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TEMA 7.- Estereoisomería. Isomería: constitucional y estereoisomería. Isomería óptica. Quiralidad y enantiomería. Configuraciones absoluta y relativa. Moléculas con dos o más estereocentros: diastereoisomería y formas meso. Isomería geométrica.
I. Estructural o I. Constitucional(diferente conectividad entre los enlaces)
Cadena
Función
Posición
I. Espacial o Estereoisomería(igual ordenación de enlaces)
I. Conformacional(giro enlaces)
I. Configuracional(ruptura enlaces)
I. óptica
I. geométrica
ISOMERIA
(diferente orientación espacial)cis-trans
Z-E
EnantiómerosDiastereoisómeros
Isomería de cadena u ordenación. Presentan isomería de cadena u ordenación aquellos compuestos que tienen distribuidos los átomos de C de la molécula de forma diferente.
Isomería de posición. La presentan aquellos compuestos que teniendo los mismos grupos funcionales están en posiciones diferentes.
Isomería de función. La presentan aquellos compuestos que tienen distinto grupo funcional.
Isomería estructural o constitucional
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Estereoisómeros son sustancias cuyas moléculas tienen el mismo número y tipo de átomos colocados en el mismo orden, diferenciándose únicamente en la disposición espacial que ocupan.
Isomería conformacional
Isomería geométrica
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Un isómero óptico es aquel que tiene la propiedad de hacer girar el plano de la luz polarizada, hacia la derecha o hacia la izquierda.
Esta propiedad se mide en un aparato llamado polarímetro y se denomina actividad óptica. Si el estereoisómero hace girar la luz hacia la derecha se denomina dextrógiro, y si lo hace girar hacia la izquierda se denomina levógiro.
Los isómeros ópticos tienen, por lo menos, y normalmente, un carbono quiral.Un carbono es quiral (o asimétrico, centro estereogénico) cuando está unido a 4 sustituyentes distintos. Una molécula es quiral cuando no presenta ningún elemento de simetría (plano, eje o centro de simetría). Las moléculas quirales presentan actividad óptica.
La quilaridad es una propiedad importante en la naturaleza ya que la mayoría de los compuestos biológicos son quirales.
Isomería óptica
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POLARIMETROPOLARIMETROInstrumento que se utiliza para medir la rotación de la luz polarizada causada por los isómeros ópticos .El principio del polarímetro es muy simple, como puede comprobarse a través de la figuras siguientes:
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ENANTIÓMEROS
Los estereoisómeros que son imágenes especulares no superponibles reciben el nombre de enantiómeros.
Los enantiómeros sólo se presentan en los compuestos cuyas moléculas son quirales.
Se define como molécula quiral aquélla que no puede superponerse a su reflexión especular.
La palabra quiral proviene del griego cheir, que significa "mano".
ENANTIÓMEROS
Mezcla racémica: mezcla equimolar de enantiómeros (50% R, 50% S). Uno de los enantiómeros de la mezcla gira el plano de polarización de la luz el mismo ángulo pero en sentido contrario que el otro enantiómero, de ello se deduce que la mezcla en igual proporción de ambos enantiómeros no muestra rotación óptica y es por tanto ópticamente inactiva.
COOH
H CH3OH
COOH
H3C HOH
ácido láctico
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Nomenclatura de enantiómeros
El sistema más aceptado para nombrar la configuración de un centro estereogénico es la denominada convención de Cahn, Ingold y Prelog, que asigna una letra R o S a cada centro estereogénico de una molécula quiral.Las reglas que hay que seguir para asignar una configuración R o S son las siguientes:
1º. Cada átomo unido al carbono estereogénico recibe un número 1, 2, 3 ó 4. El 1 se asigna al grupo de mayor prioridad y el 4 al de menor prioridad. La prioridad se establece según el número atómico: el átomo de mayor prioridad es el de mayor número atómico.
2º. Una vez asignado el orden de prioridad se mira el carbono estereogénicodesde el lado opuesto al grupo de menor prioridad.
Si el orden de prioridades decreciente de los restantes grupos representa una secuencia en el sentido de las agujas del reloj se asigna al estereocentro la configuración R (rectus, derecha).
Si la secuencia gira en el sentido opuesto a las agujas del reloj la configuración del estereocentro es S (sinister, izquierda).
1º.- El orden de prioridad de los grupos unidos al carbono estereogénico en base al número atómico es, de mayor a menor, Cl > F > C > H. Por tanto, el orden de prioridad será
Cl (1º) , F (2º) , C (3º) y H (4º)
2º- Una vez asignado el orden de prioridad hay que mirar al compuesto quiral desde el lado opuesto al que ocupa el último grupo en prioridad, tal y como se indica en los siguientes esquemas
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Proyectar consiste en dibujar en dos dimensiones (plano) una molécula. En la proyección de Fischer la molécula se dibuja en forma de cruz con los sustituyentes que van al fondo del plano en la vertical y los grupos que salen hacia nosotros en la horizontal, el punto intersección de ambas líneas representa el carbono proyectado.
Proyección de Fischer
1. Se orienta la estructura de manera que el carbono del esterocentro quede contenido en el plano del papel, dos de los sustituyentes se dirijan hacia el observador y los otros dos sustituyentes se alejen del observador:
Para asignar la configuración R o S en las proyecciones de Fischer se determina primero el orden de prioridad según la convención Cahn-Ingold-Prelog.
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Cuando un compuesto orgánico contiene dos o más centros estereogénicos son posibles un máximo de 2n estereoisómeros. A continuación, se indican las proyecciones de Fischer de los cuatro posibles estereoisómeros del 3-bromobutan-2-ol y las relaciones de estereoisomería que se establecen entre ellos.
Compuestos con varios carbonos quirales: Diastereoisómeros y compuestos meso
Diastereoisómeros
Estereoisómeros que no son enantiómeros. Estereoisómeros que no son imágenes especulares entre sí.
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Compuestos mesoUna forma meso es un compuesto que contiene dos o más estereocentros y es superponible con su imagen especular. Los compuesto meso contienen un plano de simetría que divide la molécula en dos, de tal forma que una mitad es la imagen especular de la otra.Es una molécula aquiral debido a la presencia de un elemento de simetría (plano, centro de inversión o eje ).
Compuestos meso
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Isomería geométricacis/trans Z/E
Si el doble enlace presenta los dos grupos de mayor prioridad del mismo lado del plano de referencia se le asigna la configuración Z (del alemán zusammen). Cis: (Si los grupos son iguales)
Si el doble enlace presenta los dos grupos de mayor prioridad de lados opuestos del plano de referencia se le asigna la configuración E (del alemán entgegen). Trans: (Si los grupos son iguales)
Los alcanos de cadena abierta experimentan rotaciones en sus enlaces sencillos carbono-carbono, por lo que son libres para adoptar cualquiera del infinito número de conformaciones posibles.
Los alquenos tienen enlaces dobles rígidos que impiden la rotación, pero pueden dar lugar a isómeros cis y trans, que poseen diferentes orientaciones de los grupos sustituyentes del doble enlace.
Un cicloalcano tiene dos caras diferentes. Si dos sustituyentes se orientan hacia la misma cara tendrán una disposición cis y si se orientan hacia caras opuestas, será trans. Estos isómeros geométricos no se pueden convertir el uno en el otro sin romper o modificar los enlaces.
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trans-dicloroetenocis-dicloroeteno cis-2-buteno trans-2-buteno
ESTEREOQUÍMICA EN LAS REACCIONES QUÍMICAS
Partimos de un compuesto ópticamente inactivo.
Si no hay nada quiral en el medio de reacción a partir de un compuesto ópticamente inactivo se obtienen racémicos aunque se forme un centro quiral.
El carbono secundario que sufre la reacción no es quiral, pero se le denomina proquiralporque al reaccionar da lugar a un centro quiral o estereogénico
Br2
a
b
H
CH2CH3
CH3
Br
H CH2CH3
CH3
Br
H CH2CH3CH3
arribaabajo
(S)-2-bromobutano
(R)-2-bromobutano
H CH2CH3
CH3
Br
Br
H CH2CH3CH3
Br
Br
50%
50%
Radical plano y simétrico
Br
hν
Br2 *
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Partimos de un compuesto quiral pero no se afecta el centro quiral.
Partimos de un compuesto quiral pero se afecta el centro quiral.
H
BrCH2CH3
H3C
C l2, hν
e n C 4H
BrCH2CH2Cl
H3C
2 S 3 S
C l2, hν
en C 1H
BrCH2CH3
ClH2C
2 R
1 11
2
2
2
3
3
3
Br CH2CH3
CH3
R adical plano y simétrico
H
BrCH2CH3
H3C
Cl2, hνCl
BrCH2CH3
H3C
2S 50% 2S
+
Cl
BrCH2CH3H3C
50% 2R
Cl2
Cl2
Partimos de un compuesto quiral y se forma un nuevo centro quiral.
Los estados de transición no tienen la misma energía
Cloración en posición 3 del (S)-2-bromobutano ópticamente puro
Obtenemos pareja de diastereoisómerosCl
Cl
HH3C
C C H3
H
Br
Cl
Cl
HH3C
C C H3H
Br
C C
Br
H3CH C H3
H
C l
H
Br
H3CC H3
H
H3CH
Br
C l
C H3H
S S
S R
25%
75%
Radical intermedio planopero no simétrico
Diastereoisómeros
Ataque más impedido
Ataque menos impedido
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RESOLUCIÓN DE RACEMATOS
Resolución química
X R + X S
X RY S + X SY S
X RY SX SY S
X R + Y S X S + Y S
X R X S
reactivo ópticamente puro Y S
mezcla racémica
separación de diastereoisómeros
escisión
separar y recuperar Y S
Puro
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