CARRERA DE ESPECIALIZACION EN BIOTECNOLOGIA INDUSTRIAL FCEyN-INTI

Transcripción

1 CARRERA DE ESPECIALIZACION EN BIOTECNOLOGIA INDUSTRIAL FCEyN-INTI Materia de Articulación CEBI_A3 QUIMICA ORGANICA DE BIOPROCESOS Docente a cargo: Dra. Silvia Flores CEBI_A3_ 2: Estereoquímica

2 ISOMERÍA Los compuestos que tienen igual fórmula química pero diferente ordenamiento estructural o espacial de sus átomos se denominan ISÓMEROS Isomería espacial Isómeros conformacionales (3D) Isómeros configuracionales constitucional enantiómeros diásterómeros

3 Isómeros Constitucionales (estructurales) Igual número y tipo de átomos pero con distinta conectividad. Igual o distinta funcionalidad. Poseen propiedades físicas diferentes.

4 Isómeros Constitucionales Tautómeros Estructuras diferentes en equilibrio

5 Isómeros Constitucionales Tautómeros Estructuras diferentes en equilibrio

6 Estereoisómeros Conectados en el mismo orden pero con diferente orientación espacial Confórmeros Por rotación de un enlace σ Csp 3 - Csp 3

7 Estereoisómeros Confórmeros Conformaciones de los compuestos cíclicos Confórmeros más estables con sustituyentes en posición ecuatorial

8 Etereoisómeros Isómeros geométricos Debido a restricciones en la rotación de enlaces Asignación de prioridades según reglas CIP -Diasterómeros en compuestos cíclicos -Diasterómeros en compuestos con dobles enlaces (alquenos)

9 Estereoisómeros Isómeros configuracionales Enantiómeros Isómeros cuyas imágenes especulares no son superponibles entre sí. a) Restricción rotacional (ejes estereogénicos). b) Presencia de carbonos quirales (centros estereogénicos).

10 Configuración absoluta Reglas CIP para asignar prioridades a los cuatro sustituyentes de un carbono quiral: 1- Asignar prioridades 2- El sustituyente de menor prioridad «hacia atrás» 3- Definir sentido de giro en función de prioridades crecientes del resto de los sustituyentes. Proyecciones de Fischer

11 Molécula quiral: no puede superponerse con su imagen especular (presencia de ejes o centros estereogénicos). Una molécula quiral posee al menos un elemento estereogénico el cual posee una configuración absoluta definida. Enantiómeros: par de moléculas quirales o isómeros geométricos que son imágenes especulares entre sí y poseen configuración absoluta opuesta de todos sus elementos estereogénicos. Diásterómeros: estereoisómeros que no son imágenes especulares entre sí.

12 Formas meso: moléculas con carbonos quirales pero con un eje interno de simetría o punto de inversión. Globalmente, no son moléculas quirales. (2R, 3R)-ácido tartárico (2S, 3S)-ácido tartárico ácido meso-tartárico Plano de simetría Centro de inversión meso-2,3-butanodiol

13 Epímeros: Diasterómeros que difieren solo en la configuración de uno de sus centros estereogénicos. D-Glucosa D-Galactosa Las moléculas quirales no poseen planos de simetría ni puntos de inversión. Dos enantiómeros tienen propiedades físicas y químicas idénticas (solubilidad, punto de fusión y ebullición, reactividad con compuestos no quirales, propiedades espectroscópicas). Sin embargo pueden diferenciarse por su reactividad con otros compuestos quirales, sabor y aroma, actividad biológica y actividad óptica.

14 Esteroquímica Relativa - Compuestos cíclicos cis trans - Nomenclatura L D (hidratos de carbono, aminoácidos)

15 Esteroquímica Relativa - Sistemas bicíclicos exo-endo - Anómerosαy β Grupo Aldehído α α-d-glucopiranosa β β-d-glucopiranosa

16 Esteroquímica Relativa - Anómerosαy β α D-Fructopiranosa β D-Fructopiranosa β D-Fructofuranosa α D-Fructofuranosa O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O D-Fructosa O O O O O O

17 Esteroquímica Relativa - Polímeros estereorregulares

18 TOPOLOGÍA MOLECULAR Proestereoisomería/ Proquilaridad Se pueden establecer relaciones entre átomos o grupos funcionales de una misma molécula. La diferenciación de dicho grupos a través de métodos espectroscópicos o reactividad química, dependerá de su relación topológica. Grupos omomórficos eteromórficos omotópicos eterotópicos Estereotópicos eterotópicos constitucionales Enantiotópicos Diasterotópicos

19 Grupos homomórficos Idéntica constitución Grupos omotópicos: Al sustituirlos resultan productos idénticos (a y b). Idénticos Grupos eterotópicos constitucionales: Al sustituirlos resultan isómeros constitucionales (a y c).

20 Grupos homomórficos Grupos Enantiotópicos: Al sustituirlos resultan enantiómeros (c y d). El C involucrado puede convertirse en quiral. Se lo denomina proestereogénico. Además generaría quilaridad en la molécula, entonces es un C proquiral. Enantiómeros Grupos Diasterotópicos : Grupos sobre enlaces dobles, ciclos o moléculas donde ya existe un elemento esterogénico. Al sustituirlos resultan disterómeros (a y b). Diasterómeros

21 Grupos homomórficos Carbonos proquirales: Tiene dos grupos iguales y al sustituir uno de ellos se convierte en quiral. Grupos proquirales: Grupos iguales y unidos al mismo C aquiral, que se convierte en quiral al sustituir uno de estos grupos. Cuidado!! La sustitución de un grupo pro-r no implica que el C resulte R. Dependerá de la prioridad asignada al nuevo grupo según las reglas CIP.

22 Proquiralidad Facial CARAS OMOTÓPICAS CARAS ENANTIOTÓPICAS CARAS DIASTEROTÓPICAS

23 Descritpores Re - Si Empleados para denominar cada una de las caras de un doble enlace con proquiralidad facial. Se utilizan las reglas CIP sobre cada sustituyente de C sp 2 y se determina el sentido de giro.

24 Descritpores Re Si Para enlaces C=C se aplica la notación para cada C proquiral

25 Actividad óptica Es la capacidad de una sustancia quiral de rotar el plano de la luz polarizada. Se mide el ángulo de rotación (α). Un enantiómero debe estar presente en una proporción mayoritaria. Se utiliza una fuente de luz monocromática (línea D del Na: 589 nm).

26 Polarimetría Rotación específica: Es una propiedad física de una sustancia. Puede ser hacia la derecha (dextrógiro) : (+)-gliceraldehído: [α] 20 = +8.7º Puede ser hacia la izquierda (levógiro) : (-)-gliceraldehído : = -8.7º Mezcla racémica: Mezcla equimolar de dos enantiómeros (±)-limoeno o (dl)-limoneno No posee actividad óptica neta.

27 Actividad óptica Si uno de los enantiómeros se encuentra en exceso respecto al otro, entonces se observará una actividad óptica neta. - Exceso enantiomérico %ee = (X mayoritario X minoritario ) / (X mayoritario + X minoritario ) Esteroselectividad %es = X mayoritario / (X mayoritario + X minoritario ). 100 La proporción de enantiómeros de una muestra puede determinarse a través de métodos espectroscópicos o cromatográficos (previa derivatización con agentes quirales enantiopuros o biotransformación estereoselectiva).

28 Naturaleza y quiralidad La mayoría de las moléculas que integran sistemas biológicos o que intervienen en procesos bioquímicos, son quirales y se presentan como un único enantiómero. Esto trae consecuencias inmediatas: - Los constituyentes de una mezcla racémica interactúan con las moléculas de un sistema biológico (receptores) de manera diferenciada. - Los procesos bioquímicos producen enantiómeros puros o compuestos con exceso enantiomérico (catálisis enzimática).

29 Obtención de compuestos enantioméricamente puros o con ee 1- Reacciones enantioselectivas Se pueden crear uno o más centros estereogénicos. -Métodos no enzimáticos (Utiliza auxiliares quirales, catalizadores quirales). -Métodos enzimáticos. No requiere auxiliares quirales. 2- Resolución de mezclas racémicas -Formación de derivados -Biocatalizadores -Resolución cinética -Cromatografía quiral En cualquier caso se requiere de compuestos enantioméricamente puros a partir de Productos Naturales (C, aa, metabolitos 1º (hidroxiácidos), metabolitos 2º (terpenos, alcaloides, etc.) que actúen como catalizadores o auxiliares quirales.

30 Obtención de compuestos enantioméricamente puros o con ee 1- Reacciones enantioselectivas Auxiliares quirales

31 Obtención de compuestos enantioméricamente puros o con ee 1- Reacciones enantioselectivas Catalizadores quirales Biocatalizadores

32 Obtención de compuestos enantioméricamente puros o con ee 1- Reacciones enantioselectivas Biocatalizadores

33 Obtención de compuestos enantioméricamente puros o con ee 2- Resolución de mezclas racémicas Formación de derivados. Requiere de un compuesto enantiopuro. Mezcla racémica Agente quiral enantiopuro Reacción química Mezcla de diasterómeros Separación Ac(+)tartárico (-)adrenalina(+)tartárico + (+)adrenalina(+)tartárico Cristalización Reacción química / Separación Ac(+)tartárico

34 Obtención de compuestos enantioméricamente puros o con ee 2- Resolución de mezclas racémicas Formación de derivados. Requiere de un compuesto enantiopuro. Isómero R antagonista del receptor 5T 2

35 Obtención de compuestos enantioméricamente puros o con ee 2- Resolución de mezclas racémicas Biocatalizadores. No requiere un compuesto enantiopuro

36 Obtención de compuestos enantioméricamente puros o con ee 2- Resolución de mezclas racémicas Resolución cinética. La velocidad de reacción de uno de los enantiómeros frente a un agente quiral es mayor en comparación con el otro enantiómero.

37 Obtención de compuestos enantioméricamente puros o con ee 2- Resolución de mezclas racémicas Cromatografía quiral. Se emplea una fase estacionaria quiral. Interacción diferencial de los enantiómeros con la fase estacionaria con tiempos de elución diferentes. PLC CG

38 Desrracemización Biocatalizadores (células enteras)

39 Inversión Se invierte la configuración de uno de los componentes de la mezcla racémica.