¿Qué es el metamerismo?

Question

Según el metamerismo en grupos funcionales polivalentes, si ambos grupos alquilo alrededor del grupo funcional son diferentes, entonces se consideran metámeros, pero en algunos libros se menciona que si uno de los grupos alquilo es diferente, entonces es un metámero.

En mi opinión, por ejemplo, el éter dietílico y el éter metil propílico son metámeros. Pero el éter metil propílico y el éter metil isopropílico deberían ser isómeros de posición y no metámeros.

¿Cuál es la verdad?

Answer 1

Los términos metamerismo, o metamer, en un sentido de isomerismo químico (hay otros significados en zoología y colorimetría), son muy antiguos. Actualmente, no se utilizan ni se mencionan en textos de química autoritativos.

Incluso el antiguo Diccionario de Química de Watts de 1892 afirma que los términos relacionados no tienen una definición concluyente:

ISOMERISMO. Incluso un lector superficial de la literatura química pronto se dará cuenta de que el término isomérico y las expresiones afines alotrópico, metamérico y polimérico no siempre se utilizan de manera consistente, y tendrá dificultades considerables para comprender claramente su importancia exacta y relativa; (…)

(…)

METAMERISMO. Este término se aplica generalmente a aquellos casos de isomerismo en los cuales los compuestos muestran identidad de composición elemental, pero pertenecen a diferentes tipos de clases (…).

(…)

(…) Por ejemplo, desde hace tiempo ha sido cuestionado si el acetona etílica acetacetato debe representarse como $\ce{CH3-CO-CH2-CO2Et}$ o por la fórmula $\ce{CH3-C(OH)=CH-CO2Et}$. Se ha dado una discusión de tales causas por Laar (…), quien propone denominar a tales isómeros tautoméricos. Pero, como él mismo prácticamente admite, el uso de tal término tiene sabor a tautología. Posteriormente, V. Meyer presentó una sugerencia de Jacobson para sustituir desmotrópico por tautomérico. Hantzsch y Herrmann (…), mientras usan el término tautomerismo al hablar de compuestos capaces de pasar de un tipo al otro, propusieron limitar el término desmotrópico a cada uno de los estados. Dado que los fenómenos en cuestión son el resultado de la movilidad y no de la fijación, el nuevo término también parece ser especialmente mal elegido, y teniendo en cuenta la intención de Berzelius al introducir el término metamérico (ver p. 81), parece que este antiguo término es particularmente apropiado para usar en tales casos. (…)

O S. A. Norton, The elements of chemistry: inorganic and organic (1884)

Isomerismo.

Dos o más compuestos que contienen los mismos elementos y tienen la misma composición porcentual, pero difieren en propiedades, se dice que son isoméricos. Hay varias variedades de Isomerismo:

1. Los cuerpos son físicamente isoméricos cuando difieren solo en ciertas propiedades físicas, como sus olores o su relación con la luz polarizada. Más de veinte aceites volátiles tienen la composición $\ce{C10H16}$ (limones, naranjas, bergamota).

2. Los cuerpos son isoméricos en el sentido estricto de la palabra cuando tienen la misma densidad de vapor, la misma composición porcentual y exhiben cambios químicos similares bajo circunstancias similares. Así, hay dos alcoholes butílicos primarios que son estrictamente isoméricos: $\ce{CH3CH2CH2CH2OH}$ y $\ce{(CH3)2CHCH2OH}$, que dan lugar a otros compuestos, ácidos, éteres, etc., que también son isoméricos.

3. En el uso general de la palabra, los cuerpos metaméricos también se llaman isómeros. Los cuerpos son metaméricos cuando tienen la misma composición porcentual y el mismo peso molecular, pero exhiben propiedades químicas disímiles bajo circunstancias similares.

   El ácido propiónico, el acetato de metilo y el formiato de etilo tienen la misma fórmula molecular, $\ce{C3H6O2}$, pero cuando son tratados con potasa cáustica producen productos muy diferentes:
   (…)

   Algunos metaméricos son tan diferentes que no se ha imaginado ninguna similitud de estructura. Tales son el almidón y la goma arábiga, que son pseudoisómeros.

   Los metaméricos se encuentran en todos los términos superiores a $\ce{C3}$, y aumentan rápidamente en número con cada adición de $\ce{CH2}$. Se conocen cuatro alcoholes butílicos, dos primarios, que son estrictamente isoméricos entre sí, y otros dos metaméricos con estos, que no forman ácidos y éteres correspondientes.

4. Los cuerpos poliméricos están de acuerdo en la composición porcentual, pero no tienen el mismo peso molecular. Sus fórmulas son múltiplos de algunas fórmulas empíricas comunes a todos, como el $\ce{CH2}$ en los olefinas, $\ce{C_nH_{2n}}$.

Entonces, el significado histórico de los mesómeros es que son isómeros con propiedades muy diferentes, diferentes grupos funcionales.

Por el contrario, hay varios libros de texto de química orgánica (principalmente de origen indio), con una definición algo contraria, por ejemplo, Tewari & Vishnoi: A Textbook of Organic Chemistry, 4th Edition:

Metamerismo

Los compuestos de la misma serie homóloga muestran este tipo de isomerismo debido a la distribución desigual de átomos de carbono (…)

(…)

(ii) Metamerismo. El grupo carbonilo puede ocupar una posición diferente en la cadena de carbono para dar metameros.

$\ce{CH3CH2COCH2CH3}$      $\ce{CH3CH2CH2COCH3}$

Por lo tanto, creo que estos términos no deberían ser utilizados.

Answer 2

La pregunta está mal formulada. Ambos grupos alquilo son diferentes... ¿unos de otros? si un grupo alquilo es diferente (¿de qué?)... Los metámeros son isómeros que difieren en la distribución de los átomos de carbono estructurales en los lados de un grupo funcional polivalente. Como tal, dados una cadena lineal, también son isómeros posicionales, con respecto a la posición del grupo funcional polivalente. Los cuatro éteres que presentaste como ejemplo son metámeros. Personalmente, nunca había oído hablar de metámeros excepto en un curso introductorio, por cierto.