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Unidad 2.3: Estereoquímica
Química Orgánica I
Primer Semestre 2016
Facultad de CC.QQ. Y Farmacia USAC
Estereoquímica
• Algunos objetos no son
iguales a su imagen en el
espejo (carecen de plano
de simetría)
• Las moléculas orgánicas,
incluyendo muchas con
actividad biológica,
carecen de un plano de
simetría como resultado
de los grupos
sustituyentes en un
carbono sp3
Quiralidad
• Aquellos carbonos sp3
que presentan 4 grupos
sustituyentes distintos
se les llama carbonos
quirales o asimétricosy
carecen de un plano de
simetría.
• Quiralidad es el
término empleado para
describir aquellos
objetos que presentan
una relación con su
imagen en el espejo
similar a nuestras
manos: la mano
derecha refleja en el
espejo una mano
izquierda.
Importancia de la estereoquímica
• La quiralidad de las
moléculas hace posible
interacciones
específicas entre
enzimas y sustratos.
• Esto afecta el
metabolismo y por lo
mismo, la acción o
efecto farmacológico de
algunas moléculas.
Un ejemplo de como afecta la
quiralidad las propiedades de
las moléculas, lo constituye el
olor de las dos formas quirales
del Limoneno: la forma (+)
huele a cítrico y la forma (-) a
pino.
Quizá el ejemplo más dramático
del efecto de la estereoquímica
sobre la actividad de los fármacos,
lo constituye la droga Talidomida,
comercializada desde finales de
1950 a mediados de 1960 como
sedante y para combatir las
náuseas durante el primer
trimestre del embarazo, con
resultados catastróficos para miles
de familias.
Otro ejemplo de los efectos diferentes de un fármaco según la quiralidad que
presente una molécula, es el dextrometorfano (antitusivo ) y el levometorfano,
una sustancia con fuerte efecto narcótico.
La quiralidad en el carbono sp3 resulta de su geometría tetraédrica, ya que en
el caso de que un carbono sp3 tenga unidos cuatro grupos diferentes, pueden
resultar dos moléculas que NO PUEDEN SUPERPONERSE.
Por lo mismo, interaccionarán de manera diferente sobre los receptores
biológicos, como enzimas, y esto justifica las propiedades y efectos tan
diferentes que pueden mostrar.
Isomería
Isomería estructural o constitucional
Difieren en la conectividad
de función
Tienen grupos
funcionales distintos
de posición
el grupo funcional es el mismo
pero están en otra posición
Estereoisomería
Difieren en la orientación espacial
de cadena
Mismo grupo funcional pero
la forma de la cadena varía
Sólo un recordatorio….
Configuracional
No se pueden
interconvertir mediante
un giro
Óptica
Enantiómeros
Son imágenes especulares
no superponibles
Conformacional
Pueden interconvertirse
por giro sobre enlace sencillo
Geométrica
Isómeros cis y trans
Diastereoisómeros
No guardan relación de
imagen especular
¿Tienen los compuestos la misma fórmula molecular?
NO
No Isómeros
SI
Isómeros
NO
¿Tienen los compuestos la misma conectividad?
SI
Estereoisómeros
NO
¿Son interconvertibles por rotación en torno a enlaces simples C-C?
SI
Configuracional
SI
¿Es producida por un doble enlace?
NO
Óptica
NO
¿Son los compuestos imágenes especulares no superponibles?
SI
Estereoisómeros no convertibles entre sí a temperatura ambiente
Isómeros geométricos, producidos
por la presencia de un doble enlace
en la molécula
Isómeros ópticos, producidos
normalmente por la presencia de un
centro quiral (carbono asimétrico)
Los isómeros ópticos se pueden dividir en dos
grupos principales:
isómeros que son imágenes en el espejo y se
denominan enantiómeros .
Isómeros que no son imágenes en el espejo y
se denomina diasterómeros.
Centros quirales y moléculas quirales
• Un centro quiral en una molécula es todo
aquel carbono sp3 que tiene enlazados cuatro
grupos diferentes entre sí.
• Una molécula quiral es aquella en la cual
existe por lo menos un centro quiral o
estereocentro, pero
• No todas las moléculas que tienen mas de un
centro quiral resultan ser moléculas quirales
Sustituyentes en el carbono 5
5-bromodecano (quiral)
En el caso de moléculas cíclicas se busca la ausencia de un plano de simetría:
Luz polarizada y actividad óptica
• La luz ordinaria está formada por ondas
electromagnéticas que oscilan en una
cantidad infinita de planos.
• Estos planos de oscilación forman un ángulo
recto con la dirección de propagación de la
luz.
• Al atravesar un polarizador el haz de luz que
emerge oscila en un solo plano y se conoce
como luz polarizada.
Actividad óptica
• Jean Baptiste Biot observó que cuando un haz
de luz polarizada atraviesa una solución de
ciertas moléculas, el plano de polarización
gira.
• A las sustancias que son capaces de cambiar o
girar el plano de la luz polarizada se les
denomina sustancias con actividad óptica u
ópticamente activas.
Polarímetro
• Es un instrumento que permite determinar la
actividad óptica de las moléculas.
Determinación de la rotación óptica
• Cuando la luz polarizada atraviesa una
solución de una sustancia con actividad óptica
puede girar hacia la derecha – el compuesto
será dextrógiro (d) – o bien hacia la izquierda –
el compuesto será levógiro (l) –
• Entre más moléculas haya en el camino de la
luz, más desviación habrá: la rotación depende
de la concentración
Rotación específica
• Se necesita una metodología para establecer
una base comparativa, por lo que se define la
Rotación específica [αD] como
[ ]D 
rotación óptica observada en grados
longitud de celda en dm . concentración en g/ml
• Al ser dependiente de la concentración, la
rotación específica también puede usarse
como una técnica cuantitativa.
Rotación específica
• A continuación se presentan datos de rotación
específica de distintas sustancias
• Puesto que el cloroformo y el ácido acético no
son quirales, no presentan actividad óptica.
Rotación específica
• Los enantómeros, al ser imágenes en el
espejo, tendrán una rotación específica de la
misma magnitud pero de signo opuesto:
compuesto
Enantiómero (+)
Enantiómero (-)
Ácido láctico
+ 3.82
- 3.82
Gliceraldehido
+ 8.7
- 8.7
α-Pineno
+ 51.14
- 51.2
• Una mezcla 50:50 de los dos enantiómeros NO
presentará actividad óptica y se denomina
MEZCLA RACÉMICA.
Determinación de la configuración
• Para identificar de manera inequívoca la forma
en la cual se encuentran unidos los
sustituyentes a un carbono quiral, se
determina la configuración absoluta del
centro quiral (estereocentro).
• Es de hacer notar que la configuración
absoluta no va a determinar si el compuesto
es levógiro o dextrógiro.
Reglas de Cahn, Ingold y Prelog
• Las mismas reglas que se emplearon para
asignar isomería geométrica E o Z se aplican
para determinar la configuración absoluta de
un centro quiral, que puede ser R o S.
• Se determinan las prioridades de cada grupo y
sus posiciones relativas entre sí.
Configuración del estereocentro: R/S
Cahn, Ingold y Prelog establecieron el sistema de nomenclatura R/S para
nombrar la configuración absoluta de un estereocentro.
Se deja el grupo de prioridad menor (d) hacia
atrás y se observa el sentido de giro para ir
desde el grupo de más prioridad (a) hacia el de
menor (c) de los tres que quedan. Si el sentido
es el de las agujas del reloj, la configuración es R
(rectus). Al contrario es S (sinister).
Proyecciones de Fischer
En las proyecciones de Fischer cada carbono tetraédrico
se representa como una cruz en la que, las líneas
horizontales se dirigen hacia afuera del papel y las
verticales hacia adentro. El carbono más oxidado se
escribe en la parte superior
orientar
Construir proyección
Fischer
Asignar prioridad
Determinar
configuración
Si el último grupo en prioridad está en la horizontal y la secuencia 1→ 2→ 3 va en
sentido R la configuración del estereocentro es opuesta, o sea, S
Si el último grupo en prioridad está en la horizontal y la secuencia 1→ 2→ 3 va en
sentido S la configuración del estereocentro es opuesta, o sea, R.
El giro de 90º invierte la configuración
un giro de 90°
equivale a un número
impar de
intercambios (un
total de tres
interconversiones)
El giro de 180º conserva la configuración
Este giro de
180° en el
plano en una
proyección de
Fischer equivale
a un
número par de
intercambios de
grupos,
Moléculas con más de un centro quiral
Una molécula con n estereocentros tiene un máximo de 2n estereoisómeros.
Recuerde que en proyecciones de
Fischer con más de un centro
quiral, la conformación de la
molécula es completamente
eclipsada.
En el caso del ácido tartárico, con 2 centros quirales, se esperaría un
MÁXIMO de 4 estereoisómeros, pero en la realidad solamente existen
tres:
(+)-tartaric acid:
[α]D = +12º
m.p. 170 ºC
(–)-tartaric acid:
[α]D = –12º
m.p. 170 ºC
meso-tartaric acid:
[α]D = 0º
m.p. 140 ºC
Una forma meso es un compuesto que contiene dos o más
estereocentros y es superponible con su imagen especular.
Los compuesto meso contienen un plano de simetría que divide la
molécula en dos, de tal forma que una mitad es la imagen especular de
la otra. No presentan actividad óptica.
Configuración relativa
• En azúcares simples y aminoácidos es común
el uso de la configuración relativa para
identificar los diferentes enantiómeros.
• Las sustancias de referencia para asignar la
configuración relativa son los enantiómeros
del gliceraldehído.
CHO
H
OH
C H2O H
Proyección de Fischer del D-(+)-gliceraldehido.
La letra D indica que el grupo de mayor prioridad del
penúltimo carbono de la molécula se escribe a la
derecha en la proyección de Fischer.
Referencias
• Carey. Química Orgánica. 6a. Edición.
McGraw-Hill. 2005
• McMurry, J. Química Orgánica. 7a. Edición.
Cengage. 2008
• Wade, L. Química Orgánica. 7a. Edición.
Pearson. 2012
• http://www.youtube.com/watch?v=h_DROS_
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