Unidad 4 ESTEREOQUÍMICA

Transcripción

1 Unidad 4 ESTEREOQUÍMICA

2 ISOMERÍA Se denominan isómeros a los compuestos que tienen la misma fórmula molecular pero diferente estructura química 1-propanol 2-propanol etil metil éter (C 3 H 8 O) Isómeros constitucionales o estructurales Dependiendo de la naturaleza de la diferencia entre las estructuras es posible clasificar los isómeros en varios subtipos Isómeros constitucionales o estructurales Estereoisómeros

3 Clasificación Constitucionales De cadena De posición De función Isómeros Estereoisómeros Conformacionales Cis-trans o geométricos Ópticos

4 Isomería Constitucional o de Estructura 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. No todos los grupos están unidos a los mismos centros. Son moléculas muy diferentes tanto en sus propiedades físicas como químicas

5 ISÓMEROS DE CADENA Compuestos que difieren en la distribución del esqueleto de los átomos de carbono de la molécula. H H H CH 3 H H 3 C C C C CH 3 H 3 C C C CH 3 H H H H H CH 3 H 3 C C CH 3 C 5 H 12 CH 3

6 ISÓMEROS DE POSICIÓN Difieren en las posiciones que ocupan sus grupos en la estructura carbonada. H H H 3 C C CH 2 Br H 3 C C CH 3 H Br CH 3 CH 3 CH 3 CH 3

7 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 C 3 H 6 O H 3 C H C H C H 3 C CH 3 C H Aldehído O Cetona O C 3 H 8 O Éter Alcohol C 3 H 6 O 2 Éster Ácido

8 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

9 ESTEREOISÓMEROS ESTEREOISÓMEROS CONFORMACIONALES Producidos por la rotación en torno a un enlace simple C-C. Interconvertibles a temperatura ambiente ESTEREOISÓMEROS CONFIGURACIONALES 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)

10 ESTEREOISOMEROS CONFORMACIONALES Son diferentes disposiciones espaciales de una molécula generadas por la rotación de un enlace simple. Los estereoisómeros conformacionales de un compuesto reciben el nombre de CONFORMEROS de ese compuesto.

11 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.

12 Existen varias formas para representar esquemáticamente las conformaciones existentes por la rotación de un enlace C-C simple.

13 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.

14 El giro de los grupos CH 3 (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.

15 Representaciones de la molécula del propano

16 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

17 Conformaciones de los cicloalcanos

18 La conformación de silla del ciclohexano es que presenta 6 hidrógenos colocados en posición axial y seis en posición ecuatorial

19 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.

20 Estereosisomeros configuracionales Se clasifican: isomeros geométricos: Compuestos que resultan de la libertad restringida de rotación alrededor de los dobles enlaces o en una estructura cíclica. Tales isómeros tiene propiedades físicas diferentes isomeros ópticos: Se encuentran en compuestos capaces de producir rotación del plano de la luz polarizada. Las moléculas quirales, que son imágenes estructurales que no pueden superponerse.

21 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)

22 Reglas: 1.- El carbono sp 2 de la izquierda esta unido a un CH 3 e H. Como el C tiene mayor número atómico se le asigna la 1ª prioridad.

23 2.- El carbono sp 2 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.

24 Isomería geométrica en sistemas cíclicos planos 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.

25 Designa posiciones Cis (Z) o Trans (E) E E Z E No

26 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)

27 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

28 ESTEREOISOMEROS ES AQUEL QUE NO ES SUPERPONIBLE CON SU IMAGEN EN EL ESPEJO ESTEREOISOMERO QUIRAL

29 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

30 O como multitud de objetos quirales O como multitud de objetos quirales

31 O como multitud de objetos quirales E incluso letras del alfabeto b p d q

32 ESTEREOISOMERO NO QUIRAL ES AQUEL QUE ES SUPERPONIBLE CON SU IMAGEN EN EL ESPEJO Son superponibles

33 ESTEREOISOMERO NO QUIRAL Tienen elementos de simetría como muchos otros objetos

34 Ejercicio: Cuál de estas moléculas es quiral?

35 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

36 ENANTIOMEROS DOS ESTEREOISOMEROS SON ENANTIOMEROS CUANDO UNO ES LA IMAGEN EN EL ESPEJO DEL OTRO

37 DIASTEROISOMEROS SON ESTEREOISOMEROS NO ENANTIOMEROS Uno no es la imagen en el espejo del otro

38 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. Según la relación que guardan entre sí los estereoisómeros: No son imágenes especulares Imágenes especulares no superponibles

39 2-butanol Ácido 2-hidroxipropanoico (ácido láctico) Ácido 2-aminopropanoico (alanina)

40 Configuración del estereocentro: R/S 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).

41 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. Reglas de prelación 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.

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44 PROYECCIÓN DE FISCHER 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.

45 orientar Construir proyección Fischer Asignar prioridad Determinar configuración

46 Si el último grupo en prioridad está en la horizontal y la unión 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 va en sentido S la configuración del estereocentro es opuesta, o sea, R.

47 Moléculas con más de un centro quiral Una molécula con n estereocentros tiene un máximo de 2 n estereoisómeros.

48 La rotación de una proyección de Fischer afecta a la configuración del estereocentro representado: El giro de 90º invierte la configuración un giro de 90 equivale a un número impar de intercambios (un total de tres interconversiones) 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,

49 Tienen los compuestos la misma fórmula molecular? NO SI Isómeros No Isómeros NO Tienen los compuestos la misma conectividad? SI Estereoisómeros Son interconvertibles por rotación en torno a enlaces simples C-C? NO SI Configuracional SI Es producida por un doble enlace? NO Óptica NO Son los compuestos imágenes especulares no superponibles? SI

50 UNA VISIÓN GLOBAL DEL PROBLEMA Isomería Isomería estructural o constitucional Difieren en la conectividad Estereoisomería Difieren en la orientación espacial de función Tienen grupos funcionales distintos de posición el grupo funcional es el mismo pero están en otra posición de cadena Mismo grupo funcional pero la forma de la cadena varía Configuracional No se pueden interconvertir mediante un giro Conformacional Pueden interconvertirse por giro sobre enlace sencillo Óptica Geométrica Isómeros cis y trans Enantiómeros Son imágenes especulares no superponibles Diastereoisómeros No guardan relación de imagen especular

51 OTRA VISIÓN GLOBAL DEL PROBLEMA ESTRUCTURALES ISÓMEROS CONFORMACIONALES ESTEREOISÓMEROS CONFIGURACIONALES Diastereómeros Enantiómeros