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ISÓMEROS
CONSTITUCIONALES ESTEREOISÓMEROS
CONFIGURACIONALES CONFORMACIONALES
ÓPTICOS GEOMÉTRICOS
ENANTIÓMEROS DIASTEREÓMEROS
O OH
CH3
CH3
HOH OH
H HO
HO
HO
H
H
H
H
OH
ESTEREOQUIMICA
Es la rama de la química que se ocupa de la estructura en tres dimensiones y las consecuencias de ésta sobre sus propiedades fisicoquímicas.
La clase particular de isómeros que sólo se diferencian por la orientación espacial de sus átomos, se llama estereoisómeros.
polarímetro
Jean-Baptiste Biot (1774-1862)
La historia de la estereoquímica comienza en 1815
Una sustancia óptimamente activa es aquella que causa una rotación en el plano de la luz polarizada.
La rotación específica
t
D =
l.C
[]: Rotación específ ica a t °C, con la línea D de sodio: Rotación observadal: longitud del tubo polarimétrico en dm.C: concentración en g/mL
EL CENTRO QUIRAL
Un átomo de carbono unido a cuatro grupos diferentes es un centro quiral.
OBJETOS QUIRALES
OBJETOS AQUIRALESContienen un plano de simetría
QUIRALIDADQUIRALIDAD
Característica de las moléculas que carecen de un plano de simetría.
Carbono quíral: Carbono sp3, que tiene cuatro grupos diferentes unidos a él.
El carbono quíral también se llama carbono asimétrico o estereocentro.
Molécula quiral: la que no tiene un plano de simetría y no se superpone con su imagen especular. Ej.: mano, guante, zapato, tornillo, reloj mecánico.
• Molécula aquiral: idéntica a su imagen especular, no es quiral.
Representación de relaciones estereoquímicas.
Los cuatro enlaces de un carbono quiral se representan por una cruz.
Líneas horizontales: hacia el observador.
Líneas verticales: hacia atrás del observador.
Proyecciones de FisherProyecciones de Fisher
Representación de las proyecciones de Fischer
Enantiómeros.Enantiómeros de un átomo de carbono asimétrico. Las dos imágenes especulares no son superponibles.
Las imágenes no superponibles en un espejo de una molécula quiral se denominan enantiómeros
EnantiómerosEnantiómeros
Estereoisómeros que son imágenes especulares entre sí.
NO son superponibles.
Son moléculas quirales.
Moléculas no quirales
Un átomo de carbono enlazado sólo a tres grupos diferentes no es quiral.
Un átomo de carbono quiral tiene cuatro sustituyentes diferentes. Los átomos de carbono con sólo tres grupos diferentes sobre ellos no son quirales porque las imágenes en un espejo se pueden superponer.
Planos de simetría especular.El cis-1,2-diclorociclopentano tiene un plano de simetría especular. Cualquier compuesto con un plano de simetría especular interno no puede ser quiral.
Plano de simetría.
Los compuestos cíclicos disustituidos, tales como trans-1,2 dicloropentano son quirales porque no tienen un plano de simetría especular interna.
Plano de simetría.Un átomo de carbono con dos sustituyentes idénticos (sólo tres sustituyentes diferentes) normalmente tiene un plano de simetría especular interno. La estructura no es quiral.
Solamente los compuestos con átomos de carbono quirales tienen la posibilidad de ser quirales.
Imágenes especulares.
Aunque incluso los enantiómeros tengan la mayor parte de las mismas propiedades físicas, la naturaleza puede diferenciar fácilmente entre los enantiómeros. La naturaleza es selectiva.
Asignar la configuración absoluta de (R) y (S).
Otros estereoisómerosOtros estereoisómeros
Diastereómeros: Estereoisómeros que no son imágenes especulares entre sí.
Formas meso: Estereoisómeros que son imágenes especulares entre sí, y se superponen.
Epímeros: Moléculas que difieren en la estereoquímica de sólo un átomo de carbono.
OH
OH
CH2OH
H
H
CH2OH
H
H
CH2OH
HO
HO
CH2OH
H
OH
CH2OH
H
HO
CH2OH
OH
H
CH2OH
HO
H
CH2OH
I II
III IV
I y II: forma meso (hay un plano de simetría)
III y IV: enantiómeros I y III; I y IV: diastereómeros
OH
OH
CH2OH
H
H
CHO
H
OH
CH2OH
H
HO
CHO
Epímeros
D-eritrosa D-treosa
D-eritrosas y D-treosa son epímeros C2 (sólo difieren en el carbono 2)
Los enantiómeros son los isómeros espaciales de una molécula asimétrica
Por ejemplo: Para el ácido láctico ó ácido 2-hidroxipropiónico (CH3CH(OH)COOH) se pueden escribir dos estructuras en proyecciones de Fisher
COOH
OHH3C
H
COOH
CH3HO
H
Para diferenciar cada estructura es necesario asignar la configuración del centro quiral. Para ello se asignan prioridades a los sustituyentes aplicando las Reglas de Notación de Cahn, Ingold y Prelog.
Mezcla RacémicaMezcla RacémicaContiene igual número de moléculas de una pareja de enantiómeros. No es ópticamente activa. El plano de la luz polarizada se mantiene inalterado cuando la luz pasa a través de la mezcla racémica. Se indica por el símbolo (±)
Una mezcla de los dos enantiómeros en cantidades iguales, es una mezcla racémica, y no presenta actividad óptica: (±) 2-bromobutano []D
22 = 0
CH2CH3
BrH3C
H
CH2CH3
CH3Br
H
+
50% 50%R S
Nuestro organismo solo reconoce los aminoácidos que rotan el plano de la luz polarizada hacia la izquierda (L ó sea levógiros)
L-Asparagina (amarga) D-Asparagina (dulce)
H2NOH
O NH2
O
DIFERENTE SABOR
La hormona adrenalina posee dos enantiómeros, pero sólo la forma R es producida en nuestro organismo.
La talidomida es un fármaco teratogénico que fue recetado para evitar los mareos y vómitos característicos durante el embarazo durante la década de 1950 y 1960. Se estima que unos 15.000 fetos fueron afectados por la talidomida, de los cuales unos 12.000 sufrieron con graves defectos de nacimiento.
Los dos enantiómeros de la talidomida:Izq.: (S)-talidomida (teratogénica)Der.: (R)-talidomida(Sedante)
Importancia Biológica de la QuiralidadEl sitio activo de un receptor quiral (Ejemplo una enzima) usualmente solo es favorable para uno de los enatiómeros.
En el laboratorio generalmente se producen
mezclas racémicas:
Si se necesita uno de los dos enantiómeros en forma pura hay que separarlo de la mezcla racémica (resolución). Hay diferentes procedimientos pero son a menudo costosos y complicados.
-REGLAS DE CAHN-INGOLD-PRELOG
1ª) Los sustituyentes se ordenan en secuencia de número atómico decreciente del átomo directamente
unido al centro quiral
REGLAS DE PRIORIDAD
H
I
ClBr
12
3
4 H
CH3
NH2
HO3
12
4
-REGLAS DE CAHN-INGOLD-PRELOG
2ª) En caso de dos sustituyentes con igual número atómico del átomo directamente unido, tiene
prioridad el que a su vez esté unido a otro o a más átomos de mayor número atómico y así
sucesivamente.
REGLAS DE PRIORIDAD
CH3
CHCl2
CH2ClBrCH2
1
2
3
4 CH2-CH3
CH3
CH2CH2CH3
HOCH2
4
1 2
3
-REGLAS DE CAHN-INGOLD-PRELOG
3ª) Los enlaces dobles y triples cuentan como tantos otros sencillos.
REGLAS DE PRIORIDAD
4
1
3
2 COOH
CHO
CH2CH2CH3
HOCH2
2
3 4
1 CH=CH2
C=CH
CH2CH=CH2
CH3CH2
-REGLAS DE CAHN-INGOLD-PRELOG
Una vez ordenados los grupos, se coloca la molécula de forma que el grupo correlacionado en último
lugar esté lejos del observador y se sigue el orden de los otros tres grupos de mayor a menor prioridad.
Designación R ó S
1
2
3
4
-REGLAS DE CAHN-INGOLD-PRELOG
Si el giro observado es a derechas como las manecillas del reloj. Se le designa R
(del latín Rectus = derecho)
Designación R ó S
1
2
3
4
R
-REGLAS DE CAHN-INGOLD-PRELOG
Si el giro observado es a izquierdas se le designa S(del latín Sinister = izquierdo)
Designación R ó S
1
3
2
4
S
-REGLAS DE CAHN-INGOLD-PRELOG
En Proyección de Fischer si el grupo 4 está en la vertical el giro observado es el correcto pues se
encuentra alejado de nuestra vista
Designación R ó S
4
1
3
212
3
4
Es S
-REGLAS DE CAHN-INGOLD-PRELOG
En Proyección de Fischer si el grupo 4 está en la horizontal el giro observado es contrario pues el 4 se
encuentra cerca de nuestra vista
Designación R ó S
4 1
3
2
1
2
3
4
Es R
Compuestos meso : Estereoisómeros que carecende actividad óptica a pesar de poseer centros quirales
Posibles estereoisómeros del 2,3-dibromobutano:
Reconocimiento quiralReconocimiento molecular de la epinefrina por un enzima. Sólo el enantiómero levógiro encaja en el sitio activo del enzima.
La naturaleza puede diferenciar fácilmente los enantiómeros. Los sitios activos de los enzimas normalmente se diseñan para alojar solamente uno de los enantiómeros con objeto de formar el complejo enzima-sustrato. El otro enantiómero no encajará en el sitio activo del enzima, por lo que no mostrará actividad bioquímica.
Mezclas racémicas.Algunas veces, a las mezclas racémica se les llama racematos, par (±), o par (d,l). Una mezcla racémica se simboliza escribiendo (±) o (d,l) antes del nombre del compuesto. Por ejemplo, el 2-butanol racémico se simboliza por (±)-2-butanol o «(d,l)-2-butanol».
Cuando una solución contiene cantidades iguales de ambos enantiómeros no mostrará una rotación óptica. Esta mezcla 1:1 se denomina mezcla racémica o racemato.
2-Butanol racémico. La hidrogenación de la 2-butanona forma el 2-butanol racémico. El hidrógeno se adiciona desde cualquier lado del doble enlace. La adición de H2 por un lado da lugar al producto (R), mientras que si se adiciona por el otro lado se obtiene el producto (S).
Muchas reacciones forman mezclas racémicas de productos, especialmente cuando el materia inicial es aquiral y el producto es quiral
Enantiomería en compuestos con restricción conformacional.
Este bifenilo tetrasustituido no puede transformarse en su conformación simétrica porque los átomos de yodo y de bromo son demasiado voluminosos. La molécula está «bloqueada» en una de las dos conformaciones alternadas quirales, enantioméricas
Quiralidad en los alenos.
Quiralidad en los alenos.
Isomería cis-trans en anillos.La isomería cis-trans también es posible cuando hay un anillo disustituido. El cis- y el trans-1,2-dimetilciclopentano son isómeros geométricos y también diastereómeros. El diastereómero trans tiene un enantiómero, pero el diastereómero cis tiene un plano especular interno de simetría, por lo que es aquiral.
Formas diastereoméricas.Cada miembro de un par de enantiómeros es un diastereómero de cada uno de los miembros del otro par. A continuación, se pone en forma de diagrama la relación existente entre todos los tipos de isómeros vistos hasta aquí; así mismo, se dan sus definiciones resumidas.
Compuestos meso.El 2,3-dibromobutano es un ejemplo de un compuesto que tiene menos de 2n estereoisómeros, tiene dos carbonos asimétricos, C2 y C3, por lo que la regla 2n predice un máximo de cuatro estereoisómeros. Las cuatro permutaciones de las configuraciones (R) y (S) en C2 y C3 se representan a continuación.
Resolución enantiomérica.La reacción de un enantiómero puro de un compuesto
con una mezcla racémica de otro compuesto da lugar a una mezcla de diastereómeros.
La separación de los diastereómeros, seguida de hidrólisis, da lugar a los enantiómeros resueltos
El proceso de separar los enantiómeros se denomina resolución.
La separación de los enantiómeros de una mezcla racémica requiere un compuesto activo ópticamente puro, como el tartrato, para poder separarlos.
Resolución enantiomérica.
Cromatografía quiral de enantiómeros.
Los enantiómeros del compuesto racémico forman complejos diastereoméricos con la sustancia quiral del relleno de la columna. Uno de los enantiómeros se enlaza con más fuerza que el otro, por lo que se mueve más lentamente a través de la columna.
