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TEMA 2.
ESTEREOISOMERÍA
Dra. Aida Flores
Dra. Viviana Negri
01
1. INTRODUCCIÓN A LA ISOMERÍA
Dos compuestos que tienen la misma fórmula molecular se definen como Isómeros y se pueden comparar.
¿LOS COMPUESTOS SON SUPERPONIBLES?
NO
¿Como es la conectividad?
Diferente
Isómeros estructurales: misma fórmula molecular pero diferente orden de
los átomos
Igual
Estereoisómeros: misma fórmula molecular y orden
de los átomos, pero diferente disposición
espacial.
SI
Homómeros
Isómeros de
Posición
Isómeros de
Función
Isómeros de
Esqueleto
© Universidad Europea de Madrid. Todos los derechos reservados. 02
ISÓMEROS ESTRUCTURALES:
CO2HCO2H
C4H8O2
O
C3H6O
H
O
Surgen de la variación en la estructura básica del compuesto, es decir, los isómeros estructurales tienen el mismo número y tipo
de átomos pero su orden en la molécula es diferente. Dentro de la isomería estructural, encontramos diferentes tipos:
OH
C5H12O
OH
01
ESTEREOISÓMEROS: misma fórmula molecular y orden de los átomos, pero
diferente disposición espacial.NO SUPERPONIBLES
ENANTIÓMEROSSon imágenes Especulares
DIASTEREOISÓMEROSNo son imágenes Especulares
ESTEREOISÓMEROS:
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ISÓMEROS ESPACIALES O ESTEREOISÓMEROS:
La estereoisomería o isomería espacial surge de la diferente disposición espacial de los átomos o grupos funcionales presentes en
moléculas sin variar la estructura básica de las mismas
La energía de rotación del enlace
sencillo C-C es muy baja y se produce
su giro fácilmente a temperatura
ambiente.
Los confórmeros tienen iguales
propiedades físicas y químicas
Confórmeros
Restricción en la rotación del doble
enlace.
Isómeros E/Z: tienen grupos
diferentes a ambos lados del doble
enlace.
Tienen propiedades físicas y
químicas diferentes.
Isómeros Geométricos
Cuando un átomo de carbono se
encuentra unido a cuatro sustituyentes
diferentes, su posible disposición
espacial puede originar diferentes
estructuras que se denominan isómeros
ópticos.
Isómeros Ópticos
04
2. QUIRALIDAD E ISÓMEROS ÓPTICOS
Un objeto es quiral si su imagen especular es diferente de la imagen original
Sus imágenes especulares no son superponibles
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Centro quiral = carbon asimétrico = estereocentro
Las moléculas que presentan un centro quiral o carbono asimétrico: átomo de carbono con cuatro sustituyentes diferentes.
Un centro quiral se representa: C* Un compuesto que tiene un carbono asimétrico es
quiral y tiene un isómero que es su enantiómero
¿CUAL ES EL REQUISITO DE QUIRALIDAD?
06
En la naturaleza, muchas moléculas son quirales: amino ácidos, azúcares, DNA etc...
05
Las moléculas que tienen un plano de simetría son aquirales.
Objetos asimétricos Objetos simétricos
08
3. ENANTIÓMEROS
Los enantiómeros son isómeros que son imágenes especulares no superponibles.
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Hacer un cambio entre dos grupos genera el enantiómero:
La estrategia más sencilla para pintar el enantiómero de una molécula es localizar el espejo detrás de la imagen, ya que
genera la misma estructura carbonada con los sustituyentes encima y debajo del plano invertidos.
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4. NOMBRAR ESTEREOISÓMEROS
Cada centro quiral tiene una disposición espacial distinta de los sutituyentes. Para designar esta disposición espacial, es decir, su
configuración, se emplean diferentes nomenclaturas. Las más empleadas son:
1. R/S (Cahn, Ingold y Prelog): Da prioridades 1, 2, 3, 4 a los sustituyentes en función del número atómico. Más usada.
2. +/- (dextro, levo): relativo a la desviación del plano de luz polarizada.
3. D/L: compara los enantiómero de un compuesto concreto. Empleado en azúcares y aminoácidos.
4. Eritro/treo: compara la relación de los sustituyentes cuando hay varios centros quirales, semejante a la eritrosa y treosa.
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R/S (CAHN, INGOLD Y PRELOG):
Determinación de las configuraciones absolutas. Pasos a seguir:
a) Se asigna una prioridad a cada grupo enlazado al C asimétrico. Para ello, se compara los nº atómicos de los átomos
directamente unidos al C asimétrico. Los átomos con los números atómicos más altos tienen las prioridades más altas.
b) Utilizando una representación tridimensional, se pone el grupo con menor prioridad 4 en la parte de atrás.
c) Se dibuja una flecha desde el de mayor prioridad 1, hasta el 3, pasando por el de prioridad 2
• Si la flecha va en sentido horario: Isómero R (Latin Rectus)
• Si la flecha va en sentido antihorario: Isómero S (Latin Sinister)
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A veces es complicado determinar la prioridad del grupo funcional:
Si dos átomos tienen el mismo nº atómico, nos alejamos del centro quiral hasta encontrar el primer punto de diferencia.
(R)
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Si es difícil girar la molécula para localizar el grupo de menor prioridad atrás, hay otros trucos:
• Se intercambia la posición de dos grupos, de forma que el menos prioritario quede detrás, siempre recordando que al
cambiar dos grupos se origina el enantiómero.
Hacer un cambio de grupos genera un cambio de configuración: R→ S and S → R
Hacer dos cambios consecutivos de grupos mantiene constante la configuración del centro quiral
(R) (S) (R)
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EJERCICIO: Determina la configuración de los centros quirales.
HO
O
HH2N
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5. PROPIEDADES FÍSICAS DE ENANTIÓMEROS
Todas las propiedades físicas de los enantiómeros son idénticas excepto una: la desviación del plano de la luz polarizada.
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La rotación del plano de polarización se denomina actividad óptica.
Las sustancias que giran el plano se les llama ópticamente activas.
Los enantiómeros hacen girar el plano de polarización de la luz exactamente con la misma magnitud pero en
sentidos opuestos:
Ejemplo: Isomero (R) rota el plano de luz polarizada 30° en el sentido agujas del reloj
Isomero (S) rota el plano de luz polarizada 30° en el sentido contrario de las agujas del reloj
No se puede predecir el sentido hacia el que un determinado enantiómero R ó S rotará el plano de
polarización de la luz.
El sentido y la magnitud de la rotación sólo se puede medir experimentalmente con un polarímetro.
Rota plano en sentido de las agujas reloj: + o dextro
Rota plano en sentido contrario de las agujas reloj: - o levo
Rotación específica [α] se define como la rotación que se observa en un polarímetro cuando se utiliza una celda de 10 cm y una
concentración de 1 g/mL. (l=1 dm)
[α]= α (observada)/ c x l
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EXCESO ENANTIOMÉRICO:
Mezcla ópticamente pura
Contiene 1 enantiómero
Mezcla racémica
Contiene un par enantiómeros en igual proporción.
Ópticamente inactiva
Mezcla de enantiómeros
Contiene un par de enantiómeros en diferente proporción. Ópticamente activa.
H2N
OOH
O
NH2
H2N
OOH
O
NH2
H2N
OOH
O
NH2(1:1)
H2N
OOH
O
NH2
H2N
OOH
O
NH2(2:1)
e.e. = d-l/d+l x 100 e= (exceso de uno sobre otro)/(mezcla completa)e.e. = 𝜶𝜶 𝒐𝒐𝒐𝒐𝒐𝒐𝒐𝒐𝒐𝒐𝒐𝒐𝒐𝒐𝒐𝒐𝒐𝒐
𝜶𝜶 𝒐𝒐𝒆𝒆𝒐𝒐𝒆𝒆𝒆𝒆𝒆𝒆𝒐𝒐𝒆𝒆𝒐𝒐𝒐𝒐𝒐𝒐 𝒑𝒑𝒑𝒑𝒐𝒐𝒐𝒐� 𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏
exceso enantiomérico (ee):
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OH
O
HO
O
EJERCICIO: En la síntesis del ibuprofeno, ácido (S)-2-(4-isobutilfenil)propiónico, se obtiene una mezcla de éste y su enantiómero
en proporción 76:24 respectivamente. Determina el exceso enantiomérico de la mezcla. Asigna el isómero R y S.
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EJERCICIO: La rotación específica de la L-alanina en agua (a 25°) es +2,8°. Un químico preparó una mezcla de L-alanina y su
enantiómero y 3,5 g de la mezcla se disolvieron en 10 mL de agua. Esta disolución se colocó en una celda con un camino óptico de
10 cm y la rotación observada fue + 0,78°. Determina el exceso enantiomérico de la mezcla.
D-alanina L-alanina
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6. PROPIEDADES QUÍMICAS DE ENANTIÓMEROS
Los enantiómeros reaccionan de forma idéntica frente a reactivos aquirales, pero de distinta forma frente a un reactivo quiral.
Esto tiene gran importancia biológica.
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Las enzimas y receptores son generalmente quirales y seleccionan naturalmente los enantiómeros adecuados:
Un enantiómero Otro enantiómero
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7. DIASTEREOISÓMEROS
• Diastereoisómeros son estereoisómeros que no son enantiómeros, no son imágenes especulares.
• Son compuestos que tienen más de un centro quiral y se produce la inversion de la configuración solo en algunos centros quirales.
OH
Br
R
S
OH
Br
S
R
OH
Br
R
R
OH
Br
S
SA B C D
El número de estereoisómeros que tiene un compuesto: 2n
¿QUÉ RELACIÓN ESTEREISOMÉRICA HAY ENTRE A-C y A-D?
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Las sustancias que tienen varios centros quirales se representan a veces mediante Proyecciones de Fisher. Son representaciones
planas empleadas frecuentemente para azúcares.
Los sustituyentes representados a la
derecha e izquierda están mirando
hacia delante del plano, mientras
que los que están arriba y abajo
miran hacia detrás.
8. PROYECCIONES DE FISHER
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Representación en Proyección de Fisher de los diferentes estereoisómeros derivados del 2,3-dibromobutano.
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9. SIMETRÍA Y QUIRALIDAD
Las moléculas con más de un centro quiral, no son necesariamente quirales. La quiralidad de la molécula depende de la simetría
reflexiva que presente.
SIMETRÍASimetría Rotacional:
eje de simetría
Simetría Reflexiva:
plano de simetría
Las moléculas con un plano de simetría interno son aquirales y se llaman compuestos meso
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Un compuesto meso es una molécula que tiene dos o más centros quirales y cuya imagen especular es superponible con la
imagen original.
Tienen planos de simetría interno.
No son compuestos quirales.
COMPUESTOS MESO:
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EJERCICIO: ¿Son estructuras meso o mezcla de enantiómeros?
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10. PROPIEDADES DIASTEREOISÓMEROS
Los diastereoisómeros tienen diferentes propiedaeds físicas.
Se pueden separar por métodos físicos ordinarios:
• Destilación
• Recristalización
• Cromatografía
Los diastereosiómeros pueden tener propiedades químicas distintas, tanto frente a reactivos quirales como aquirales.
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1. Resolución Química
2. Resolución cromatográfica
3. Resolución enzimática
La mezcla de enantiómeros se transforma en diastereoisómeros con diferentes propiedades químicas, permitiendo su separación.
Existen diferentes métodos para separar una mezcla de enantiómeros:
RESOLUCIÓN DE RACEMATOS:
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a) Se hace reaccionar la mezcla con un enatiómero (agente de resolución).
b) Se obtienen de esta forma diasteroisomeros que se pueden separar por métodos físicos.
c) El agente de resolución se libera, lo que permite obtener los enantiómeros por separado y
reciclar el agente de resolución.
RESOLUCIÓN QUÍMICA:
Se aprovecha la diferente reactividad de los enantiómeros en ambientes quirales y las diferentes propiedades físicas que
presentan los diastereoisómeros.
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paso 1 paso 2
paso 3
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RESOLUCIÓN CROMATOGRÁFICA:
Se hace pasar la mezcla de
enantiómeros a través de una columna
que contenga una fase estacionaria
formada por partículas quirales.
A medida que la solución pasa el
enantiómero formará complejos con la
fase estacionaria.
Uno de los enantiómeros se enlazará
con más fuerza que el otro, por lo que
se moverá más lentamente a través de
la columna y saldrá uno antes que otro.
Separación de mezclas de enantiómeros de aminoácidos
por la selectividad de una enzima.
Las enzimas son moléculas quirales con actividades
catalíticas específicas.
La acilasa de riñón de cerdo, rompe el enlace péptídico
de los aa de configuración L , pero no reconocen a los aa
de configuración D, es decir a los enantiómeros
RESOLUCIÓN ENZIMÁTICA:
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11. MEDICAMENTOS QUIRALES
Se comercializó como una mezcla de enantiómeros R y S.
En el organismo se metaboliza el enantiómero R y se transforma en el S.
Ambos enantiómeros tienen diferente actividad en el organismo.
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TALIDOMIDA: en los años 50 se empleo para tratar las nauseas de las embarazadas.
S-talidomidaEfecto teratogénico
R-talidomidaEfecto hipnótico
¡Se vendía como una mezcla racémica pensando que era un único enantiómero!
Dado el efecto adverso del enantiómero S, se debe vender como un único enantiómero!
C asimétricoCH2
O
R
N
H
C asimétrico
Gracias
Septiembre 2021
