Unidad II.Isomería

unidad ii. isomería

Dra. Maria Luisa Lozano Camargo

Fuente: https://i.makeagif.com/media/5-10-2016/iTxqRk.gif

10/10/2024

subtemas

2.1 Análisis conformacional de hidrocarburos

2.2.3 Configuración absoluta y relativav de compuestos quirales. Reglas de Cahn-Ingold-Prelog

2.2 Representaciones espaciales de compuestos orgánicas

2.2.4 Propiedades de los estereoisómeros

2.2.1 Quiralidad molecular y actividad óptica

2.2.5 Reacciones que `roducen estereoisómeros

2.2.2 Molécula con más de un centro de quiralidad

2.1 Análisis conformacional de hidrocarburos

Es la exploración de todos los confórmeros que se pueden obtener de una molécula dada al realizar torciones alrededor de enlaces sencillos. Se identifican diferentes conformaciones que puede presentar un determinado alcano,en función de la rotación de carbono. Se obtiene el perfil energético (grafico de la energía potencial) dependiendo de los carbonos de rotación

Existen diferentes fórmulas para representarlos confórmeros

Como dibujar la proyección de Newman Ejemplo: Etano Primer paso: se realiza un circulo que representa al Carbono que se encuentra más lejos del observador (atrá), y el Carbono de enfrente

Segundo paso: Se dibujan las líneas que representan los enlaces de los carbonos con los otros átomos unidos a ellos.

Tercer paso: Se escribe el símbolo o la fórmula de los átomos o grupos unidos a cada carbono representando en la proyección

Ángulo Diedro

Es el ángulo que existe entre enlaces de carbonos adyacentes

Conformacional

Conformacional

Conformacional

Isómeros Espaciales o Estereoisómeros

Estereoisómeros tienen todos los enlaces idénticos y se diferencian por la disposición espacial de los grupos (compuestos orgánicos con la misma fórmula molecular, la misma estructura, pero difieren en cómo se disponen los átomos en el espacio. Clasificación

2.2 Representaciones espaciales de compuestos orgánicas

"Es la disposición de las moléculas en el espacio no está completamente especificada puesto que las moléculas cuyos átomos están unidos por enlaces sencillos son susceptibles de adoptar varias posiciones espaciales interconvertibles por rotación en torno a un enlace sencillo "

Conformaciones espaciales:

Las proyecciones son las distintas formas de representar las conformaciones espaciales. Estudiaremos 4 tipos de representaciones, las cuales se pueden ver a continuación, utilizando como ejemplo la molécula de etano.

Representación en perspectiva:

Es una forma de representar una molécula en el espacio considerando un plano vertical. Se representan con líneas continuas sencillas los enlaces que se ubican sobre el plano, con líneas continuas gruesas los enlaces que se proyectan hacia la parte delantera del plano, y con líneas discontinuas los enlaces que se proyectan hacia la parte trasera del plano.

la estructura de la izquierda presenta los átomos A y B sobre el plano, el átomo C se proyecta hacia la parte delantera del plano, y el átomo W se proyecta hacia la parte trasera del plano.

Proyección de caballete:

Es una proyección en perspectiva, pero en ella la línea de observación forma un ángulo de 45º con el enlace carbono-carbono. El carbono más próximo al observador se ubica en la parte inferior, mientras que el más alejado está arriba. El enlace C-C se coloca de modo que uno de los carbonos quede delante con sus 3 sustituyentes y el otro atrás.

Proyección de Newman:

la proyección de Newman se obtiene al mirar la molécula a lo largo del eje C-C. El carbono frontal se representa por un punto, del que parten los tres enlaces que lo unen a los sustituyentes. El carbono de atrás se representa por un círculo y los enlaces que salen de este carbono se dibujan a partir de este círculo. Si se observa la estructura de la izquierda desde el carbono marcado con la flecha, la proyección de Newman resultante sería la estructura de la derecha

Proyección de Fischer:

Es una proyección bidimensional para representar la disposición espacial de una molécula. La molécula se dibuja en forma de cruz. Los sustituyentes dispuestos hacia detrás del plano se colocan en vertical, y los que se disponen hacia delante del plano se colocan en horizontal

Isómeros conformacionales

Los isómeros conformacionales o confórmeros son estereoisómeros que se caracterizan por poder interconvertirse (modificar su orientación espacial, convirtiéndose en otro isómero de la misma molécula) a temperatura ambiente, por rotación en torno a enlaces simples. Estas conformaciones se denominan: anti, eclipsada o alternada. Son compuestos que, generalmente, no pueden aislarse físicamente, debido a su facilidad de interconversión.Tipos de isómeros conformacionales: Para representar las distintas conformaciones se hará uso de las proyecciones de Newman. Primero, estudiaremos las conformaciones de los alcanos lineales, y luego de los clicloalcanos

Alternada o anti Se produce cuando el carbono más cercano al observador tapa o eclipsa al más lejano, pero los grupos enlazados al primer carbono se alternan con los del segundo. Los grupos enlazados a los dos carbonos se encuentran lo más alejados posible, por tanto, existen menor cantidad de interacciones y, en consecuencia, la conformación es más estable. Dependiendo de los grupos enlazados al carbono, una conformación alternada puede resultar en una conformación Gauche.

Eclipsada o sinCuando ocurre la rotación libre alrededor del enlace simple, los grupos enlazados al primer carbono comienzan a eclipsar a los del segundo. Los grupos enlazados a ambos carbonos se encuentran muy cercanos entre sí, generando interacciones, por ende, la conformación es menos estable. Dependiendo de los grupos que se enlacen a los carbonos, se pueden derivar conformaciones totalmente eclipsadas. Gauche Resulta cuando en una configuración alternada, 2 grupos unidos a carbonos distintos, se disponen en lugares consecutivos

Ejemplo:Representación gráfica: consideremos la molécula de etano y sus posibles isómeros conformaciolanes:

Si se considerá ahora la molécula de butano y su enlace entre el segundo y tercer carbono. Al realizar la proyección de Newman y aplicar giros de 60° sobre el enlace entre los carbonos que se especificaron, se obtendrían los siguientes confórmeros:

Si se considerá ahora la molécula de butano y su enlace entre el segundo y tercer carbono. Al realizar la proyección de Newman y aplicar giros de 60° sobre el enlace entre los carbonos que se especificaron, se obtendrían los siguientes confórmeros:

2.2.1 Quiralidad molecular y actividad óptica

La quiralidad es la propiedad de un objeto de no ser superponible con su imagen especular. Como ejemplo sencillo, la mano izquierda humana no es superponible con su imagen especular (la mano derecha).

Enantiómeros y moléculas quirales

Nomenclatura de enantiómeros. Sistema D-L y R-S

Propiedades de los enantiómeros

Isomería cis-trnans. Sistema E-Z para designar fiasterómeros de alquenos

La palabra quiral fue introducida por William Thomson (Lord Kelvin) en 1894 para designar objetos que no son superponibles con su imagen especular. Aplicado a la química orgánica, podemos decir que una molécula es quiral cuando ella y su imagen en un espejo no son superponibles.

La quiralidad está a menudo asociada a la presencia de carbonos asimétricos. Un carbono asimétrico es aquel que se une a cuatro sustituyentes diferentes. Un ejemplo de carbono asimétrico lo tenemos en la molécula de Bromocloroyodometano. El carbono está unido a bromo, cloro, yodo e hidrógeno, cuatro sustituyentes diferentes que lo convierten en quiral o asimétrico. La molécula y su imagen en un espejo son diferentes, ningún giro permite superponerlas. La relación entre una molécula y su imagen especular no superponible es de enantiómeros.

Es un átomo de carbono que esta enlazado con 4 sustituyentes o elementos diferentes

Identificación de un carbono quiralLa identificación del carbono quiral depende del tipo de cadena de carbono que se esté evaluando, ya sea abierta o cerrada. a) Para cadenas abiertas Cuando la cadena de carbono está abierta, la identificación del carbono quiral se produce únicamente analizando uno o más carbonos que tienen cuatro ligandos diferentes. Para que la identificación de un carbono quiral se realice más rápidamente, podemos excluir las siguientes situaciones cuando esté presente en una cadena: CH 3 : Este carbono no puede ser quiral porque tiene tres átomos idénticos (hidrógenos); CH 2 : Este carbono no puede ser quiral porque tiene dos átomos idénticos (hidrógenos); C = C : Si el carbono forma un doble enlace con un carbono o cualquier otro elemento, automáticamente solo puede tener otros dos ligandos diferentes. C ≡ C : si el carbono forma un triple enlace con el carbono o cualquier otro elemento, automáticamente solo puede tener tres ligandos diferentes.

Determinación de carbono quiral en una estructura abierta. En la estructura tenemos un carbono unido a un metilo (CH 3 ), un etilo (-CH 2 -CH 3 ), un cloro (Cl) y un hidroxilo (OH). Por tanto, es un carbono quiral.

NOTA: Si tenemos una cadena abierta con dobles enlaces acumulados ( alcadieno ) (un mismo carbono está unido a otros dos carbonos mediante dos dobles enlaces) y los ligandos del mismo carbono son diferentes, la estructura presentará isomería óptica, pero no tienen carbono quiral.

Fórmula estructural de un alcadieno acumulado. Fórmula estructural de un alcadieno acumulado. Los tres carbonos que tienen dobles enlaces (C=C=C) y sus diferentes ligandos (H y Cl) hacen que la estructura presente asimetría incluso sin tener un carbono quiral.

b) Para cadenas cerradas Cuando la cadena de carbono está cerrada, un carbono que también tiene cuatro ligandos diferentes se considera quiral; sin embargo, es necesario analizar los ligandos inmediatamente unidos al carbono. Vea un ejemplo:

Determinación de carbono quiral en una estructura cerrada. En este compuesto tenemos el carbono 1 unido a un hidroxilo (OH), un hidrógeno (H), un carbono (CH 2 ) y otro carbono (CH). El carbono 2 está unido a un metilo (CH 3 ), un hidrógeno (H), un carbono (CH 2 ) y otro carbono (CH). Por este motivo son carbonos quirales.

MOLÉCULAS CON MÁS DE UN CENTRO QUIRAL (compuestos MESO)

compuesto que contiene dos centros de quiralidad, 2,3-diclorobutano, el compuesto que tiene los mismos sustituyentes en los carbonos C2 y C3.

De manera teórica, hay un máximo de cuatro estereoisómeros, las estructuras se observan en la proyecciones de Fisher.

Los estereoisómeros A y B son imágenes especulares no superponibles, por lo que son enantiómeros

Ejemplos

Dibujar las estructuras de todos los estereoisómeros para 1-bromo-2-clorociclobutano, e indicar la relación entre dos estereoisómeros cualesquiera

MOLÉCULAS CON MÁS DE UN CENTRO QUIRAL

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