CARRERA DE ESPECIALIZACION EN
BIOTECNOLOGIA INDUSTRIAL
FCEyN-INTI
Materia de Articulación CEBI_A3
QUIMICA ORGANICA DE BIOPROCESOS
Docente a cargo: Dra. Silvia Flores
CEBI_A3_ 2: Estereoquímica
ISOMERÍA Los compuestos que tienen igual fórmula química pero
diferente ordenamiento estructural o espacial de sus átomos
se denominan ISÓMEROS
espacial Isómeros conformacionales
(3D)
Isomería
Isómeros configuracionales
constitucional
enantiómeros diásterómeros
Isómeros Constitucionales
(estructurales) Igual número y tipo de átomos pero con distinta conectividad.
Igual o distinta funcionalidad.
Poseen propiedades físicas diferentes.
Isómeros Constitucionales
Tautómeros Estructuras
diferentes en equilibrio
Estereoisómeros Conectados en el
mismo orden pero con diferente orientación espacial
Confórmeros Por rotación de un enlace s Csp3 - Csp3
Estereoisómeros
Confórmeros Conformaciones de los compuestos cíclicos
Confórmeros más estables
con sustituyentes en posición
ecuatorial
Etereoisómeros Isómeros geométricos Debido a restricciones en la rotación de enlaces
- compuestos cíclicos
- compuestos con dobles enlaces (alquenos)
cis-1,4-dimetilciclohexano
trans-1,4-dimetilciclohexano
Estereoisómeros Isómeros configuracionales
Enantiómeros Isómeros cuyas imágenes especulares no son superponibles entre sí.
a) Restricción rotacional (ejes estereogénicos).
b) Presencia de carbonos quirales (centros estereogénicos).
Estereoisómeros Reglas CIP (Cahn – Ingold – Prelog)
Permite asignar prioridades a los átomos unidos a un mismo C, según:
1) Entre átomos distintos, tiene mayor prioridad el de mayor Z (por ej. I
> Br > Cl > S > O > N > C > H).
2) Entre isótopos, tiene mayor prioridad el de mayor peso atómico (por
ej. T > D > H).
3) Si los sustituyentes son iguales, se continua por la cadena, viendo el
átomo vecino, y aplicando sobre este 1) y 2). El proceso se repite
hasta encontrar la primer diferencia.
4) Para C=C y C≡C, se asigna equivalencia con enlaces múltiples.
Configuración absoluta Reglas CIP para asignar prioridades a los
cuatro sustituyentes de un carbono quiral:
1- Asignar prioridades
2- El sustituyente de menor prioridad «hacia atrás»
3- Definir sentido de giro en función de prioridades crecientes del resto
de los sustituyentes.
Proyecciones de Fischer
Gira como S pero es R
Gira como R pero es S
Molécula quiral: no puede
superponerse con su imagen
especular. Implica la presencia de al
menos un elemento estereogénico
(ejes o centros), el cual posee una
configuración absoluta definida.
Enantiómeros: par de moléculas
quirales o isómeros geométricos que
son imágenes especulares entre sí y
poseen configuración absoluta
opuesta de todos sus elementos
estereogénicos.
Diásterómeros: estereoisómeros
que no son imágenes especulares
entre sí. Se trata de isómeros
geométricos o compuestos con dos o
más C asimétricos.
Etereoisómeros Isómeros geométricos Debido a restricciones en la rotación de enlaces
Asignación de prioridades según reglas CIP
-Diasterómeros en compuestos cíclicos
-Diasterómeros en compuestos con dobles enlaces (alquenos)
cis-1,4-dimetilciclohexano
trans-1,4-dimetilciclohexano
Formas meso: moléculas con carbonos
quirales pero con un eje interno de simetría o
punto de inversión. Globalmente, no son
moléculas quirales.
(2R, 3R)-ácido tartárico (2S, 3S)-ácido tartárico ácido meso-tartárico
Plano de simetría
Centro de inversión
meso-2,3-butanodiol
Epímeros: Diasterómeros que difieren
solo en la configuración de uno de sus
centros estereogénicos.
D-Glucosa D-Galactosa
Las moléculas quirales no poseen planos de simetría ni puntos de
inversión.
Dos enantiómeros tienen propiedades físicas y químicas idénticas
(solubilidad, punto de fusión y ebullición, reactividad con compuestos no
quirales, propiedades espectroscópicas). Sin embargo pueden
diferenciarse por su reactividad con otros compuestos quirales, sabor y
aroma, actividad biológica y actividad óptica.
Esteroquímica Relativa
- Compuestos cíclicos cis trans
- Nomenclatura L D (hidratos de carbono, aminoácidos)
Esteroquímica Relativa
- Sistemas bicíclicos exo-endo
- Anómeros a y b
Grupo Aldehído
a
b
a-D-Glucopiranosa
b-D-Glucopiranosa
TOPOLOGÍA MOLECULAR Proestereoisomería / Proquilaridad
Se pueden establecer relaciones entre átomos
o grupos funcionales de una misma molécula a
fin de diferenciarlos en una determinada
reacción química o a través de métodos
espectroscópicos.
Grupos
1.Homomórficos 2.Heteromórficos
1.1 Homotópicos 1.2 Heterotópicos
1.2.2 Heterotópicos constitucionales 1.2.1 Estereotópicos
1.2.1.1 Enantiotópicos 1.2.1.2 Diasterotópicos
Mismo
producto
1. Grupos homomórficos Idéntica constitución
1.1 Grupos Homotópicos:
Al sustituirlos resultan el mismo producto (Ha y Hb).
1.2 Grupos Heterotópicos
1.2.2 Heterotópicos constitucionales:
Al sustituirlos resultan isómeros constitucionales (Ha y Hc).
Enantiómeros
1. Grupos homomórficos 1.2 Grupos Heterotópicos
1.2.1 Grupos Esterotópicos
1.2.1.1 Grupos Enantiotópicos:
Al sustituirlos resultan enantiómeros (Hc y Hd). El C involucrado puede
convertirse en quiral . Se lo denomina proestereogénico . Además generaría
quilaridad en la molécula, entonces es un C proquiral.
1.2.1.2 Grupos Diasterotópicos:
Grupos sobre enlaces dobles, ciclos o moléculas donde ya existe un elemento
esterogénico. Al sustituirlos resultan diasterómeros (Ha y Hb).
Diasterómeros
Grupos homomórficos
Carbonos proquirales:
Tiene dos grupos iguales y al sustituir
uno de ellos se convierte en quiral.
Grupos proquirales:
Grupos iguales y unidos al mismo C
aquiral, que se convierte en quiral al
sustituir uno de estos grupos.
Cuidado!! La sustitución de un grupo
pro-R no implica que el C resulte R.
Dependerá de la prioridad asignada al
nuevo grupo según las reglas CIP.
Proquiralidad Facial
CARAS ENANTIOTÓPICAS
CARAS HOMOTÓPICAS
CARAS DIASTEROTÓPICAS
Descritpores Re - Si Empleados para denominar cada una de las
caras de un doble enlace con proquiralidad
facial. Se utilizan las reglas CIP sobre cada
sustituyente de C sp2 y se determina el sentido
de giro.
Descritpores Re – Si
Para enlaces C=C se aplica la notación para
cada C proquiral
Actividad óptica
Es la capacidad de una sustancia quiral de rotar el plano de la luz polarizada.
Se mide el ángulo de rotación (a).
Un enantiómero debe estar presente en una proporción mayoritaria.
Se utiliza una fuente de luz monocromática (línea D del Na: 589 nm).
Polarimetría
Mezcla racémica:
Mezcla equimolar de dos
enantiómeros
(±)-limoeno o (dl)-limoneno
No posee actividad óptica neta.
Rotación específica:
Es una propiedad física de una sustancia.
Puede ser hacia la derecha (dextrógiro) :
(+)-gliceraldehído: [a]20 = +8.7º
Puede ser hacia la izquierda (levógiro) :
(-)-gliceraldehído : = -8.7º
Si uno de los enantiómeros se encuentra en exceso respecto al otro, entonces
se observará una actividad óptica neta.
- Exceso enantiomérico
%ee = (Xmayoritario – Xminoritario) / (Xmayoritario + Xminoritario) . 100
- Esteroselectividad
%es = Xmayoritario / (Xmayoritario + Xminoritario) . 100
La proporción de enantiómeros de una muestra puede determinarse a través de
métodos espectroscópicos o cromatográficos (previa derivatización con
agentes quirales enantiopuros o biotransformación estereoselectiva).
Actividad óptica
La mayoría de las moléculas que integran sistemas biológicos o que intervienen
en procesos bioquímicos, son quirales y se presentan como un único
enantiómero.
Esto trae consecuencias inmediatas:
- Los constituyentes de una mezcla racémica interactúan con las moléculas
de un sistema biológico (receptores) de manera diferenciada.
- Los procesos bioquímicos producen enantiómeros puros o compuestos con
exceso enantiomérico (catálisis enzimática).
Naturaleza y quiralidad
1- Reacciones enantioselectivas
Se pueden crear uno o más centros estereogénicos.
-Métodos no enzimáticos (Utiliza auxiliares quirales, catalizadores
quirales).
-Métodos enzimáticos. No requiere auxiliares quirales.
2- Resolución de mezclas racémicas
-Formación de derivados
-Biocatalizadores
-Resolución cinética
-Cromatografía quiral
En cualquier caso se requiere de compuestos enantioméricamente puros a partir
de Productos Naturales (HC, aa, metabolitos 1º (hidroxiácidos), metabolitos 2º
(terpenos, alcaloides, etc.) que actúen como catalizadores o auxiliares quirales.
Obtención de compuestos
enantioméricamente puros o con ee
1- Reacciones enantioselectivas
Auxiliares quirales
Obtención de compuestos
enantioméricamente puros o con ee
Una mezcla de d y l
Sólo el enantiómero S
1- Reacciones enantioselectivas
Catalizadores quirales
Biocatalizadores
Obtención de compuestos
enantioméricamente puros o con ee
1- Reacciones enantioselectivas
Biocatalizadores
Obtención de compuestos
enantioméricamente puros o con ee
Ac(+)tartárico
(-)adrenalina(+)tartárico + (+)adrenalina(+)tartárico
Ac(+)tartárico
Cristalización
2- Resolución de mezclas racémicas
Formación de derivados. Requiere de un compuesto enantiopuro.
Obtención de compuestos
enantioméricamente puros o con ee
Mezcla racémica
Agente quiral enantiopuro
Separación
Mezcla de diasterómeros
Reacción química /
Separación
Reacción química
2- Resolución de mezclas racémicas
Biocatalizadores. No requiere un compuesto enantiopuro
Obtención de compuestos
enantioméricamente puros o con ee
2- Resolución de mezclas racémicas
Resolución cinética. La velocidad de reacción de uno de los
enantiómeros frente a un agente quiral es mayor en comparación con el otro
enantiómero.
Obtención de compuestos
enantioméricamente puros o con ee
2- Resolución de mezclas racémicas
Cromatografía quiral. Se emplea una fase estacionaria quiral.
Interacción diferencial de los enantiómeros con la fase estacionaria con tiempos
de elución diferentes.
Obtención de compuestos
enantioméricamente puros o con ee
HPLC
CG
Biocatalizadores (células enteras)
Desrracemización
Se invierte la configuración de uno de los
componentes de la mezcla racémica.
Inversión