Estereo Quimica
mfreddyjoel2 de Mayo de 2013
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Luz Marina Jaramillo Ph. D.
Depto. de Química
UNIVERSIDAD DEL VALLE VICERRECTORIA ACADÉMICA
DIRECCIÓN DE EDUCACIÓN DESESCOLARIZADA
CURSO DE
QUÍMICA ORGÁNICA GENERAL
AUTOR:
freddy
Facultad de Ciencias - Departamento de Química
Depto. de Química
ESTEREOQUÍMICA
INTRODUCCIÓN OBJETIVOS ESPECÍFICOS
4.1 ESTEREOISOMERÍA: CLASIFICACIÓN DE ESTÉREOI SOMEROS
4.1.1 Enantiomeros
4.1.2 Diastereómeros
4.1.3 Confórmeros
4.2 CONCEPTO DE QUIRALIDAD
4.3 REPRESENTACIÓN CONVENCIONAL DE ENANTIOMEROS CON UNO Y DOS CENTROS QUIRALES
4.3.1 Proyecciones con Fórmulas de Bolas y Varillas
4.3.2 Proyecciones "Cuña" (o fórmulas bidimesionales)
4.3.3 Proyecciones Fisher
4.4 PROPIEDADES FÍSICAS DE LOS ENANTIOMEROS: ACTIVIDAD OPTICA
4.4.1 Luz Polarizada en un Plano
4.4.2 El Polarimetro
4.4.3 Rotación Específica
4.4.4 Descubrimiento de la Enantiomería
4.4.5 Mezcla Racémica
4.4.6 Pureza Optica
4.5 PROPIEDADES QUÍMICAS DE LOS ENANTIOMEROS
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4.6 CONFIGURACIÓN
4.6.1 Especificación de la Configuración: Nomenclatura de Enantiomeros
4.6.2 Sistema (R) , (S) para un Compuesto con Dos Átomos de Carbono Quirales: Diastereómeros y Compuesto Meso
4.7 ESTEREOQUÍMICA DINÁMICA
4.7.1 Resolución de una Mezcla Racémica
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INTRODUCCIÓN
La Química es sin duda una ciencia molecular-. Los fenómenos químicos observable?, se explican convenientemente en términos de la estructura molecular del material que se está transformando.
Aquella parte del estudio de la estructura molecular que se ocupa del arreglo especial de los átomos o grupos en las moléculas, se conoce como Estereoquímica.
Uno de los aportes fundamentales desde el punto de vista histórico al estudio de la Estereoquímica fue la sugerencia hecha independientemente por Le Bel (francés) y van't Hoff (holandés) en 1874 de que las moléculas existen en forma tridimensional y que el carbono en compuestos orgánicos adopta un arreolo tetrahedral. Esta suposición fue entonces, el punto de partida para explicar ciertos fenómenos íntimamente relacionados con la Enantiomería o estudio de las moléculas que tienen la propiedad de rotar el plano de la luz polarizada, fenómeno físico observado inicialmente por Biot (1913). Otra contribución importante fue también, el reconocimiento de Louis Pasteur (1848-1853) de que la actividad óptica era causada por estructuras disimétricas o quirales y que las moléculas capaces de rotar el plano de la luz polarizada a la derecha o izquierda están relacionados entre si como lo está un objeto a su imagen especular.
El estudio de la estereoquímica permite comprender mejor ciertas sutilezas de la estructura molecular donde ligeras diferencias en la configuración espacial (como seria la diferencia que puede
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existir entre nuestra mano derecha e izquierda) entre moléculas de un mismo compuesto hace que se comporten químicamente, de forma tan diferente.
Las sustancias químicas de origen biológico que constituyen los alimentos ofrecen infinidad de ejemplos donde la estructura molecular determina propiedades físicas tan evidentes como el olor o el sabor y propiedades químicas que pueden resultar letales. Asf por ejemplo existen dos glucosas y sólo una desempeña un papel de importancia extrema en el metabolismo animal, la otra no es metabolizada por los animales (no podemos sentirle sabor dulce) ni es fermentada por las levaduras. Existen también dos adrenalinas (hormonas) pero una de ellas tiene actividad hormonal superior. De casi todos los aminoácidos existentes se presentan dos formas espaciales ligeramente diferentes pero sólo uno de ellos tiene importancia biológica. No acabaríamos si continuáramos nombrando ejemplos. A través de esta Unidad se pretende introducir los conceptos estereoquímicos fundamentales.
La unidad está diseñada para desarrollarla en 18 horas de estudio efectivo.
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OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Al concluir el estudio de este material el estudiante estará en capacidad de:
1. Definir correctamente y ejemplificar los términos estereoisómeros, enantiómeros, diastereómeros y confórmeros.
2. Describir en forma breve y clara los conceptos de quiralidad y enantiomerla.
3. Dada la fórmula estructural completa de un compuesto con uno o dos centros quiral es representarla en el papel con proyecciones Fisher.
4. Describir el fenómeno de Actividad Optica.
5. Dada la rotación observada de una sustancia, su concentración en la solución y la
longitud del tubo polarimétrico calcular la rotación especifica de esa sustancia.
6. Enumerar las partes esenciales de un polarímetro.
7. Dada la fórmula estructural de un compuesto orgánico quiral, dibujar su par de anantiómeros y designar su configuración con R/S.
8. Dada la fórmula estereoquímica (en cualquier proyección) de un aminoácido o carbohidrato designarlo como D o L.
9. Dado la fórmula estereoquímica de un enantiómero con centros
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quirales, nombrarlo completamente con el sistema IUPAC y la designación R/S.
10. Definir los términos: modificación pacérnica y pureza óptica.
11. Dadas las fórmulas de un par de estereoisómeros identificarlos como diastereómeros, estructuras meso o un par de enantiómeros.
12. Describir en términos generales los métodos que se conocen para la resolución de modificaciones racémicas.
4.1 ESTEREOISOMERÍA: CLASIFICACIÓN DE ESTEREOISÓMEROS
La isomería se definió previamente como el fenómeno medíante el cual dos o mas compuestos diferentes se representan por medio de fórmulas moleculares idénticas. Se mencionaron los isómeros estructurales o constitucionales (Sec. 2.2) los cuales son isómeros que difieren porque sus átomos están unidos en diferente orden. También debe recordarse que dentro de los isómeros existen otros denominados estereoisómeros los cuales se refieren a aquellas moléculas que tienen sus átomos o grupos unidos en el mismo orden pero difieren en el arreglo espacial de sus átomos. Ellos se clasifican a su vez en:
4.1.1 Enantiómeros
Los enantiómoros o enantiomorfos del griego, enantios, opuesto; morphe, forma) también llamados isómeros ópticos son compuestos que poseen propiedades físicas y químicas casi idénticas. Se diferencian tan poco estructuralmente que de todas las mediciones físicas que pueden efectuarse, solamente una que requiere de un instrumento especial y de un tipo excepcional de luz puede distinguirlos. Ellos rotan el plano de la luz polarizada en direcciones opuestas, propiedad que se conoce como la Actividad Optica y se mide en un Polarímetro (Sec. 4.4.2).
Los enantiómeros se definen como pares de estéreo isómeros no interconvertibles entre sí por rotación alrededor de enlaces simples y cuyas imágenes especulares no son superponibles.
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Este comportamiento los asocia con la propiedad de quiralidad (o disimetría) que se analizará mas adelante (Sec. 4.2).
4.1.2 Diastereómeros
Son pares de estereoisómeros no interconvertibles entre si por rotación alrededor de enlaces C-C, ni tampoco son imágenes especulares.
Pueden ser quirales y por tanto presentar el fenómeno de actividad óptica.
En este grupo también se incluyen los "isómeros geométricos" cis y trans de los alquenos y de los cicloalcanos.
Los diastereómeros presentan propiedades físicas diferentes (e.g. punto de fusión, punto de ebullición, solubilidad, etc.) y por tanto son separables por métodos -físicos convencionales.
4.1.3 Con f órmer os
Además de la constitución y configuración hay un tercer nivel significativo en la estructura molecular que es la isomería conformacional. Esta última se refiere a ordenamientos moleculares discretos generados por rotación alrededor de enlaces simples formales (Ej. conformaciones del etano, butano, ciclohexano, etc.
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respectivamente).
En esta unidad nos referiremos a aquella parte de la Estereoquímica que se refiere a los enantiómeros o isómeros ópticos.
4.2 CONCEPTO DE QUIRALIDAD
Quiralidad es sinónimo de disimetría. El término general se relaciona con la palabra griega "cheir" (que significa mano). Quiralidad significa entonces "sentido de las manos" o aquel par de imágenes especulares (imágenes de espejo) no superponibles que tenemos continuamente con nosotros (Ver Fig. 4.1). Los guantes y zapatos son también quirales (trate de colocarse el guante derecho en la mano izquierda).
Figura 4.1. La imagen de espejo (o reflexión especular) de una mano izquierda es una mano derecha.
Una molécula que pueda superponerse a su imagen especular es aquiral. Por ejemplo una molécula con un solo átomo de carbono unido a dos sustituyentes idénticos es aquiral. (Figura 4.2)
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Figura 4.2. Molécula aquiral (Bromo-clorometano) frente a un espejo.
Por el contrario, una molécula que
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