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Isomería
Carmen CoronelQuímica Orgánica I
Instituto de Química OrgánicaFac. de Bioquímica, Química y Farmacia Universidad
Nacional de Tucumán
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Isómeros
Son compuestos que presentan la misma fórmula molecular, pero propiedades físicas y/o químicas distintas.
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Cis-trans
Clasificación
Isomería
Constitucional o estructural
Estereoisomería
De cadena
De posición
De función
En C=C
Conformacional
Óptica
En ciclos
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¿Como saber si son isómeros?
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Isómeros constitucionales
Los isómeros constitucionales o
estructurales son los compuestos que a
pesar de tener la misma fórmula molecular
difieren en el orden en que están conectados
los átomos, es decir, tienen los mismos
átomos conectados de forma diferente
(distinta fórmula estructural).
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Isómeros de cadena
Los isómeros de cadena son compuestos
que tienen distribuidos los átomos de
carbono de la molécula de forma
diferente. Por ejemplo, existen 3
isómeros de fórmula molecular C5H12.
pentano CH3CH2CH2CH2CH3
2-metilbutano (isopentano)
CH3CHCH2CH3
CH3CH3 C CH3
CH3
CH3
2,2-dimetilpropano (neopentano)
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Isómeros de posición
Son compuestos que tienen las mismas
funciones químicas, pero sobre átomos de
carbono con números localizadores
diferentes.
CH3CH2CH2CH2OH
1-butanol
CH3CHCH2CH3
OH
2-butanol
CH3CCH2CH2CH3 O
2-pentanona
CH3CH2CCH2CH3
O
3-pentanona
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Isómeros de función
Son compuestos de igual fórmula molecular
que presentan funciones químicas
diferentes.
C3H8O O CH2CH3 CH3
etil metil éter
CH3CH2CH2OH
1-propanol
C3H6O C CH3CH3
O
propanona
C HCH2
OCH3
propanal
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Estereoisómeros
Los estereoisómeros son los isómeros cuyos átomos están conectados en el mismo orden, pero con disposición espacial diferente.
La estereoquímica estudia a las moléculas en tres dimensiones.
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Conformaciones
Conformaciones son las distintas estructuras de
un mismo compuesto que surgen como resultado
de la “libre rotación” de los enlaces simples y la
flexilibilidad de los ángulos de enlace.
O O
H
H
O O
H H
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Análisis conformacional
El análisis conformacional es el estudio de las energías de las diferentes conformaciones. (Wade)
El análisis conformacional es el estudio de la forma en la que los factores conformacionales afectan la estructura de una molécula y sus propiedades físicas y biológicas.
(Carey)
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Proyecciones de Newman
Representaciones de moléculas orgánicas
H
HHH
H H
Carbono frontal
Carbono posterior
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H
H H
HH
HH
HHH
HH
Caballete Tridimensional
Representaciones de moléculas orgánicas
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Conformaciones del etano
H
HHH
H H
Enlace sp3-sp3
“Libre rotación” alrededor del enlace diferentes conformaciones
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Conformación alternada
60°
Vista a lo largo del enlace C-1 C-2
60º
H
HHH
H H
Conformaciones del etano
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Conformación eclipsada
Vista a lo largo del enlace C-1 C-2
H
HHH H
H
Conformaciones del etano
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Tensión torsional = ~ 3 kcal/mol
~ 1 kcal/mol
~ 1 kcal/mol~ 1 kcal/mol
Conformaciones del etano
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-60 0 60 120 180 240 300 360 420
Ángulo de torsión [°]
E
[Kcal/mol]
H
HHH H
H
H
HHH
H H
H
HHH
H HH
HHH
H H
H
HHH H
H H
HHH H
H H
HHH H
H
2,9
Estado de transición
Conformaciones del etano
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Estructura de los alcanos lineales
Debido a la estructura del átomo de carbono los alcanos lineales adoptan la conformación más estable que es la alternada (forma de zig-zag) porque es la más estable.
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Cicloalcanos
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Introducción
Los cicloalcanos, llamados también alcanos
cíclicos o carbociclos, son compuestos que
presentan átomos de carbono sp3 que forman
anillos.
Tienen fórmula general CnH2n.
ciclopropano ciclobutano ciclopentano ciclohexano
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Cis-1-cloro-3-yodociclobutano Trans-1-cloro-3-yodociclobutano
Isomería cis-trans en ciclos
trans-1,2-dimetilciclopropano
H
H
CH3
H
H
CH3
cis-1,2-dimetilciclopropano
H
H
CH3
H
CH3
H
Cis-1,2-dimetilciclopropano Trans-1,2-dimetilciclopropano
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Cicloalcanos: tensión de Baeyer
1874 - Le Bel y van’t Hoff: geometría tetraédrica del carbono
1884 - Baeyer: Los cicloalcanos debe sufrir tensión angular cuando los ángulos de enlace son diferentes a 109°.
60° 90° 108°120°
> > <
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Tensión angular
La tensión angular es la tensión
debida a la desviación del ángulo de
enlace (109,5º para la hibridación
sp3), ya sea por compresión o
expansión.
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Ciclohexano
109,5º
120º
11,5º
Según la teoría de Baeyer el ciclohexano debería presentar tensión angular ya que si todos los átomos de carbono están en el plano, el ángulo de enlace es mayor en 11,5º que el ángulo de hibridación.
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Ciclohexano
Conformación de silla
El ciclohexano presenta una conformación en la que cuatro átomos de carbono están en un plano, uno hacia arriba y otro hacia abajo. Esta conformación se parece a una reposera y se la denomina conformación silla
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CiclohexanoConformación de silla
Todos los enlaces están escalonados.
Libre de tensión angular y tensión torsional, por lo
tanto, es la conformación más estable.
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Ciclohexano
Conformación de silla
Hidrógenos axiales
Hidrógenos ecuatoriales
Eje
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Conformación de bote
Ciclohexano
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Conformación de bote
Los H en “asta” presentan tensión estérica por la proximidad. Además, presenta tensión torsional por los enlaces eclipsados. Esta conformación es menos estable que la silla.
Hidrógenos en asta: respulsión estérica
1,83 Å
Ciclohexano
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Conformación de bote
Ciclohexano
Proyección de Newman
HH
CH2H
H
H
H
HH CH2
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Conformación de bote torcido
Tensión torsional: menor que en la bote. Tensión estérica: menor que en la bote.Esta conformación es más estable que la bote, pero menos estable que la silla.
Hidrógenos en asta: mayor distancia (2,52 Å)
Ciclohexano
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Conformación de semisilla
Presenta gran tensión torsional (5 C en el plano) y tensión angular. Esta conformación es la de mayor energía y es solo “un paso” de interconversión de silla a silla .
Ciclohexano
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Interconversión de la silla
En un determinado instante de tiempo, la mayor parte de las moléculas en una muestra de ciclohexano adoptan conformación de silla. Sin embargo, la barrera de energía entre las conformaciones silla y bote es lo suficientemente baja para que se interconviertan muchas veces cada segundo.Se puede pasar de una conformación de silla a otra, pasando por las conformaciones intermedias.
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Gráfica de Energía potencial
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Ciclohexano monosustituidos
Sustituyente ecuatorial
(95%)
Metilciclohexano
CH3
CH3
Sustituyente axial(5%)
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Bibliografía
Carey, F. Química Orgánica. Ed. Mc Graw Hill. 6° ed. 2006.
Vollhardt, K., Schore, N. Química Orgánica. Ed. Omega, S.A. 3° ed. 2000.
Wade, L.G. Jr Química Orgánica.Ed. Pearson, 5º Ed. 2004