Estereoquímica

Estereoquímica

Es una rama de la Química que se encarga del estudio tridimensional de las

moléculas

QFB. A. Aguirre

Isomería óptica

• Este tipo de isomería se presenta en compuestos orgánicos con hibridación sp3

• Al carbono con hibridación sp3 que está unido a cuatro átomos o grupos de átomos diferentes se le denomina estereocentro o centro estereogénico.(carbón quiral)

• Condición necesaria pero no suficiente para que una molécula pueda presentar actividad óptica.

Configuración

Imágenes especulares

No se pueden superponer,entonces son quirales

Enantiómeros

Quiralidad

Estas moléculas también son quirales

Configuración

Enantiómeros

Misma constitución, misma conectividadDiferente distribución de sus grupos en el espacio

La configuración de una molécula se refiere a todos aquellos arreglos que se obtienen por una diferente

distribución de los sustituyentes alrededor de un centro de quiralidad

Receptor Biológico Receptor Biológico

Enantiómeros y Actividad Biológica(Modelo de Easson-Stedman)

Easson, L. H., Stedman, E. Biochem. J. 1933, 27, 1257

Enantiómeros y Actividad Biológica(Modelo de Easson-Stedman)

Eutómero(Interacción eficiente)

Receptor Biológico

Distómero(Interacción no eficiente)

Receptor Biológico

(R)-Ibuprofen(No es activo)

(S)-Ibuprofen(Antiinflamatorio)

Enantiómeros y Actividad Biológica

(S)-(-)-Propranolol(Tratamiento de enfermedades cardiacas)

(R)-(+)-Propranolol(anticonceptivo)

Enantiómeros y Actividad Biológica

(R)-Talidomida(sedante)

(S)-Talidomida(teratógeno)

Enantiómeros y Actividad Biológica

Estereoisómeros

El número de estereoisómeros posibles se determina de acuerdo con la siguiente expresión

2n

Donde n, es el número de centros de quiralidad presentes en la molécula

Ejemplos

n=1, 2 estereoisómeros (enantiómeros)n=2, 4 estereoisómeros, (2 pares de enantiómeros)n=3, 8 estereoisómeros, (4 pares de enantiómeros)

A y B EnantiómerosC y D EnantiómerosA y C Diastereómeros

A y D DiastereómerosB y C DiastereómerosB y D Diastereómeros

OHH

OHH

CHO

CH2OH

HHO

HHO

CHO

CH2OH

OHH

HHO

CHO

CH2OH

HHO

OHH

CHO

CH2OH

A B C D

Los enantiómeros presentan las mismas propiedades físicas y no pueden ser separados por los métodos de purificación convencionales.Los diastereómeros tienen diferentes propiedades físicas y se pueden separar mediante métodos convencionales de purificación.

(S,S)-Aspartame(Dulce)

(R,R)-Aspartame(inactivo)

(S,R)-Aspartame(amargo)

(R,S)-Aspartame(inactivo)

Enantiómeros y Actividad Biológica

Proyecciones de Fischer

Papel y pizarrón son medios de expresión bidimensionales

Fischer (1891) propone un tipo de proyección para representar estructuras en tres dimensiones

CO2H

H

CH3

HO

CO2H

CHO

CH3

H

CO2H

C OHH

C HHO

CO2H

CO2H

OHH

HHO

CO2H

RestriccionesLos giros de 180° son permitidos, ya que interconvierten dos posiciones, sin embargo, los giros de 90° sobre cualquier eje, no producen estructuras válidas.

CO2H

HNH2

CH3

CO2H

HNH2

CH3

CH3

NH2H

CO2H

CH3

NH2H

CO2H

CH3

NH2 H

CO2H

NH2

CO2H

CH3

H

Estereoisómeros del 2,3-dibromobutano

Resolución química de enantiómeros.Diagrama de flujo general

Resolución química de enantiómeros

• Resolución química. La resolución química consiste en la separación de los enantioméros de la mezcla racémica mediante su conversión en una mezcla de diastereoisómeros. Para ello, la mezcla de enantiómeros se hace reaccionar con compuesto quiral que recibe el nombre de agente de resolución.

• Supongamos que la mezcla racémica formada por el (R)-1-fenil-1-etanol y (S)-1-fenil-1-etanol se hace reaccionar con el ácido (R)-2-fenilpropiónico. La reacción de ácidos carboxílicos con alcoholes proporciona ésteres y en este caso se obtendrá una mezcla de dos ésteres diastereoisoméricos.

Resolución de enantiómerosseparación de diatereoisómeros

Proceso final

• Una vez separados los diastereoisómeros por cualquiera de las técnicas de separación anteriormente mencionadas, se procede a la eliminación del agente de resolución para obtener cada uno de los enantiómeros puros. Por ejemplo, en el caso que nos ocupa cada uno de los ésteres diastereoisoméricos se puede saponificar para obtener el alcohol enantiomérico puro y el agente quiral de resolución.

Resolución cromatográfica.

•Este procedimiento de resolución se basa en la utilización de técnicas cromatográficas que emplean como fase estacionaria un compuesto quiral. El fenómeno que permite explicar la separación cromatográfica de mezclas racémicas se basa en las débiles interacciones que forman los enantiómeros con la fase estacionaria quiral. Estas interacciones forman agregados o complejos diastereoisoméricos que tienen diferentes propiedades físicas y por tanto diferentes energías de enlace y diferentes constantes de equilibrio para el acomplejamiento. El enantiómero que forma complejos más estables con la fase estacionaria quiral se mueve más lentamente a lo largo de la columna, y emerge de ella después del enantiómero que forma complejos menos estables y que, por tanto, se mueve más rápidamente.

Sistema Cahn-Ingold-Prelog (CIP)

En este método, se asigna una prioridad a cada uno de los cuatro sustituyentes en torno al átomo estereogénico Cxyzw.

X

WYZ

43

2

1

Una vez hecho esto, la molécula se ve desde el lado opuesto al grupo de menor prioridad y entonces se observa en que dirección se pasa del grupo de mayor prioridad al segundo y al tercero. Si dicha dirección es en el mismo sentido que el movimiento de las manecillas del reloj, tal secuencia (configuración) es R ( del latín: rectus = derecha). Cuando en cambio, el sentido de la secuencia es opuesto al movimiento de las manecillas del reloj, tal configuración es S ( del latín: sinister = izquierda).

1

42 3

1

32

S

42

3

1

1

43 2

1

23

R

43

2

1ojo

ojo

1.- El o los átomos directamente unido(s) al centro estereogénico de mayor número atómico obtiene(n) mayor prioridad. Así, por ejemplo: I>Br>Cl>S>P>Si>F>O>N>C>H,

Asignación de la prioridad

I

FBrCl

I

Cl BrF

I

BrCl

OH

CH3BrH2N

1

OH

H2N BrCH3

S

2

OH

H2N Br

3

2

1

3

4R

2

1

3

2.- En el caso de haber mas de un sustituyente con el mismo número atómico en el átomo directamente enlazado al centro estereogénico, se consideran los estados de sustitución de dichos átomos, con el mismo orden de prioridad que en (1). Así, para varios grupos unidos mediante el átomo de carbono al centro estereogénico:CH2Br>CH2Cl>CH 2OH>CH 2CH3>CH3.

CH2Br

CH3HOCH2

ClCH2

CH2Br

ClCH2 CH2OHCH3

CH2Br

CH2OHClCH2

OH

CH3BrH2CH2NCH2

H2NCH2 CH2BrCH3

2

H2NCH2 CH2Br

1

3

1

S

4

R

2

OH OH

3

2

13

3.- Los enlaces dobles o triples se duplican ó triplican según el caso. De esta forma, el grupo formilo tendra prioridad ante el grupo hidroxilo y el grupo fenilo sobre un grupo olefinico (doble enlace).

-CH(CH3)OH

-CH=CH2

-CH=NCH3

C

H

O C

O C

O

H

C

CH3

HO

H

C

CH=CH-

C

C C

C

CH2 C

C

H

C N C

N

N

N

C

C

C

N

N

N

CH3

C

>

>

>

4.- En presencia de isótopos, aquel con mayor masa atómica tiene prioridad, por ejemplo: 3H (T = tritio) > 2H (D = deuterio) > 1H (H = hidrogeno).

CH3

HDT

CH3

T DH

CH3

DT

1

R

2 3

1

2

3

1

2 3

4

4

10) -CH2 CH 11) -CH 2C6H5

12) -CH(CH3)2

13) -CH=CH2

14) -CH(CH3)CH2CH3

15) -C6H11-c16) -CH=CH-CH3

17) -C(CH3)3

18) -C CH19) -C6H5

20) -C6H2CH3-p

21) -C6H4NO2-p

22) -C6H4CH3-m

23) -C6H4NO2-m

24) -C C-CH3

25) -C6H4CH3-o

26) -C6H4Oo2-o

27) -C6H3(NO2)2

28) -CHO

29) -COCH3

30) -COC6H5

31) -CO2OH

32) -CO2CH3

33) -CO2CH2CH3

34) -CO2C6H5

35) -CO2C(CH3)3

36) -NH2

37) -NH3+

38) -NHCH3

39) -NHCH2CH3

40) -NHCOCH3

41) -NHCOC6H5

42) -N(CH3)2

43) -N+(CH3)3

44) -N=O

45) -NO2

46) -OH

47) -OCH3

48) -OCOCH3

49) -OSO2CH3

50) -F

51) -SH

52) -SCH3

53) -S(O)CH3

54) -SO2CH3

55) -CL

56) -Br

57) -I

2) -H3) -CH3

4) -CH2CH2CH3

5) --CH2CH2CH2CH3

6) -CH2CH2CH2(CH3 )2

1) Par electronico

7) -CH2CH(CH)38) -CH2CH=CH2

9) -CH2C(CH3)3

Orden ascendente de prioridad para algunos grupos

Conformaciones del etano

Conformación alternada

Conformación eclipsada

Análisis Conformacional del Etano

0.8

1.2

1.6

2

2.4

2.8

3.2

3.6

0 50 100 150 200 250 300 350

En

erg

ía (

Kca

l/mo

l)

Angulo Diedro

Eclipsada Gauche

Eclipsada Anti

Butano

2

2.5

3

3.5

4

4.5

5

5.5

6

6.5

7

0 50 100 150 200 250 300 350

Angulo Diedro

En

erg

ía /

Kca

l/m

ol)

Análisis Conformacional del Butano

Ciclohexano

Conformación Bote Conformación BoteTorcido

Conformación Silla

Análisis Conformacionaldel Ciclohexano