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Esteroquímica: LEC #4Química Orgánica I

Harry Alices-Villanueva, Ph.©Universidad Interamericana de Puerto Rico

Recinto de Aguadilla

Departamento de Ciencias & Tecnología

Estereoquímica

• Es el estudio de las moléculas en el espacio.

• Estudia como los átomos en una molécula están arreglados en el espacio relativo uno al otro.

Estereoquímica

• Isomerismo Geométrico:– Como la rígidez en una molécula conduce a

isomerismo.

• Conformación Molecular:– Las formas de las moléculas y como estás pueden

cambiar.

• Quiralidad en las Moléculas:– Como el arreglo de los átomos a la derecha o a la

izquierda alrededor de un átomo de carbono puede conducir a isomerismo.

Isomerismo

• Estructural– Se refiere al orden en que están enlazados los

átomos.

Geométrico

Resulta de rígidez en las moléculas; solo ocurre en alquenos y en compuestos cíclicos.

Isomerismo Geométrico

Isomerismo Geométrico

Isomerismo Geométrico

Isomerismo Geométrico

Isomerismo Geométrico

Isomerismo Geométrico

(a) Mismo compuesto

(b) Isomeros estructurales

(c) Isomeros geometricos

Nomenclatura (E) y (Z)

• Se asignan prioridades a los átomos o grupos.

• Si los de más alta prioridad están a lados opuestos del enlace pi, el isómero es (E).

• Si están a un mismo lado el isómero es (Z)

Nomenclatura (E) y (Z)

• Prioridad está basada en los números atomicos de los átomos directamente enlazados a un mismo carbono.

Nomenclatura (E) y (Z)

• Asigne un nombre por el método (E)(Z) al siguiente compuesto:

Nomenclatura (E) y (Z)

• Asigne un nombre por el método (E)(Z) al siguiente compuesto:

(Z)-3-cloro-2-hexeno

Nomenclatura (E) y (Z)

• Identifique los siguientes compuestos como (E) o como (Z).

Nomenclatura (E) y (Z)

• Identifique los siguientes compuestos como (E) o como (Z).

(Z) (E)

¿Pero . . .

Nomenclatura Cahn-Ingold-Prelog

¿Como se nombraría esta compueso por el sistema (E) y (Z)?

Sistema de NomenclaturaCahn-Ingold-Prelog

1. Si los átomos en cuestión son diferentes, el orden de secuencia se determina en base al numero atómico; el número atómico más alto recibe la más alta prioridad.

2. Si dos isotopos del mismo elemento están presentes, el isotopo de mayor masa recibe la prioridad más alta.

3. Si dos atomos son idénticos, se utiliza el número atómico de los próximos atomos para determinar prioridad. Si estos otros átomos son iguales, la prioridad se determina en el primer punto de diferencia en la cadena.

Sistema de NomenclaturaCahn-Ingold-Prelog

3. Si dos atomos son idénticos, se utiliza el número atómico de los próximos atomos para determinar prioridad. Si estos otros átomos son iguales, la prioridad se determina en el primer punto de diferencia en la cadena.

Sistema de NomenclaturaCahn-Ingold-Prelog

3. Si dos atomos son idénticos, se utiliza el número atómico de los próximos atomos para determinar prioridad. Si estos otros átomos son iguales, la prioridad se determina en el primer punto de diferencia en la cadena.

Sistema de NomenclaturaCahn-Ingold-Prelog

4. Atomos unidos por enlaces dobles o triples se les asigna equivalencias de enlace sencillo. Cada átomo doblemente enlazado se duplica (o triplica para triples enlaces).

Sistema de NomenclaturaCahn-Ingold-Prelog

Liste los átomos o grupos siguientes en orden de

menor a mayor prioridad.

Sistema de NomenclaturaCahn-Ingold-Prelog

Liste los átomos o grupos siguientes en orden de

menor a mayor prioridad.

Sistema de NomenclaturaCahn-Ingold-Prelog

Liste los átomos o grupos siguientes en orden de

menor a mayor prioridad.

Sistema de NomenclaturaCahn-Ingold-Prelog

Liste los átomos o grupos siguientes en orden de

menor a mayor prioridad.

--H --CH2OH --COOH --COOCH3 --OH

Isomerismo Geométrico en Compuestos Cíclicos

Isomerismo Geométrico en Compuestos Cíclicos

Isomerismo Geométrico en Compuestos Cíclicos

Isomerismo Geométrico en Compuestos Cíclicos

Isomerismo Geométrico en Compuestos Cíclicos

Isomerismo Geométrico en Compuestos Cíclicos

Diga si los compuestos siguientes son cis, trans o ninguno de ambos.

Isomerismo Geométrico en Compuestos Cíclicos

Diga si los compuestos siguientes son cis, trans o ninguno de ambos.

Isomerismo Geométrico en Compuestos Cíclicos

Diga si los compuestos siguientes son cis, trans o ninguno de ambos.

Isomerismo Geométrico en Compuestos Cíclicos

Diga si los compuestos siguientes son cis, trans o ninguno de ambos.

trans cis

Conformaciones de Compuestos de Cadena Abierta

Conformaciones de Compuestos de Cadena Abierta

Isomeros Conformacionales

Isomeros Conformacionales

Isomeros Conformacionales

Isomeros Conformacionales

Conformación escalonada en donde los grupos metilos están más cerca

Conformación escalonada en donde los grupos metilos están más separados

Butano (Conformeros)

Conformeros de ciclohexano

Conformeros de ciclohexano

Conformeros de ciclohexano

Conformeros de ciclohexano

Conformeros de ciclohexano

Conformeros de ciclohexano

Conformeros de ciclohexano

Conformeros de ciclohexano

Conformeros de ciclohexano

(a) trans; e,e (b) cis; a,e

(c) trans; e,e (d) trans; e,e

Quiralidad

• Cualquier objeto que no pueda ser sobreimpuesto a su imagen de espejo se dice que es quiral.

• Las manos, los guantes y los zapatos son todos obejtos quirales.

• Un objeto aquiral (no es quiral) puede ser sobreimpuesto en su imagen de espejo.

Quiralidad

Aquiral (Compuesto no quiral)

Quiralidad

Quiralidad

Quiralidad

Quiralidad

Quiralidad

Señale los carbonos quirales en los compuestos siguientes.

Quiralidad

Señale los carbonos quirales en los compuestos siguientes.

Quiralidad

Señale los carbonos quirales en los compuestos siguientes.

Quiralidad

Señale los carbonos quirales en los compuestos siguientes.

Quiralidad

Señale los carbonos quirales en los compuestos siguientes.

No hay C quiral

Quiralidad

Señale los carbonos quirales en los compuestos siguientes.

No hay C quiral

Quiralidad

Señale los carbonos quirales en los compuestos siguientes.

No hay C quiral

Atenolol: ¿cuál es el carbono quiral, ah?

Atenolol: ¿cuál es el carbono quiral, ah?

Penicilina G: ¿cuántoscarbonos quirales hay, ah?

Penicilina

C

C N

C

C

C

S

O

CH3

CH3

CO

OH

H HHN

H

C

H2C

O

C

HC

HC

HCCH

CH

C

C N

C

C

C

S

O

CH3

CH3

CO

OH

H HHN

H

C

H2C

O

C

HC

HC

HCCH

CH

Penicillin G A stereoisomer of Penicillin G

Enántiomeros

Simplemente se intercambian los grupos alrededor del carbono quiral (asímetrico)..

Proyección Fisher

Rotación del Plano de Luz Polarizada

• Con la excepción de quiralidad, las estructuras de un par de enántiomeros son las mismas.

• Casi todas sus propiedades químicas y físicas son idénticas.

• Solo dos propiedades son diferentes:– Interacciones con otras moléculas quirales– Interacciones con la luz polarizada

Rotación del Plano de Luz Polarizada

Rotación Optica

• Es la rotación del plano de luz polarizada.• Compuestos opticamente activos rotan el

plano de luz.• Enántiomeros son isómeros opticos.• Polarímetro: instrumento que polariza la luz

y muestra entonces el ángulo de rotación del plano de luz polarizada para un compuesto opticamente activo.

Rotación Optica

• Cantidad de rotación dependerá de:

1. La estructura de la molécula.

2. La temperatura.

3. El largo de onda.

4. El número de moléculas en la ruta d ela luz.

5. El solvente (en algnos casos)

Rotación Especifica

• Es la cantidad de rotación producida por 1.00 gramos de muestra en 1.00 mL de solución en un tubo de longitud 1.00 decímetros (dm) a una temepratura, largo de onda y solvente especificados.

• Comúnmente el largo de onda es 589.3 nm (1.0 nm = 10-9 m).

Rotación Especifica

Polarímetro

Rotación EspecificaCompuestos dextrorotatorios rotan el plano de luz a la derecha.

Rotación EspecificaCompuestos levorotatorios rotan el plano de luz a la izquierda.

Aminoácidos

Imagenes de espejo son isomeros ópticos

Mezcla Racemica

• Es una mezcla a partes iguales de cualquier par de enántiomeros; no exhibe rotación óptica.

• 50%(+)-gliceraldehído + 50% (-)-gliceraldehído = ()-gliceraldehído + = 0

El Sistema (R) y (S)

• Configuración absoluta– el ordén de los arreglos de cuatro grupos alrededor de una carbono quiral.

• Conformación – formas que surgen por efecto de la rotación alrededor de enlaces.

• Un par de enántiomeros tienen configuración opuesta.Ej. (+) y (-)-gliceraldehído: ¿cuál es cual?

El Sistema (R) y (S)

• La dirección de rotación del plano de luz polarizada por un enántiomero en particular es una propiedad física.

• La configuración absoluta de un enántiomero en particular es una característica de su estructura molecular.

• No hay una relación entre la configuración absoluta de un enántiomero y la dirección en que rota el plano de luz polarizada.

El Sistema (R) y (S)

• No hay una relación entre la configuración absoluta de un enántiomero y la dirección en que rota el plano de luz polarizada.

• El sistema de nomenclatura (R) y (S) nos da la configuración absoluta: el arreglo real de los grupos alrededor de un carbono quiral.

• Cualquier carbono quiral tiene una configuración (R) o (S); un enántiomero es (R) y el otro es (S). La mezcla racémica se denota (RS).

El Sistema (R) y (S): Reglas1. Acomodar los átomos enlazados al carbono

quiral en orden de prioridad por el método Cahn-Ingold-Prelog.

2. Proyectar la molécula con el grupo de menor prioridad hacia atrás.

3. Selecionar el grupo de más alta prioridad y dibujar una flecha curva en dirección al grupo que le sigue en prioridad.

4. Si la flecha va en favor del reloj, la configuración es (R). Si la flecha va en contra del reloj la configuración es (S).

Nombrar los enántiomeros (R) y (S)de 1-bromo-1-cloroetano.

1. Prioridad: Br (mayor) Cl C H (menor)

2. Dibujar la proyección con el H hacia atrás.

3. Dibujar la flecha en dirección de prioridad (Br Cl)

4. Asignar la (R) o la (S).

Nombrar los enántiomeros (R) y (S)de 1-bromo-1-cloroetano.

Ejemplo

DiastereoisomerosCuando una molécula tiene más de un carbono quiral, no todos los isomeros opticos son enántiomeros.

No son enántiomeros

DiastereoisomerosCuando una molécula tiene más de un carbono quiral, no todos los isomeros opticos son enántiomeros.

Identifique como isomeros estructurales,

enántiomeros o diastereoisomoros.

Identifique como isomeros estructurales,

enántiomeros o diastereoisomoros.

Enántiomeros

Diastereosiomeros

Compuestos meso

• Un estereoisómero que contiene carbonos quirales pero que puede ser sobreimpuesto en su imagen de espejo debido a un plano de simetría, se dice que está en forma meso.

Proquiralidad

• Cuándo la susittución de un átomo o grupo puede conducir a una molécula quiral.

• No significa que la molécula es quiral, sino que una reacción podría converirla en quiral por sustitución de un solo grupo.

• El átomo en el cual debe ocurrir la sustitución es el átomo proquiral.

Proquiralidad

• Ejemplo: Etanol

El hídrogeno puede ser enatiotopico o diastereotopico

Resolución de una mezcla racémica

Talidomida

Talidomida

Talidomida

Estreoisomería

• Favor de leer excelente resumen en las paginas 170 a 172 de Fessenden & Fessenden.