Isomería y estereoquímica

PSU Química común 2018

El estudio de la estereoquímica se divide en dos grandes grupos : Isómeros estructurales e isómeros espaciales o estereoisómeros.

ISOMEROS ESTRUCTURALES

Los isómeros estructurales a su vez se dividen en tres categorías: isómeros estructurales de cadena, de posición y de función.

a).- Isómeros estructurales de cadena.

Son aquellos que presenta la misma fórmula molecular , pero se difieren en la forma en como se unen los átomos en la estructura carbonada. Por ejemplo la fórmula general C4H10 corresponde a un alcano que presenta dos estructuras diferentes

Al aumentar el número de átomos de carbono en la cadena aumenta considerablemente el número de isómeros , así a la fórmula molecular C5H12 le corresponden tres estructuras diferentes:

Mientras que al alcano de fórmula molecular C20H42 le corresponden más de

360000 isómeros estructurales de cadena

b).- Isómeros estructurales de función:

Estos isómeros son compuestos que presentan igual fórmula molecular , pero pertenecen a distintas familias , es decir tienen grupos funcionales distintos en su estructura .

c).- Isomería de posición y/o de esqueleto. Los grupos funcionales son idénticos pero están en posiciones distintas del esqueleto molecular (isómeros de posición).

Ej: 2-hexanol y 3-hexanol :

A veces el grupo alquilo tiene una disposición distinta (isómeros de esqueleto o de ramificación).

Ej: 3-metil-2-pentanol y 2-hexanol

Se pueden producir los dos casos simultáneamente:

Ej : 3-metil-2-pentanol y 3-hexanol

CH3 CH CH2 CH2 CH2 CH3

OH

CH3 CH2 CH CH2 CH2 CH3

OH

CH3 CH CH CH2 CH3

CH3OH

CH3 CH CH2 CH2 CH2 CH3

OH

CH3 CH2 CH CH2 CH2 CH3

OH

CH3 CH CH CH2 CH3

CH3OH

Distintas formas de representar las moléculas orgánicas

Los diversos arreglos de los átomos , resultado de la rotación en torno a un enlace sencillo,

se llaman conformaciones y una determinada conformación se denomina CONFORMERO

1).- Los enlaces que se proyectan fuera del plano y hacia adelante, es decir hacia el

observador se representan con línea gruesa y continua.

2).- Los enlaces que se proyectan fuera del plano del papel y hacia atrás , se representan

con línea gruesa y discontinua

3).-Los enlaces que se encuentran en el plano, es decir sobre el papel, se representan con

líneas continuas de grosor normal.

Proyecciones de caballete

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.

Proyección de Newman del etano alternado y eclipsado. Las conformaciones del etano se pueden representar fácilmente con esta proyección. En el caso de la conformación eclipsada para hacer mas visibles los tres hidrógenos posteriores, éstos se dibujan ligeramente girados respecto a la posición totalmente eclipsada.

Diagramas de Energía Potencial

Diferencia de energía entre conformaciones

Las diversas conformaciones del etano no tienen la misma energía, esto se debe a la repulsión electrónica entre hidrógenos. Cuando vamos girando la molécula a partir de una conformación alternada, la distancia entre los átomos de hidrógenos de los respectivos grupos metilo empieza a disminuir, produciendo un aumento de la repulsión entre los pares de electrones enlazantes de los enlaces C-H. La energía potencial del sistema aumenta hasta llegar a la conformación eclipsada.

Diagrama de energía potencial del etano

Las diferencias de energía entre las distintas conformaciones pueden verse representando gráficamente la energía de cada conformación frente al ángulo girado. Como puede observarse en el diagrama del etano, las conformaciones eclipsadas son los máximos de energía y las alternadas los mínimos.

Para obtener el diagrama de energía potencial del etano partimos de la conformaciòn eclipsada y vamos realizando giros de 60º hasta recorrer los 360º.

Clasificamos las distintas conformaciones según energía. Las eclipsadas [1], [3] y [5] tienen la misma energía, que llamaremos E1 . Las conformaciones [2], [4] y [6] tienen menos energía debido a que los hidrógenos están más alejados los unos de los otros (Son todas formas alternadas).

Diagrama de energía potencial del butano. En el diagrama del butano existen mas conformaciones que una alternada y una eclipsada. La conformación alternada que tiene los metilos lo más lejos posible uno del otro se llama anti [4] y es la más estable, al tener las mínimas repulsiones. La rotación del carbono de atrás 60º da lugar a una eclipsada [5] con dos interacciones metilo-hidrógeno, un nuevo giro da lugar a otra alternada llamada gauche [6]. Un tercer giro deja los metilos enfrentados (eclipsados) se denomina conformación sin [1] y es la de mayor energía potencial.

Isómeros geométricos

Isómeros geométricos o cis-trans.

Se deben a la rotación restringida en torno a un enlace carbono-carbono y se pueden evidenciar en moléculas que presentan enlaces dobles o en compuestos cíclicos. Para entender esto analicemos las siguientes moléculas, donde se muestran dos isómeros geométricos del 2-buteno.

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Sistema de nomenclatura (E) y (Z)

Cuando hay 3 o 4 grupos diferentes unidos a los átomos de carbono del

doble enlace, existe un par de isómeros geométricos, pero a veces es difícil

asignar la nomenclatura cis o trans a los isómeros

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SISTEMA (E) y (Z)

Se basa en la asignación de prioridades (No son las prioridades de la

nomenclatura, sino por números atómicos ) a los átomos o grupos unidos a

cada carbono del doble enlace , establecidos por los químicos Cahn,Ingold

y Prelog

Si los átomos de mayor prioridad están en lados opuestos en el enlace π,

el isómero es ( E). del alemán entgegen que significa opuestos

Si los grupos de mayor prioridades están al mismo lado, el isomero es Z,

del alemán zusammen , que significa juntos

Reglas E , Z

Regla 1: Considerar por separado los carbonos del doble enlace, identificar los dos átomos unidos directamente a cada uno de ellos y clasificarlos según su número atómico. Un átomo con un número atómico mas alto tiene mayor prioridad que un átomo con un número atómico más bajo.

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Las prioridades se basan en el nº atómico de los átomos unidos al doble

enlace.

Nº atómico mayor tiene prioridad sobre los menores

F Cl Br I

Nº atómicos 9 17 35 53

Prioridad Creciente

29

30

31

32

33

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35

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Isómeros ópticos

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Marcar con un asterisco el carbono quiral de los siguientes compuestos orgánicos y fundamentar su respuesta

Configuración absoluta : R y S

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Efecto teratogénico de la Talidomida

La talidomida es un fármaco que fue comercializado entre los años 1958 y 1963

como sedante y como calmante de las náuseas durante los tres primeros meses de

embarazo (hiperémesis gravídica).

Como sedante tuvo un gran éxito popular ya que no causaba casi ningún efecto

secundario y en caso de ingestión masiva no era letal, según estudios realizados por

Chemie Grünenthal, de Alemania, laboratorio que produjo el fármaco.

Sin embargo, este medicamento provocó miles de nacimientos de bebés afectados de

focomelia, anomalía congénita caracterizada por la carencia o malformación de las

extremidades.

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Se descubrió que había dos

talidomidas distintas, aunque de igual

fórmula molecular, en las cuales

cambiaba la disposición de los grupos

en un carbono, que hasta entonces no se

tenía en cuenta.

La talidomida afectaba a los fetos por dos

vías: que la madre tomara el medicamento

directamente como sedante o calmante de

náuseas, mientras estaba embarazada, o

bien que el padre lo hubiese tomado como

sedante, ya que la talidomida afecta al

esperma y transmite los efectos nocivos en

el momento de la concepción.

S-Talidomida R-Talidomida

Efectos teratogénicos Efecto sedante

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Fuente: DEMRE – U. DE CHILE, Modelo de prueba de Ciencias Admisión 2017

Pregunta oficial PSU

E Aplicación

Para asignar el nombre y la configuración correcta (R o S) al

compuesto BrCH2CH2CHOHCH3, el orden de prioridad de los

sustituyentes, presentes en el carbono quiral de este compuesto es

A) -CH3 > -CH2CH2Br > -OH

B) -CH3 > -OH > -CH2CH2Br

C) -CH2CH2Br > -OH > -CH3

D) -OH > -CH3 > -CH2CH2Br

E) -OH > -CH2CH2Br > -CH3