Tautomeria

Tautomeria é um caso de isomeria plana em que os compostos se encontram em um equilíbrio dinâmico entre os dois isômeros. Ocorre com compostos instáveis que possuem átomos eletronegativos.

A tautomeria acontece quando duas moléculas de mesma fórmula molecular, ou seja, isômeros, estão em um equilíbrio químico dinâmico numa mesma fase líquida. É um caso especial de isomeria plana em que as funções orgânicas envolvidas são aldeídos, cetonas e enóis. Veja a seguir como esse fenômeno ocorre e seu mecanismo.

Índice do conteúdo:

O que é a tautomeria

A tautomeria, também chamada de isomeria dinâmica, é um caso especial de isomeria plana. Nela, os isômeros coexistem em equilíbrio numa solução líquida e ambas moléculas possuem a mesma fórmula química, mas suas estruturas são diferentes. Ela acontece, principalmente, em moléculas com elementos muito eletronegativos, como oxigênio ou nitrogênio, porém é mais comum casos de tautomeria de cetonas ou aldeídos em equilíbrio com enóis.

“Enol” é uma função orgânica em que uma hidroxila está diretamente ligada a um carbono sp2, ou seja, carbono de dupla ligação, indicado pelo prefixo “en” no nome da função. Sendo assim, é da classe dos álcoois, por isso a terminação “ol”. Os enóis são compostos muito instáveis, justamente por conta do OH ligado ao carbono insaturado. Portanto, ocorre uma mudança da configuração estrutural da molécula com a finalidade de garantir maior estabilidade, a tautomeria.

Quando ocorre a tautomeria

Como dito anteriormente, a tautomeria ocorre quando moléculas cujas estruturas são instáveis e possuem elementos eletronegativos, buscam a estabilidade por um rearranjo de seus átomos. Essa mudança acontece pela quebra da ligação ℼ do carbono do enol, onde os elétrons serão deslocados para formar uma nova ligação com o hidrogênio da hidroxila. A ligação entre O e H se desloca para formar a carbonila.

mecanismo de tautomeria
Mecanismo genérico de tautomeria. As ligações novas estão em vermelho. R = H ou cadeia carbônica.

Como é formado uma carbonila depois do rearranjo dos átomos e ligações, os casos mais importantes de isomeria dinâmica são o da formação de cetonas ou aldeídos. Além disso, como os enóis são instáveis, o equilíbrio químico sempre estará deslocado para o lado das funções carboniladas, fato que é representado por uma seta maior que a outra no equilíbrio. Veja mais sobre cada um desses casos a seguir.

Tautomeria aldo-enólica

tautomeria aldo-enolica
Exemplo de equilíbrio aldo-enólico do propen-1-ol e propanal. Em vermelho, as novas ligações formadas após a tautomeria.

Nesse caso de tautomeria, ocorre o equilíbrio entre um enol e um aldeído. Dessa forma, o nome dado é “equilíbrio aldo-enólico” e sempre que o enol for terminal, ou seja, ligado à ponta da molécula, se formará um aldeído. É importante lembrar que, por ser um equilíbrio, aldeídos tendem a formar enóis, porém devido à instabilidade desse isômero, a função majoritária é a carbonilada.

Tautomeria ceto-enólica

tautomeria ceto-enólica
Exemplo de equilíbrio ceto-enólica entre buten-2-ol e butan-2-ona. Em vermelho, as novas ligações formadas após a tautomeria.

Já nesse caso, quando a função enólica estiver no meio da estrutura da molécula, acontecerá um equilíbrio ceto-enólico, visto que a função orgânica do isômero é a cetona. O mecanismo de troca entre os isômeros é o mesmo e, assim como anteriormente, o equilíbrio é deslocado no sentido da cetona (estrutura com a função carbonilada).

A tautomeria é um processo que acontece com praticamente todas as moléculas que possuem átomos eletronegativos ligados a duplas ligações, porém os casos mais importantes são os citados. Além disso, ela é importante para o DNA, já que a guanina, uma das bases nitrogenadas, sofre a tautomeria para poder interagir com a citosina, comprovando que ela ocorre com compostos que possuem outros elementos.

Vídeos sobre tautomeria

Agora que o conteúdo foi apresentado, veja alguns vídeos que foram selecionados para ajudar a assimilar o tema estudado:

O que é a isomeria dinâmica

A tautomeria ocorre quando dois compostos de mesma fórmula molecular, porém de funções químicas diferentes, estão em equilíbrio químico. Os casos mais estudados são de equilíbrio ceto-enólico e aldo-enólico. Assista ao vídeo para entender o que é cada um desses casos e veja exemplos de como ocorre o mecanismo de troca de isomeria desse conteúdo de química orgânica.

Tautomeria é uma reação intramolecular

A isomeria dinâmica é um exemplo de reação intramolecular, ou seja, que ocorre dentro de uma mesma molécula. Quando a reação acontece, os átomos e ligações químicas do composto são rearranjados, formando o composto novo. Veja no vídeo mais detalhes sobre esse tópico.

Exercício resolvido sobre tautomeria

Tautomeria é um conteúdo cobrado em vestibulares, assim como as outras formas de isomeria. Assista à resolução de uma questão do ENEM 2020 que envolvia o equilíbrio aldo-enólico de moléculas de feromônios sintéticos que são potenciais substitutos de pesticidas.

Em síntese, a tautomeria é um tipo de isomeria plana em que ocorre o equilíbrio dinâmico entre duas moléculas de funções químicas diferentes, geralmente cetonas e aldeídos em equilíbrio com enóis, que são moléculas instáveis. Não pare de estudar por aqui, aprenda também sobre as funções oxigenadas e como nomear compostos da classe dos aldeídos e cetonas.

Referências

Química Orgânica (1976) – T. W. Graham Solomons
Química Orgânica – Volume 1 (1987) – Paula Yurkanis Bruice
Organic Chemistry (2001) – Jonathan Clayden, Nick Greeves e Stuart Warren

Lucas Makoto Tanaka dos Santos
Por Lucas Makoto Tanaka dos Santos

Bacharel em Química pela Universidade Estadual de Maringá (UEM), mestrando em Química Analítica, com ênfase em desenvolvimento de métodos analíticos, metabolômica e espectrometria de massas no Laboratório de Biomoléculas e Espectrometria de Massas (LaBioMass), na mesma universidade.

Como referenciar este conteúdo

Tanaka dos Santos, Lucas Makoto. Tautomeria. Todo Estudo. Disponível em: https://www.todoestudo.com.br/quimica/tautomeria. Acesso em: 20 de September de 2021.

Exercícios resolvidos

1. [Univali-SC]

Tautomeria é um caso particular de isomeria de função no qual dois isômeros coexistem em equilíbrio. A alternativa que contém o par que exemplifica o exposto acima é:

a) Éter etílico e éter metilpropílico.
b) Ciclobutano e metilciclobutano.
c) Propanona e 2-propenol.
d) Éter metílico e álcool etílico.
e) Dietilamina e metilpropilamina.

Analisando as funções orgânicas das moléculas de cada alternativa:
a) Éter e éter → não sofre tautomeria
b) Hidrocarboneto e hidrocarboneto → não sofre tautomeria
c) Cetona e enol → sofre tautomeria
d) Éter e álcool → não sofre tautomeria
e) Amina e amina → não sofre tautomeria

Sendo assim, a alternativa correta é a letra c. O que acontece é explicado pelo equilíbrio de tautomeria ceto-enólica abaixo:

É possível perceber que o isopropenol, por ser uma molécula instável (é um enol) tende a buscar tal estabilidade rearranjando seus átomos em uma nova configuração. Isso acontece quando o hidrogênio da hidroxila migra para o carbono sp2, quebrando a ligação ℼ entre os dois carbonos. Esse par de elétrons migra para compensar a perda do próton do oxigênio, formando a carbonila e, consequentemente, a propanona, molécula majoritária.

2.

A tautomeria é uma isomeria dinâmica que, numa mesma fase líquida, uma molécula instável busca a estabilidade modificando sua estrutura molecular, se transformando num isômero de função orgânica distinta. É o caso dos enóis, álcoois com a hidroxila ligada a um carbono sp2, ou seja, que faz ligação dupla com outro carbono. Quando um enol se tautomeriza, ele pode se transformar em uma cetona ou aldeído. Sabendo disso, qual dos compostos abaixo realizam a tautomeria com a molécula de 1-buten-1-ol.

a) Butanol
b) Ácido butanoico.
c) Butanona.
d) Butanal.
e) Butilamina.

A alternativa correta é a letra d) Butanal. O equilíbrio de tautomerização do 1-buten-1-ol é o seguinte:

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