unidad 4 · 2011-11-28 · estereoisómeros configuracionales son estereoisómeros aislables por...
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ESTEREOQUÍMICA
Unidad 4
Se denominan isómeros a los compuestos que tienen la misma fórmula molecular pero diferente estructura química
Dependiendo de la naturaleza de la diferencia entre las estructuras es posible clasificar los isómeros en varios subtipos
1-propanol 2-propanol etil metil éter (C3H8O)
Isómeros
constitucionales
o estructurales
Isómeros constitucionales o estructurales Estereoisómeros
ISOMERÍA
Clasificación
Isómeros
Constitucionales
Estereoisómeros
De cadena
De posición
De función
Conformacionales
Cis-trans o geométricos
Ópticos
Isomería Constitucional o de Estructura
No todos los grupos están
unidos a los mismos centros.
Son moléculas muy diferentes
tanto en sus propiedades físicas
como químicas
Son los compuestos que a pesar de tener la misma fórmula
molecular difieren en el orden en que están conectados los
átomos, es decir, tienen los mismos átomos conectados de forma
diferente (distinta fórmula estructural), por lo que pueden
contener distintos grupos funcionales o estructuras.
Compuestos que difieren en la distribución del
esqueleto de los átomos de carbono de la molécula.
H3C C
H
C
H
H
C
H
CH3
H
H
H3C C
CH3
C CH3
H H
H
H3C C
CH3
CH3
CH3
ISÓMEROS DE CADENA
C5H12
ISÓMEROS DE POSICIÓN
Difieren en las posiciones que ocupan sus grupos en
la estructura carbonada.
H3C C
H
CH3
Br
H3C C
H
CH2Br
H
CH3
CH3
CH3
CH3
ISÓMEROS DE FUNCIÓN
Compuestos que difieren en la naturaleza del
grupo funcional.
La forma en que están unidos los átomos da lugar
a grupos funcionales distintos
H3C C
H
C
H
H
O
H3C C
CH3
O
CetonaAldehído
C3H6O
C3H8O
Éter Alcohol
C3H6O2
Éster Ácido
Estereoisomería
Son isómeros que difieren entre sí únicamente
en el arreglo sus átomos en el espacio
Todos los grupos están unidos a los mismos centros
pero difieren en el orden en el espacio.
Son moléculas muy parecidas entre sí tanto en sus
propiedades físicas como químicas
ESTEREOISÓMEROS
ESTEREOISÓMEROS CONFORMACIONALES
ESTEREOISÓMEROS CONFIGURACIONALES
Producidos por la rotación en torno a un enlace simple C-C.
Interconvertibles a
temperatura
ambiente
Estereoisómeros no convertibles entre sí a temperatura ambiente
Isómeros geométricos, producidos
por la presencia de un doble
enlace en la molécula
Isómeros ópticos, producidos
normalmente por la presencia de un
centro quiral (carbono asimétrico)
Son diferentes disposiciones espaciales de
una molécula generadas por la rotación de
un enlace simple.
ESTEREOISOMEROS CONFORMACIONALES
Los estereoisómeros conformacionales de un
compuesto reciben el nombre de CONFORMEROS
de ese compuesto.
ESTEREOISOMEROS CONFORMACIONALES
Los confórmeros presentan las mismas conexiones entre los átomos y no
se pueden aislar a temperatura ambiente o próxima a ella, porque se
interconvierten rápidamente unos en otros. La barrera energética a
superar para la interconversión es baja.
Existen varias formas para representar
esquemáticamente las conformaciones
existentes por la rotación de un enlace C-C
simple.
La representación de cuña y caballete ven el enlace C-C desde un ángulo oblicuo e
indican la orientación espacial mostrando todos los enlaces C-H.
La representación de Newman ven directamente el enlace C-C y representan los
dos átomos de carbono mediante un círculo. Los enlaces unidos al carbono delantero
se representan por medio de líneas que van del centro del círculo y los enlaces del
carbono trasero con líneas que solo llegan a la circunferencia del círculo.
El giro de los grupos CH3 (metilo) de la conformación
alternada pueden llevar a otro disposición relativa de los
átomos de hidrógeno, de tal manera que en la nueva
colocación estos átomos eclipsan (tapan) a los átomos de
hidrógeno del otro grupo metilo, denominada conformación
eclipsada y es la más inestable por requerir mayor energía.
Representaciones de la molécula del propano
Conformación anti y gauche
Anti los dos grupos metilo
están lo más alejados entre
sí: 180°
Gauche los dos grupos
metilo forman ángulos
inferiores a 90°
Conformaciones de los cicloalcanos
La conformación de silla del ciclohexano es que presenta 6
hidrógenos colocados en posición axial y seis en posición
ecuatorial
Estereoisómeros Configuracionales
Son estereoisómeros aislables por separado a
temperatura ambiente o próxima a ella y la
barrera energética es alta.
No se puede interconvertir mediante un giro. Para
superponer dos estereoisómeros configuracionales es
necesario romper los enlaces y volver a formarlos.
Estereosisomeros configuracionales
Se clasifican:
isomeros geométricos: Compuestosque resultan de la libertad restringidade rotación alrededor de los doblesenlaces o en una estructura cíclica.Tales isómeros tiene propiedadesfísicas diferentes
isomeros ópticos: Se encuentran encompuestos capaces de producirrotación del plano de la luz polarizada.Las moléculas quirales, que sonimágenes estructurales que no puedensuperponerse.
Isomeros geométricos
La I.U.P.A.C: propuso la nomenclatura basado en las reglas de
Cahn-Ingold-Prelog que establecen el orden de prioridad según
el número atómico.
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
aleman Zusammen)
Si el doble enlace presenta los dos grupos de mayor prioridad del lados
opuestos de referencia se le asigna la configuración E (del alemán
entgegen)
Reglas:
1.- El carbono sp2 de la izquierda esta unido a un
CH3 e H. Como el C tiene mayor número atómico
se le asigna la 1ª prioridad.
2.- El carbono sp2 de la derecha esta unido a un
Br y F. Como el Br tiene mayor número atómico
se le asigna la 1ª prioridad.
3.- Como los dos átomos prioritarios están de
lados opuestos del doble enlace éste tipo de
configuración es E.
Isomería geométrica en sistemas cíclicos plegados
Si los sustituyentes prioritarios están del mismo lado de dichos
planos la molécula es cis. Si están en distinto lado es trans.
Isomería geométrica en sistemas cíclicos planos
Designa posiciones Cis (Z) o Trans (E)
E
E
ZE
No
ISOMERÍA ÓPTICA
La mayoría de sustancias no desvían el plano de polarización de la luz,
no son ópticamente activas, pero los isómeros ópticos sí lo son
En la pareja de enantiómeros, ambos desvían el plano de polarización el mismo número de grados, pero en
sentidos contrarios (Pasteur, 1848)
¿Por qué los isómeros ópticos desvían el plano de polarización de la luz?
Las moléculas de los isómeros
ópticos son quirales, existen en dos
formas, imágenes especulares, que
no son superponibles
Esta falta de simetría en las moléculas puede
estar producida por varías causas, la más
frecuente es que en ellas exista un
estereocentro, en general un carbono unido a
cuatro sustituyentes diferentes (carbono
quiral).
Ojo: Existen moléculas quirales que no tienen estereocentro: Alenos, Bifenilos, .. y
moléculas con estereocentros que no son quirales
ESTEREOISOMERO QUIRAL
ES AQUEL QUE NO ES SUPERPONIBLE CON SU IMAGEN EN EL
ESPEJO
ESTEREOISOMEROS
ESTEREOISOMERO QUIRAL
ES AQUEL QUE NO ES SUPERPONIBLE CON SU IMAGEN EN EL
ESPEJO
Se parecen como nuestras manos
Como una persona y su imagen en el espejo
O como multitud de objetos quirales
O como multitud de objetos quirales
O como multitud de objetos quirales
E incluso letras del alfabeto
b d
p q
ES AQUEL QUE ES SUPERPONIBLE CON SU IMAGEN EN EL
ESPEJO
ESTEREOISOMERO NO QUIRAL
Son superponibles
Tienen elementos de simetría como muchos otros objetos
ESTEREOISOMERO NO QUIRAL
Ejercicio: ¿Cuál de estas moléculas es quiral?
Dos estereoisómeros configuracionales pueden ser entre sí enantiómeros o diastereómeros
Los enantiómeros son estereoisómeros configuracionales que son imágenes especulares no superponibles entre sí
Los diastereómeros son estereoisómeros configuracionales que NO son imágenes especulares entre sí
DOS ESTEREOISOMEROS SON ENANTIOMEROS CUANDO UNO
ES LA IMAGEN EN EL ESPEJO DEL OTRO
ENANTIOMEROS
SON ESTEREOISOMEROS NO ENANTIOMEROS
DIASTEROISOMEROS
Uno no es la imagen en el espejo del otro
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.
Imágenes
especulares no
superponibles
No son
imágenes
especulares
Según la relación que guardan entre sí los estereoisómeros:
2-butanol
Ácido 2-hidroxipropanoico
(ácido láctico)
Ácido 2-aminopropanoico
(alanina)
Cahn, Ingold y Prelog establecieron el sistema de nomenclatura R/S para
nombrar la configuración absoluta de un estereocentro.
Se deja el grupo de prioridad menor (d) hacia atrás y se
observa el sentido de giro para ir desde el grupo de más
prioridad (a) hacia el de menor (c) de los tres que
quedan. Si el sentido es el de las agujas del reloj, la
configuración es R (rectus). Al contrario es S (sinister).
Configuración del estereocentro: R/S
Reglas de prelación
El número atómico de los átomos
directamente unidos al estereocentro
determina su orden de prioridad.
El átomo de mayor numero atómico tiene la
mayor prioridad. Si uno de ellos es un
hidrógeno, éste será el de prioridad menor.
Si hay dos átomos iguales unidos al
estereocentro, se observa en la posición
siguiente qué atomo tiene el número atómico
mayor. En caso de nueva coincidencia se sigue
a la siguiente posición, y así sucesivamente.
Si alguno de los átomos unidos al
estereocentro participa en un enlace doble o
triple, se supone que aquél está unido por
enlaces sencillos a un numero respectivamente
doble o triple de átomos.
En las proyecciones de Fischer cada carbono tetraédrico se representa como una cruz en la que, las líneas horizontales se dirigen hacia
afuera del papel y las verticales hacia adentro.
PROYECCIÓN DE FISCHER
orientar
Construir proyección
Fischer
Asignar prioridad
Determinar
configuración
Si el último grupo en prioridad está en la horizontal y la unión 1→ 2→ 3 va en
sentido R la configuración del estereocentro es opuesta, o sea, S
Si el último grupo en prioridad está en la horizontal y la unión 1→ 2→ 3 va en
sentido S la configuración del estereocentro es opuesta, o sea, R.
Una molécula con n estereocentros tiene un máximo de 2n estereoisómeros.
Moléculas con más de un centro quiral
La rotación de una proyección de Fischer afecta a la configuración del estereocentro representado:
El giro de 90º invierte la configuración
El giro de 180º conserva la configuración
Este giro de
180° en el plano
en una
proyección de
Fischer equivale
a un
número par de
intercambios de
grupos,
un giro de 90°
equivale a un
número impar de
intercambios (un
total de tres
interconversiones)
¿Tienen los compuestos la misma fórmula molecular?
Isómeros
No IsómerosNO
SI
¿Tienen los compuestos la misma conectividad?NO SI
Estereoisómeros
¿Son interconvertibles por rotación en torno a enlaces simples C-C?
Configuracional
NOSI
¿Es producida por un doble enlace?SI
Óptica
¿Son los compuestos imágenes especulares no superponibles?
NO
NOSI
Isomería
Isomería estructural o constitucionalDifieren en la conectividad
EstereoisomeríaDifieren en la orientación espacial
de funciónTienen grupos
funcionales distintos
de posiciónel grupo funcional es el mismo
pero están en otra posición
de cadenaMismo grupo funcional pero la forma de la cadena varía
ConformacionalPueden interconvertirse
por giro sobre enlace sencillo
ConfiguracionalNo se pueden
interconvertir mediante un giro
GeométricaIsómeros cis y trans
Óptica
EnantiómerosSon imágenes especulares
no superponibles
DiastereoisómerosNo guardan relación de
imagen especular
UNA VISIÓN GLOBAL DEL PROBLEMA
ESTRUCTURALES
ESTEREOISÓMEROS
ISÓMEROS
CONFORMACIONALES
CONFIGURACIONALES
Diastereómeros Enantiómeros
OTRA VISIÓN GLOBAL DEL
PROBLEMA