de neopentano devido ao grupo terminal −C(CH₃)₃.