ISOMERÍA Teóricamente, el número de compuestos orgánicos es infinito.

Transcripción

1 Clase 10

2 ISOMERÍA Teóricamente, el número de compuestos orgánicos es infinito. Estos compuestos se representan comúnmente mediante fórmulas moleculares o estructurales. ejemplos C 4,C,yC C-C-C-C- Formulas moleculares de los tres alcanos mas sencillos Formula estructural

3 las fórmulas estructurales son más útiles, pues no sólo proporcionan el número exacto de cada clase de átomo de una molécula, sino además la disposición de los enlaces de esos átomos A mayor numero de átomos mayor numero de compuestos por ejemplo C 4,C,yC compuesto C 4 10 C 5 12 C compuestos 3 compuestos compuestos

4 Estos diferentes compuestos con la misma fórmula molecular pero distinta fórmula estructural se llaman isómeros. Muy pocos isómeros de C Se han sintetizado o aislado de fuentes naturales o caracterizado. Sin embargo, la posibilidad de su existencia ilustra muy bien el enorme alcance de la química orgánica.

5 Tipos de isomería esqueleto isomería Estructurales O de constitución posición funcional Estereoisomeria geométrica conformación óptica

6 En la ISOMERIA ESTRUCTURAL los compuestos tienen idéntica formula molecular y difieren en la secuencia en que los átomos están enlazados En la ESTEREOISOMERIA los átomos están unidos en el mismo orden, pero sus disposiciones en el espacio tienen orientaciones distintas Observación

7 Isomería de esqueleto en alcanos Los alcanos muestran un tipo de isomería que se conoce como isomería de esqueleto. ejemplo C C-C-C-C- -C- -C-C-C- Las únicas variaciones estructurales posibles están en la disposición de los carbonos.

8 C C-C-C-C-C- C3C2C2C2C3 -C- -C-C-C-C- C 3 C CC C C- -C-C-C- -C- C 3 C -C-C 3 3 C 3 Formulas estructurales condensadas C 3(C 23 )C3 (C 32 )CC2C (C 3 34 ) C

9 Isomería de posición Los isómeros de posición difieren en la posición de un grupo no carbonado o de un doble o triple enlace; el esqueleto de carbono no se modifica. Consideremos, por ejemplo, los cuatro isómeros del CBr 4 9

10 C3C2C2C2Br C3C2CC3 Br Isómeros de esqueleto Isómeros de posición C 3 C CC Br 3 2 C 3 C CC 3 3 Br Los miembros del par superior de compuestos son isómeros de posición porque todos tienen una cadena continua de cuatro carbonos y difieren sólo en la posición del bromo. Lo mismo con la pareja de abajo

11 Isómeros funcionales Primero Variaciones estructurales que hace que los compuestos pertenezcan a distintos grupos o tipos de compuestos orgánicos. Ejemplos C3C2C2C2C C C3C2C2C CC3 Son isómeros de posición ( ver triple enlace ) 3 2 C 3 C C CC Este es isómero de esqueleto C C3C = C C = CC3 Y este isómero funcional ( es un alqueno!)

12 Segundo en los isómeros funcionales también ocurre que Tienen la misma cantidad de átomos, pero dispuestos como grupos funcionales distintos Los isómeros funcionales pertenecen a diferentes clases orgánicas porque poseen grupos funcionales distintos. Considérense, por ejemplo, los dos isómeros de fórmula molecular. CO 2 6 C C O C3OC3 3 2 Un alcohol (alcohol etilico) Un éter (dimetil eter)

13 El grupo funcional suele ser la base para dar nombre a un compuesto orgánico. Los ejemplos que siguen son algunos de los isómeros funcionales de fórmula CO O C C C C O C C CC C 2 =CC2C2O Aldehído Cetona Alqueno-alcohol C 2 =CC2OC3 C2 -CO C2 C2 Alqueno-éter C2-C2 C2 C2 Alcohol Éter O

14 Isomería de conformación En la isomería de conformación la disposición de enlazamiento de los átomos permanece constante, pero la relación de los átomos en el espacio difiere a consecuencia de una rotación en torno a enlaces carbono-carbono sencillos. ejemplo C3C3

15 Conformación eclipsada Giro 60º Conformación escalonada Estas conformaciones se pueden representar ya sea con diagramas de caballete o con proyecciones de Newman, como se muestra en las figuras.

16 Isomería geométrica en compuestos cíclicos Aunque existe una rotación relativamente libre en torno a los enlaces carbono-carbono sencillos en los alcanos de cadena abierta, no ocurre así en los cicloalcanos. Por ejemplo, en compuestos de anillo pequeño, como el ciclopropano, si dos carbonos empezaran a girar en sentidos opuestos, el tercer carbono sería forzado a romper sus uniones porque está enlazado a ambos y evidentemente no puede seguir los giros opuestos. Por esta razón y por la naturaleza de la estructura cíclica, se puede pensar que los cicloalcanos tienen lados. En los cicloalcanos con sustituyentes apropiados, esto da por resultado un tipo de estereoisomería llamada isomería geométrica.

17 Consideremos, por ejemplo, el 1,2-dibromociclopropano. Los dos átomos de bromo pueden estar en el mismo lado del anillo; a éste se le llama isómero cis. O bien, los dos átomos de bromo pueden estar en lados opuestos del anillo, en el isómero trans. Br Br Br Br Isómero cis Átomos de bromo en el mismo lado Isómero trans Átomos de bromo en lados opuestos

18 Isomería geométrica en alquenos Como ya hemos visto, en un enlace carbonocarbono sencillo, hay una rotación más o menos libre en torno al enlace, y esta rotación es capaz de producir un número infinito de isómeros de conformación.

19 En contraste, no es posible la libre rotación en torno a dobles enlaces carbono-carbono. Como consecuencia, un compuesto como el 1,2- dibromoeteno tiene dos isómeros definidos que se pueden separar y aislar y que no se interconvierten en condiciones normales. Un isómero, en el cual los dos átomos de bromo están del mismo lado, se designa como cis, y el otro, donde los átomos de bromo están en lados opuestos, es trans. Br C=C cis Br Br 1,2-dibromoeteno C=C trans Br C=C Br Br 1,1-dibromoeteno

20 Estos isómeros cis/trans se llaman isómeros geométricos porque difieren en la orientación geométrica de los átomos, no en la disposición estructural (de átomo con átomo). Para que sea posible la isomería geométrica (cis/trans) cada carbono que participa en el doble enlace carbono-carbono debe tener dos grupos distintos unidos a él. Por ejemplo, el 1,2-dibromoeteno exhibe isomería cis/trans, como se ilustra, pero no así el 1,1- dibromoeteno

21 Isomería óptica Las siguientes son representaciones estructurales del ácido láctico; se escriben de tal modo que se muestra la geometría tetraédrica y tridimensional del carbono de en medio. CO 2 CO 2 C C C 3 O O C 3 Ácido láctico (Estructuras diferentes; imágenes especulares)

22 A primera vista, estas dos estructuras parecen muy similares; se podría pensar que son idénticas. Intente superponerlas recordando que las líneas punteadas representan enlaces que están atrás del plano de la página y las líneas con forma de cuña representan enlaces delante del plano. No es posible superponerlas, pues son de hecho, imágenes en el espejo una de otra. Cada forma existe de manera independiente. La estructura de la izquierda se produce en los músculos durante el ejercicio y es la causa de que se sientan adoloridos. La otra está presente en la leche agria.

23 Comparemos el ácido láctico con el ácido propanoico, presentándolos una vez más en la configuración tetraédrica CO 2 CO 2 C C Ácido propanoico (estructuras idénticas) C 3 C 3 Estas dos representaciones son claramente idénticas. Qué tiene el ácido láctico que hace que exista en dos formas definidas y distintas que son imágenes especulares una de otra, en tanto que no ocurre así con un compuesto similar, el ácido propanoico?

24 Un examen detenido de los dos compuestos pone de manifiesto que el ácido láctico posee un carbono con cuatro grupos diferentes unidos a él ; no hay un carbono de esta naturaleza en el ácido propanoico. A este carbono especial, con cuatro grupos distintos unidos a él, se le llama carbono quiral (de la palabra griega que significa mano ). Cuando se ponen cuatro grupos diferentes en los vértices de un tetraedro, son posibles dos disposiciones o configuraciones distintas que son imágenes en el espejo una de la otra; de ahí las dos formas del ácido láctico. Las dos estructuras del ácido láctico que son imágenes especulares son isómeros ópticos una de otra. La isomería óptica es una forma de estereoisomería, la clase de isomería en la cual las moléculas difieren sólo en cuanto a la orientación espacial de los átomos, no a la disposición de los mismos.

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26 Los isomeros ópticos (estereoisómeros) se llaman también enantiómeros, y presentan iguales propiedades fisicas y químicas, excepto biológicas El carbono quiral, se llama también asimétrico, y el Nº total de estereoisómeros que se puede formar es 2 n donde n representa el número de carbonos quirales o asimétricos

27 1. compuestos con la misma fórmula molecular pero distinta fórmula estructural se llaman: A) isóbaros B) isoelectronicos C) aromáticos D) isótopos E) isómeros

28 2. La molécula presenta A) isomería geométrica trans B) isomería geométrica cis C) isomería óptica D) no presenta isomería geométrica E) ninguna de las anteriores C = C Br Br

29 3. Es isómero del 1,3-butadieno: A) 1-buteno B) 1-butino C) 2-metil-propeno D) 2-buteno E) 2,3-dimetil -1,3-butadieno

30 MOLÉCULAS ORGÁNICAS de INTERÉS BIOLÓGICO Los carbohidratos

31 IDRATOS DE CARBONO (AZUCARES, GLUCIDOS, CARBOIDRATOS, O SACARIDOS) Los idratos de carbono, están formados por C,, y O y de fórmula general Cn 2 non, el sufijo clásico que presentan es osa. Los carbohidratos se clasifican en: Nota Los.C se definen químicamente como polihidroxialdehidos o polihidroxicetonas y sus derivados

32 a) Monosacáridos simples: No hidrolizables en azúcares más simples, y de acuerdo al número de átomos de C se clasifican en: Triosas (3 C) como gliceraldehido y dihidroxiacetona. ejemplos

33 Tetrosas (4 C) como eritrosa y eritrulosa ejemplos

34 Pentosas (5 C) como arabinosa, ribulosa, ribosa y desoxirribosa. ejemplos

35 exosas (6 C) como glucosa, fructosa, galactosa y sorbosa. La D-glucosa es es el monosacárido más abundante y es la principal fuente de energía de muchos organismos vivos. Es la unidad estructural de muchos polisacáridos abundantes como el almidón y la celulosa

36 eptosas (7 C) como heptulosa

37 Nota Ciclación En disolución, los monosacáridos pequeños se encuentran en forma lineal, mientras que las moléculas más grandes ciclan su estructura. Ejemplo La glucosa posee una estructura abierta que puede ciclarse, originando un anillo heterociclo hexagonal

38 Mas ejemplos Como podemos observar, la molécula de desoxirribosa es más pequeña. Le falta un átomo de O en el C-2

39 b) Monosacáridos derivados: Son aquellos en los cuales una función química ha sido reemplazada. Ej: aminoazúcares, en donde un grupo O ha sido reemplazado por uno amino (N2). También existen los ácido-azúcares como la vitamina C.

40 El enlace glucosídico Síntesis por deshidratación

41 Oligosacáridos:(oligo = pocos) Son los glúcidos formados por 2 a 10 monosacáridos. Destacan los c) disacáridos como maltosa (glucosa + glucosa), lactosa (glucosa + galactosa) y sacarosa (glucosa + fructosa). La rafinosa es un trisacárido formado por glucosa, fructosa y galactosa. Los mono, di y trisacáridos son hidrosolubles, dulces y pueden cristalizar.

42 Ejemplo LACTOSA

43 Ejemplo 02 MALTOSA

44 Ejemplo 03 SACAROSA

45 d) Polisacáridos (simples): Formados por más de 10 monosacáridos simples, formando cadenas lineales o ramificadas Ejemplo 01 celulosa, polímero lineal( de función estructural) lineal resultante de enlaces glucosídicos (en diagonal), Función mecánica Observación, Celulosa : enlace que el cuerpo humano no puede digerir

46 Ejemplo 02 El almidón : se encuentra en dos formas amilosa Amilopectina

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49 Ejemplo 03 Glucógeno= glucosa+glucosa+...+ glucosa polímero altamente ramificado formado por unas moléculas de glucosa el glucógeno es a las células animales como el almidón lo es a las células vegetales

50 Ejemplo 04 :DEXTRANOS Son polisacáridos de reserva producidos por ciertas bacterias. Consisten en cadenas de glucosa muy ramificadas

51 e) Polisacáridos complejos: Formados por monosacáridos derivados (complejos) EJEMPLO 01 QUITINA Formada por un derivado nitrogenado de la glucosa

52 EJEMPLO 02 PECTINA La pectina es el principal componente enlazante de la pared celular de los vegetales y frutas DERIVADO DE LA GALACTOSA

53 EJEMPLO 03 EPARINA un anticoagulante

54 ACIDO IALURONICO, presente en tejido conjuntivo y entre células como las de corona radiada en óvulos El ácido hialurónico es un mucopolisacárido ácido formado por la repetición de un disacárido formado por el ácido glucurónico y la N- acetil glucosamina, unidos entre sí por enlaces glucosídicos

55 Funciones de los hidratos de carbono: - combustibles celulares. - intermediarios en procesos metabólicos como respiración y fotosíntesis. - forman parte de moléculas mayores como, coenzimas y ácidos nucleicos. - función mecánica (soporte en células vegetales). - reserva energética: almidón y glucógeno.