compuestos del carbono- isomería espacial o estereoisomería

7/17/2019 COMPUESTOS DEL CARBONO- ISOMERÍA ESPACIAL O ESTEREOISOMERÍA

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COMPUESTOS DE CARBONO

ISOMERÍA ESPACIAL O ESTEREOISOMERÍALic. Lidia Iñigo

La estereoisomería es un tipo de isomería mucho más sutil, ya que la diferencia seencuentra solamente en la disposición en el espacio de los átomos.

Los estereoisómeros no solamente tienen la misma fórmula molecular, sino quetambién tienen la misma fórmula desarrollada. Sólo cambia la disposición en el espacio delos átomos que forman la molécula.

La estereoisomería se puede clasificar en conformacional y configuracional. Esta última a suvez puede clasificarse en geométrica y óptica.

Conformacional

Isomería espacial o estereoisomería Geométrica

Configuracional

Óptica

En un enlace simple eiste li!re rotación, ya que la energía que se necesita para que lamisma ocurra se supera a temperatura am!iente. "odemos ver esta rotación en el etano. #i vemosla molécula en el sentido longitudinal al enlace car!ono $ car!ono podemos concluir que si noeistiera esa li!re rotación serían diferentes las dos posiciones que se aprecian en las fotos % y &, yserían isómeros espaciales. 'omo sí eiste la li!re rotación, esas dos posiciones son lo que sellaman conformaciones.

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http://www.quimicaexplicada.com.ar/gif/view.php?f=Etano%20anim.%202.gif






En ciertos casos esa li!re rotación en un enlace simple está impedida por grupos muyvoluminosos o por ciclos, y entonces aparecen los denominados isómeros conformacionales. #edenominan así porque provienen de lo que tendría que ser una conformación. En este curso no seentrará en detalle so!re la isomería conformacional. #implemente se menciona.

En los isómeros configuracionales los átomos están unidos de igual manera y la diferenciaestá en su disposición en el espacio, pero no pueden transformarse uno en otro si no se rompenlos enlaces. "or eso se dice que difieren en su configuración, la configuración solo puede sermodificada por ruptura de los enlaces.

ISOMERÍA GEOMÉTRICA

En un enlace do!le no eiste la li!re rotación, al rotarlo se rompería. tampoco eiste li!re rotaciónsi un enlace simple está formando parte de un ciclo.

La isomería geométrica se produce por la restricción de la rotación en un dobleenlace o en un ciclo.

#i tomamos como e(emplo el ),%*difluoroeteno, vemos que, al no eistir li!re rotación en eldo!le enlace, los dos átomos de flúor pueden quedar del mismo lado o de lados contrarios al do!leenlace. Estos son isómeros geométricos. "or más que se gire la molécula en cualquier dirección no

hay forma de interconvertir uno en el otro si no se rompe algún enlace, lo que equivale a destruirla molécula. 'uando los dos grupos iguales o similares están del mismo lado del do!le enlace elisómero se denomina cis y si están de lados contrarios se denomina trans.

cis*),%*difluoroeteno trans*),%*difluoroeteno

+imos que para un alqueno con cuatro átomos de car!ono eisten dos isómeros

estructurales, el )*!uteno y el %*!uteno. eniendo en cuenta la geometría vemos que en el

H

C C

H

F F

H

C C

HF

F



%*!uteno los metilos pueden estar del mismo lado del do!le enlace o de lados contrarios del do!leenlace.

cis*%*!uteno trans*%*!uteno

"ero en el )*!uteno las siguientes fórmulas no son diferentes, ya que en este caso es lamisma molécula pero di!u(ada en una posición diferente. "odés apreciarlo al ver la animación.

Por lo tanto ! en todos los dobles enlaces existe isomería geométrica o cis – trans.

Cuando e"isten dos grupos iguales unidos al mismo átomo de carbono del doble enlace !#a$ isómeros geométricos.

%scribí la fórmula del &'etil'('penteno $ determiná si presenta isomería geométrica.

-e la misma forma que puede presentarse isomería geométrica en un do!le enlace puedepresentarse en un ciclo, en ese caso el isómero cis es el que tiene los sustituyentes del mismo ladodel plano del ciclo y el trans de lados contrarios. "or e(. el ),%*dimetilciclopentano presenta los

isómeros geométricos cis y trans.

Isómero cis isómero trans

CH3

C C

H C3

HH CH3

C C

H C3 H

H

CH2

H

CH3

C C

H

H

H CH2 CH

3

C CHH

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http://www.quimicaexplicada.com.ar/gif/view.php?f=1-buteno%20anim.gif

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cis-1,2-dimetilciclopentano trans-1,2-dimetilciclopentano

)*uede e"istir isomería geométrica en un alquino+

ISOMERÍA ÓPTICA

'uando un o!(eto no presenta un plano de simetría no es superponi!le con su imagenespecular y se dice que es quiral. "or e(emplo nuestras manos o nuestros pies son quirales.

odos, de pequeos, cuando quisimos vestirnos solos, intentamos ponernos el zapato derecho enel pié izquierdo o el izquierdo en el pié derecho. /uchas letras del alfa!eto tam!ién lo son, por esocuando miramos un escrito en el espe(o se ve 0al revés1. Las llaves y las cerraduras tam!ién sonquirales, si nos equivocamos en la posición no se puede a!rir. Esto mismo sucede con lasmoléculas que no presentan un plano de simetría, eisten dos isómeros ópticos que sonimágenes especulares no superponibles y se denominan enantiómeros.

'uando un car!ono tetraédrico tiene dos o más grupos iguales presenta un plano desimetría2 el que divide en dos el ángulo formado por esos dos grupos iguales y está determinadopor los enlaces con los grupos distintos. En ese caso es superponi!le con su imagen especular.

Plano de simetría

2

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http://www.quimicaexplicada.com.ar/gif/view.php?f=Cis-1,2-dimetilciclopentano%20anim.gif

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http://www.quimicaexplicada.com.ar/gif/view.php?f=Carbono%20simetrico%20anim..gif



Cuando un carbono tetraédrico está unido a cuatro grupos diferentes no presenta un

plano de simetría, es asimétrico y no es superponible con su imagen especular. Ese carbono

es lo que se denomina carbono asimétrico o carbono quiral.

'uando una molécula presenta un único car!ono asimétrico esa molécula seguro es quiraly la sustancia presentará entonces un par de enantiómeros. "ero cuando eiste más de uncar!ono asimétrico, la molécula puede presentar un plano de simetría y no ser quiral. 'uandoteniendo car!onos quirales la molécula no es quiral, porque tiene un plano de simetría, eso es loque se denomina una forma meso.

"or eso el que una molécula tenga car!onos asimétricos no implica necesariamente quesea quiral. 3demás el tener car!onos asimétricos tampoco es condición necesaria para que lamolécula sea quiral, eisten, aunque son raras, moléculas quirales que no tienen car!onosasimétricos.

#i en una molécula eiste más de un car!ono quiral, además de un par de enantiómeros 4omás de uno5 hay isómeros ópticos que no son enantiómeros entre sí, en donde cam!ia laconfiguración de algunos de los car!onos asimétricos pero no de todos. Estos isómeros sedenominan diastereoisómeros o diastereómeros.

Los enantiómeros tienen iguales propiedades físicas y químicas. #olo se diferencian en sureacción frente a reactivos quirales y en los procesos !iológicos. La única propiedad física quediferencia a dos enantiómeros es que hacen girar el plano de la luz polarizada en igual valor peroen sentido contrario. 6no hará girar el plano de la luz polarizada hacia la derecha o en sentidohorario y por lo tanto se dice que es detrógiro o detrorrotatorio y el otro lo hará girar hacia laizquierda o en sentido antihorario y se dice que es levógiro o levorrotatorio.

La luz puede interpretarse como una onda electromagnética que vi!ra en todos los sentidosperpendiculares a la dirección de su propagación. 'uando esa luz pasa a través de un polarizadorqueda vi!rando en un solo sentido, o sea, queda polarizada en un plano. #e podría pensar como sifuera una 0ranura1 por la cual pasa un solo plano perpendicular a la dirección de propagación. Lasmem!ranas que se colocan para polarizar los vidrios de los autos o de las ventanas de los edificiosson polarizadores, de afuera, como solamente pasa una parte de la luz y la mayor parte se refle(a,actúan como un espe(o, pero de adentro se puede ver para afuera.

#i esa luz polarizada en un plano se hace incidir so!re una muestra de una solución de unode los enantiómeros de una sustancia quiral, se desvía el plano de la luz polarizada en undeterminado ángulo. #e dice entonces que la sustancia tiene actividad óptica. 'on otropolarizador 4analizador5 después de la salida el tu!o con la muestra se puede medir el ángulo dedesviación haciéndolo girar hasta que la luz pase por el plano que éste determina. Esto es elprincipio de un polarímetro. "odés verlo en el siguiente esquema.

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http://www.quimicaexplicada.com.ar/gif/view.php?f=Carbono%20quiral%20anim..gif

http://www.quimicaexplicada.com.ar/gif/view.php?f=Carbono%20quiral%20anim..gif



#i en lugar de uno solo de los enantiómeros hay una mezcla equimolar 4en igualescantidades molares5 como uno de los enantiómeros hace girar la luz polarizada en un sentido y elotro en igual valor pero en sentido contrario el resultado final es que no se o!serva desviación.6na mezcla equimolar de un par de enantiómeros es lo que se llama una mezcla racémica.

En las reacciones no estereoespecíficas 4con reactivos no quirales5 se o!tiene la mezclaracémica.

Lo fundamental que tenés que saber sobre isomería óptica, es saberreconocer un carbono asimétrico y que si existe un solo carbono asimétrico en lamolécula esa molécula presentará dos enantiómeros que serán quirales y por lotanto tendrán actividad óptica. i se te pide por e!empo, escribir la fórmula deuna sustancia que presente actividad óptica o que sea quiral, lo que tenés que"acer es escribir una fórmula que presente un solo carbono asimétrico.

Identificá $ marcá con asterisco los carbonos quirales de las siguientes estructuras

a- C &/C0r/C (/C & b- C &/C1 ( -/C!! c- C 2 3/C1!-/C!

d- C &/C1!-/C & e- C &/C1!-/C1!-/C &

f - C &/CCl/C1!-/C &

6na nueva forma de clasificación de la isomería espacial 4configuracional5 es considerar atodos los isómeros espaciales que no son enantiómeros entre sí como diastereoisómeros odiasterómeros. -e esta manera los isómeros geométricos 4cis*trans5 se considerandiasterómeros. 7o se verán en este curso otros diasterómeros que provengan de isomería óptica.

3



%nantiómeros

Isomería espacial o estereoisomería

4iasterómeros (incluye isómeros cis-trans)

Es difícil poder rotar mentalmente las fórmulas tridimensionales al verlas en el papel, peroes importante que puedas reconocer en las fórmulas en perspectiva un par de enantiómeros odiasterómeros.

En este tipo de fórmulas las dos líneas finas están so!re el plano del papel, la línea gruesarellena está por delante y la línea gruesa vacía está por detrás. #e de!e notar que al girar )89: elgrupo que esta!a por delante queda por detrás. Las siguientes fórmulas no son el par deenantiómeros sino que se trata del mismo isómero espacial girado )89:.

;!servá que la imagen especular 4el otro enantiómero5 tendría el cloro por delante.#i la fórmula en perspectiva está para el mismo lado, por e(. Los grupos que están fuera

del plano del papel para la derecha, se puede determinar si se trata del mismo isómero o de losdos enantiómeros de la siguiente forma< si para llegar de uno a otro se necesita hacer solamente

un cam!io se trata de los dos enantiómeros, en cam!io, si para llegar de uno a otro se necesitahacer dos cam!ios se trata del mismo isómero espacial.

"or e(.

A B C

3 y = son el par de enantiómeros ya que cam!iando el metilo y el etilo se transforma 3 en=. En cam!io 3 y ' son el mismo, ya que son necesarios dos cam!ios 4el metilo con el etilo y elcloro con el hidrógeno para llegar de uno a otro.

#i la fórmula en perspectiva está para distinto lado, como en el caso del primer e(emplo,hay que girar una de las fórmulas )89: para que queden del mismo lado y después se puedeutilizar la regla de los cam!ios.

El compuesto '>&*'>4'l5*'>%*'>?'>*'>& tiene un car!ono asimétrico y además presentaisomería cis*trans por lo tanto presenta @ isómeros espaciales.

ombrá seg5n las reglas de la I6*7C el compuesto cu$a fórmula está en el párrafo

anterior.

c

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%

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c

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c

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c

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'>&

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4



3 =

' -

En 3 y = la configuración del car!ono asimétrico es la misma, pero 3 es el isómero cismientras que = es el isómero trans. 3 y = son diasterómeros. En ' y - la configuración delcar!ono asimétrico es la misma, pero ' es el isómero cis mientras que - es el isómero trans. ' y -son diasterómeros. 3 y ' tienen configuración cis en el do!le enlace, pero tienen distintaconfiguración en el car!ono asimétrico. 3 y ' son enantiómeros. Lo mismo sucede con = y -,

tienen configuración trans y distinta configuración en el car!ono asimétrico. = y - sonenantiómeros. anto entre 3 y - como entre = y ' cam!ian las dos configuraciones, por lo tanto 3y ' son diasterómeros, como tam!ién = y -.

Auizás estés pensando BAué me interesa a mí la disposición espacial de las moléculas si yoquiero estudiar medicina o nutriciónC BEs una curiosidad académica o produce efectos !iológicosCLa respuesta es que toda la parte estereoquímica es importantísima a nivel !iológico, como vemosa continuación.

Las enzimas son los catalizadores !iológicos. 6n catalizador acelera la velocidad de una

reacción. Las enzimas, que son proteínas, actúan uniendo las sustancias que reaccionanacelerando así la reacción. "ero en su inmensa mayoría las enzimas son estereoespecíficas, actúancomo si fuera la cerradura que reci!e la llave. Entonces, por e(emplo, uno de los enantiómeros sepega a la enzima pero el otro no, por lo tanto el que puede pegarse reacciona y el otro no.

"ara que veas e(emplos de lo importante que puede ser la estereoquímica a nivel!iológico<

3ctualmente se está ha!lando mucho so!re las grasas trans, y hay muchos productos queen sus envases colocan 0li!re de grasas trans1. Las grasas y los aceites son ésteres de la glicerina

con ácidos car!oílicos de cadena larga que se denominan ácidos grasos 4podés ver más detalleen el tema "roductos de Dnterés =iológico5. odos los ácidos grasos insaturados 4que tienen do!lesenlaces5 naturales tienen sus do!les enlaces en cis, no eisten en la naturaleza los isómeros trans.'uanto mayor cantidad de ácidos grasos insaturados tenga, menor es el punto de fusión. "or esolos aceites, que son líquidos a temperatura am!iente, tienen mayor cantidad de ácidos grasosinsaturados que las grasas, que son sólidas. "ara hacer un sustituto de la manteca 4margarina5 sehidrogenan los do!les enlaces en los aceites para convertir esos ácidos grasos en saturados yo!tener un producto sólido. "ero en el proceso de hidrogenación se producen algunos do!lesenlaces en trans. #e ha visto que las grasas que contienen estos ácidos grasos con do!les enlacesen trans son per(udiciales para la salud, entre otras cosas aumentan el colesterol 0malo1 ydisminuyen el colesterol 0!ueno1, por eso ahora se están tratando de evitar.

c

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>ace ya unos cuantos aos hu!o un gran pro!lema con un medicamento denominadotalidomida. #e suministró a mu(eres em!arazadas y nacieron chicos deformes. En esa época noesta!a suficientemente desarrollada la síntesis asimétrica 4poder o!tener uno solo de losenantiómeros5. La talidomida es una sustancia quiral, porque tiene un car!ono asimétrico, y lo quese da!a como medicamento era la mezcla racémica que se o!tenía en la síntesis. 'uando se

investigaron las causas se vio que el que tenía la propiedad curativa era uno solo de losenantiómeros, y el otro era el que tenía el poder teratogénico 4de producir las malformaciones enlos nios por nacer5. i(ate lo que puede hacer la diferencia en un car!ono asimétrico a nivel de unmedicamento y sus efectos !iológicos.

La fórmula de la talidomida es la siguiente)Cuál es el carbono quiral de la talidomida+

N

O

O

N

H

O

O

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Respuestas

'>&F'>?'4'>%F'>&5F'>%F'>& 7o presenta isomería geométrica porque tiene dos gruposiguales 4etilos5 unidos al mismo átomo de car!ono del do!le enlace, en este caso el car!ono &.

7o, no puede eistir isomería geométrica en un alquino ya que un átomo de car!ono conun triple enlace determina una geometría lineal. 7o hay posi!ilidad de que los grupos queden auno u otro lado del triple enlace, están en la misma línea.

a5 '>&F'>=rF'>%F'>& !5 '>&F'>47>%5F';;> c5 'G>HF'>4;>5F'>;

d5 '>&F'>4;>5F'>& e5 '>&F'>4;>5F'>4;>5F'>& f 5 '>&F'>'lF'>4;>5F'>&

no tiene

5-cloro-2-e!eno"

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N

O

O

N

H

O

O

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compuestos del carbono- isomería espacial o estereoisomería

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