HH

Cl

HH

HHCl H

HHH HH

ISÓMEROS CONFIGURACIONALESISÓMEROS CONFIGURACIONALESNo Interconvertibles para pasar de uno a otro se necesita un gran aporteNo Interconvertibles para pasar de uno a otro se necesita un gran aporte

ENANTIÓMEROSENANTIÓMEROS

No Interconvertibles, para pasar de uno a otro se necesita un gran aporteNo Interconvertibles, para pasar de uno a otro se necesita un gran aportede energía que suele suponer rotura y formación de enlaces covalentesde energía que suele suponer rotura y formación de enlaces covalentes

ENANTIÓMEROSENANTIÓMEROSEstereoisómeros que son imágenes especulares no superponiblesEstereoisómeros que son imágenes especulares no superponibles

OH

OH

CBr

ClH C

BrClH

ENANTIÓMEROSENANTIÓMEROSEstereoisómeros que son imágenes especulares no superponiblesEstereoisómeros que son imágenes especulares no superponibles

H H

Estereoisómeros que son imágenes especulares no superponiblesEstereoisómeros que son imágenes especulares no superponibles

C CH

Cl O

H

HCCH

ClO

H

H

OH Cl O HCl

DIASTEREÓMEROS O DIASTEREOISÓMEROSDIASTEREÓMEROS O DIASTEREOISÓMEROSEstereoisómeros que NO son imágenes especularesEstereoisómeros que NO son imágenes especularesEstereoisómeros que NO son imágenes especularesEstereoisómeros que NO son imágenes especulares

C CH

Cl O

H

HCCH

ClO

Cl

HC C

OH ClH

O HHCl

DIASTEREÓMEROS O DIASTEREOISÓMEROSDIASTEREÓMEROS O DIASTEREOISÓMEROSEstereoisómeros que NO son imágenes especularesEstereoisómeros que NO son imágenes especulares

CCl H

Estereoisómeros que NO son imágenes especularesEstereoisómeros que NO son imágenes especulares

C CCC H3H3

C CCCl H3

ClCl ClCH3Z Z (cis)(cis) E E (trans)(trans)

QUIRALIDAD

Moléculas quirales y aquirales

Todos los ejemplos quirales contienen un átomo que está conectado con cuatro grupossustituyentes diferentes. Tal átomo se llama “átomo asimétrico“,(E.g., carbónasimétrico) ó “estereocentro” Los centros de este tipo son denotados a veces por unasimétrico) ó estereocentro . Los centros de este tipo son denotados a veces por unasterisco (*) . Las moléculas con un solo estereocentro son siempre quirales. Veremosmas adelante que estructuras con mas de un estereocentro puden o no, ser quirales.

Quiralidad y Simetría

Muchos objetos quirales, tales como escaleras espirales, no tienen estereocentros. Estadeclaración es también verdad para muchos moléculas quirales “Recuerda que el únicodeclaración es también verdad para muchos moléculas quirales. Recuerda que el únicocriterio para quiralidad es la naturaleza no superponible de un objeto con su imagenespecular”. Por ahora, confinaremos nuestra discusión a las moléculas que son quiralescomo consecuencia de la presencia de estereocentros. Pero ¿cómo determinamos si unacomo consecuencia de la presencia de estereocentros. Pero ¿cómo determinamos si unamolécula es quiral o no? Como habrá notado ya, no es siempre fácil decir. Una manera atoda prueba es construir los modelos moleculares de la molécula y de su imagen especular ybuscar superponibilidad, Sin embargo, este procedimiento es muy costoso en tiempo. Unp p g p y pmétodo más simple es buscar simetría en la molécula bajo investigación.

“Para la mayoría” de las moléculas orgánicas, tenemos que considerar solamente unaprueba para la quiralidad: la presencia o la ausencia de un plano de simetría Un plano deprueba para la quiralidad: la presencia o la ausencia de un plano de simetría . Un plano desimetría (plano especular) es uno que biseca la molécula de tal forma que la estructuraque queda en un lado del plano refleja la parte en el otro lado. Por ejemplo, el metanotiene seis planos de simetría, el clorometano tiene tres, diclorometano dos,tiene seis planos de simetría, el clorometano tiene tres, diclorometano dos,bromoclorometano uno, y bromoclorofluorometano ninguno.

¡ Las moléculas quirales no pueden tener un plano de simetría !

SUMARIO

Una molécula quiral puede existir en cualquiera de dos formas estereoisómeras llamadasenantiómeros las cuales se relaciona entre sí como un objeto y su imagen especular noenantiómeros, las cuales se relaciona entre sí como un objeto y su imagen especular nosuperponible. “ La mayoría de las moléculas orgánicas quirales” contienen estereocentros,aunque existen estructuras quirales que carecen de tales centros. Una molécula quecontiene un plano de simetría es aquiral.contiene un plano de simetría es aquiral.

Substancias quirales en la Naturaleza El olor de laalcaravea se debe alenantiómero de“carvona” mostrado;mientras que el

b tí i d l

Muchos compuestos orgánicos existen enl t l l d

sabor típico de lamenta verde esdebido a su otroenantiómerola naturaleza solo como uno de sus

enantiómeros, algunos como ambos. Laalanina natural, un aminoácido muyabundante solo existe como uno de sus

enantiómero.

Quiralidad en el mundo macroscópico

abundante, solo existe como uno de susenantiómeros; mientras que el ácidoláctico se encuentra en sangre y músculoscomo uno de sus enantiómeros y en elcomo uno de sus enantiómeros y en elsuero de la leche y algunos frutos comouna mezcla de ambos de sus enantiómeros

ACTIVIDAD ÓPTICA

Polarímetro

Todas las propiedades físicas (p.e; p.f; d; etc.) de dos enantiómeros son idénticas, salvo una: elsentido en q e rotan en la misma magnit d (rotación óptica α) el plano de polari ación desentido en que rotan, en la misma magnitud (rotación óptica, α), el plano de polarización deun haz de luz polarizada.Un enantiómero que rota el plano de la luz en el sentido de las agujas del reloj , se dice que esdextrorotatorio y se describe (arbitrariamente) al compuesto como el (+) enantiómerodextrorotatorio y se describe (arbitrariamente) al compuesto como el (+)-enantiómero.Consecuentemente, el otro enantiómero, que efectúa la rotación en sentido contrario a lasagujas del reloj, es levorotatorio y llamado el (–)-enantiomero. A ésta especial interacción conla luz se le denomina actividad óptica y los enantiómeros son frecuentemente descritos comola luz se le denomina actividad óptica y los enantiómeros son frecuentemente descritos comoisómeros ópticos.

Rotación específicaDonde:

α rotación óptica observada en gradosα = rotación óptica observada en gradost = temperature en °Cλ = longitude de onda de la luz empleada (normalmente la

linea D de emisión del sodio (589 nm)l = longitud de la celdilla de la disolución en decímetrosc = concentración en g/ml , indicando el solvente (para

sustancias poco solubles se suele expresar en g/100 ml)

Pureza óptica, Mezcla Racémica y Exeso Enantiomérico

Si tenemos una mezcla 1:1 de (+)-2-bromobutano y (-)-2-bromobutano, no se observa rotaciónóptica neta y, por tanto, la mezcla es opticamente inactiva. Tales mezclas se denominanracémicas.Algunas veces puede establecerse un equilibrio químico entre los dos enantiómeros de una

i é d f ió d l A l l d isustancia, a través de ruptura y reformación de enlaces. A tal proceso se le denominaracemización . P. ej. La (+)-alanina sufre una racemización muy lenta en depósitos fósiles porruptura de enlaces terciarios C-H, un proceso que resulta en una reducción de su actividadópti aóptica.Puede observarse actividad óptica en mezclas de enantiómeros, pero solamente si losenantiómeros están presentes en cantidades diferentes. Usando la medida de la rotación óptica,podemos calcular la composición de la mezclapodemos calcular la composición de la mezcla.

Por ejemplo, si una solución de (+)-alanina de un fósil exhibe un [ α ] de sólo + 4,25 ( la mitadde la del enantiómero puro), podemos decir que la mitad de la mezcla es el enantiómero (+)puro y el otro 50 % es una mezcla racémica Se dice así que hay un 50% de excesopuro y el otro 50 % es una mezcla racémica. Se dice, así, que hay un 50% de excesoenantiomérico. Puesto que la porción racémica consta de cantidades iguales de los isómeros

(+) y (-), la composición de la mezcla es 75 % del isómero (+) y 25 % del isómero (-). El 25 % de( ) y ( ), p ( ) y ( )(-)- enantiómero cancela la rotación del mismo % de (+)-isómero. Se dice, así, que la mezclaposee una pureza óptica ó exceso enantiomérico del 50 % ( 75 % - 25 %) y la rotación ópticaobservada es la mitad de la del enantiómero dextrorotatorio puro. En general:

SUMARIO

Dos enantiómeros pueden ser distinguidos por su actividad óptica, esto es, por el modo enp g p p , , pcomo interaccionan con la luz polarizada como medida en un polarímetro. Uno de losenantiómeros rota siempre la luz polarizada en el sentido de las agujas del reloj(dextrorotatorio) y el otro, en igual número de grados, en sentido contrario a las agujas delreloj ( levorotatorio).

La rotación específica [ α ], es una constante física sólo posible en moléculas quirales.

Una mezcla 1:1 de dos enantiómeros constituye una mezcla racémica y es opticamente inactiva.

Una mezcla de dos enantiómeros puede tener actividad óptica, siempre que los mismos esténen distintas proporciones, la cual se puede establecer mediante medida de su rotación

ífi i l d d l tió % d ó tiespecífica si se conoce la de uno de los enantiómeros puro y expresarse en % de pureza ópticaó exceso enantiomérico.

La interconversión de enantiómeros a través de un proceso de equilibrio químico da lugar aLa interconversión de enantiómeros a través de un proceso de equilibrio químico da lugar a racemización y, por tanto, a la desaparición de actividad óptica.

CONFIGURACIÓN ABSOLUTA¿ Cómo establecemos la estructura de un enantiómero puro de unCompuesto quiral?. Y una vez conocida la respuesta, ¿ hay algúnp q p , ¿ y gmodo de nombrarlo inambiguamente y distinguirlo de su imagenespecular?.La difracción de Rayos X puede establecer la configuración absolutay p gDesafortunadamente, no hay una correlación directa entre el signo dela rotación óptica y la estructura de un enantiómero particular. P. ej.,la conversión del ácido láctico en su sal sódica cambia el signo ( ygrado) de la rotación, a pesar de que la configuración del carbonoasimétrico permanece inalterada.¿ Cómo sabemos entonces que el enantiómero levorotatorio del ácidoLáctico tiene la estructura indicada?. Tal información puede obtenersea través del análisis de difracción de Rayos X por un monocristal de lasustancia.Esto no significa que cada compuesto quiral deba ser sometido aanálisis de difracción de Rayos X para establecer su estructura. Laconfiguración absoluta puede ser establecida por correlación química

lé l i t t h id b d é tcon una molécula cuya propia estructura ha sido probada por éstemétodo. P. ej., conociendo la configuración del estereocentro en elÁcido (-)-láctico por difracción de Rayos X , también queda establecidala configuración absoluta de su (+) sal sódica ( esto es la misma) yala configuración absoluta de su (+)-sal sódica ( esto es, la misma), yaque en la transformación química no ha intervenido para nada elcarbono asimétrico.

CONFIGURACIÓN ABSOLUTA: REGLAS DE SECUENCIA R-S

Para dar nombre a enantiómeros de forma inambigua, necesitamos un sistema que nos permita indicar la configuración de las moléculas una especie de nomenclatura “mano derecha” frenteindicar la configuración de las moléculas; una especie de nomenclatura “mano derecha” frente a “mano izquierda”. Un sistema de tal naturaleza fue ideado por los químicos: R.S. Cahn, C. Ingold y V. Prelog.

Orden de prioridad:Orden de prioridad:

a > b > c > d

U t bl id l fi ió l í b l R ó S ñ d fij t é ti iUna vez establecida la configuración, el símbolo R ó S se añade como un prefijo entre paréntisisal nombre del compuesto quiral, como en : (R)- 2-bromobutano, ó (S)-2-bromobutano. El signode la rotación del plano de la luz polarizada puede añadirse , si se conoce, como en : (S)-(+)-2-bromobutano y (R) ( ) 2 bromobutano Es importante recordar sin embargo que losbromobutano y (R)-(-)-2-bromobutano. Es importante recordar, sin embargo, que lossímbolos R y S no correlacionan necesariamente con el signo de la rotación óptica ( α ).

Reglas de prioridad para los sustituyentes sobre el centro asimétrico

Ejemplo: asignación de la configuración absoluta del (-)-2-bromobutanoRecuerda que el hecho de que éste enantiómero sea levorotatorio no nos dice nadaacerca de su configuración absoluta; puede ser R ó S El modus operandi paraacerca de su configuración absoluta; puede ser R ó S. El modus operandi paraestablecerla se indica a continuación:

SUMARIOEl signo de la rotación óptica no puede usarsepara establecer la configuración absoluta depara establecer la configuración absoluta deun estereoisómero. En su lugar debeemplearse la difracción de Rayos X (ócorrelaciones químicas) Podemos expresar lacorrelaciones químicas). Podemos expresar laconfiguración absoluta de una moléculaquiral como R ó S por aplicación de las reglasde secuencia de Cahn-Ingold-Prelog que nosde secuencia de Cahn Ingold Prelog,que nospermite clasificar los sustituyentes en ordende prioridad creciente. Situando el grupo demas baja prioridad hacia atrás, lo mas alejadoas baja p o dad ac a at ás, o as a ejadode nuestra vista, deja el resto de sustituyentesen sentido de las agujas del reloj ( R ) ó ensentido contrario a las agujas del reloj ( S)

Proyecciones de Fischer

Manipulación de las proyecciones de Fischer

Rotaciones en el planoRotaciones en el plano

Una rotación de 90° en el plano da lugar a un cambio de configuración.Una rotación de 180° en el plano mantiene la configuración.

Intercambio de sustituyentes

Un número impar de intercambio de sustituyentes cambia la configuración. Un número par de intercambio de sustituyentes mantiene la configuraciónUn número par de intercambio de sustituyentes mantiene la configuración

Determinación de la configuración absoluta en Proyecciones de Fischer

1 Partiendo de la estructura espacial ( cuña y linea discontinua) se dibuja la1. Partiendo de la estructura espacial ( cuña y linea discontinua), se dibuja lacorrespondiente proyección de Fischer.

2. Se asignan las prioridades de los sustituyentes de acuerdo con las reglas de2. Se asignan las prioridades de los sustituyentes de acuerdo con las reglas desecuencia de Cahn-Ingold-Prelog.

3. Se hacen los intercambios de sustituyentes necesarios (teniendo en cuenta lasy (reglas vistas en la diapositiva anterior) para que el sustituyente de menorprioridad quede situado en la parte superior.

4. Se mira para los tres sustituyentes restantes si el camino desde el de mayorprioridad al de menor prioridad sigue el movimiento de las agujas del reloj ( R)o el sentido contrario a las agujas del reloj ( S ).

¿ Cual es la configuración absoluta enCada uno de estos ejemplos?