1. Estereoisomería: conceptos y tipos.2. Isomería geométrica en alquenos y cicloalcanos. Notaciones

E,Z.3. Actividad óptica y Quiralidad.4. Notaciones R y S de centros estereogénicos.5. Enantiómeros y diastereoisómeros.6. Proyección de Fischer.BIBLIOGRAFÍA1. Francis A. Carey, Química Orgánica, McGraw Hill, 4ª ed. 2006.2. L. G. Wade, Jr., Química Orgánica, Prentice-Hall Hispanoamericana, 5ª ed. 20043. M. A. Fox y J. K. Whitesell, Química Orgánica, Pearson Educación, 2ª ed. 2000. 4. K. P. C. Vollhardt, Química Orgánica, Omega, 3ª ed. 2000.

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Tema 2: Estereoquímica

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Estereoisómeros. Clasificación

Estereoisómeros

Conformacionales Configuracionales

Geométricos Ópticos

Diastereoisómeros Enantiómeros

Los estereoisómeros tienen la misma secuencia de átomos enlazados covalentemente, pero distinta disposición espacial.

Los i. conformacionales se pueden interconvertir a temperatura ambiente, por rotación de enlaces sencillos

Los i. configuracionales no pueden interconvertirse a temperatura ambiente. Por ello, a diferencia de los i. conformacionales pueden separarse. Para pasar de uno a otro es preciso normalmente romper y formar enlaces. Hay dos clases:

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Estereoisómeros. Clasificación

I. Geométricos: Los que se originan por la distinta orientación de átomos o grupos respecto de un doble enlace o un plano de anillo.

• I. Ópticos: Los que se originan por la distinta orientación espacial en torno a un estereocentro (generalmente un C con hibridación sp3 unido a 4 sustituyentes distintos). Se les denomina así por su distinto comportamiento frente a la luz polarizada. Esta clase abarca a dos tipos de isómeros configuracionales:

• Los enantiómeros: que se relacionan por ser imágenes especulares no superponibles

• Los diastereoisómeros o diastereómeros: isómeros configuracionales que no son imágenes especulares uno del otro.

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Isómeros conformacionalesEtano

5

Isómeros conformacionalesEtano

6

Isómeros conformacionalesTensión Torsional

Proyecciones de Newman

Etano

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Isómeros conformacionales

Isomería geométrica: isómeros cis-trans en alquenos

Identificar las isomerías geométricas en el leucotrieno B4

El leucotrieno B4, producido por oxidación enzimática del ácido araquidónico, es un sistema conjugado.

CO2HOHHOHH

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Estereoisomería. Isomería geométrica

9

Estereoisomería. Isomería geométrica

C CH3C-H2C

H3C

CH3

HC C

H3C

H3C-H2C

CH3

H

(Z)-3-metilpent-2-eno (E)-3-metilpent-2-eno

H3C

CH3

H

HH3C

H

H

CH312

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cis-1,2-dimetilciclopentano trans-1,2-dimetilciclopentano

CH3

H

Br

H

Br

H H

CH3

cis-1-bromo-3-metilciclohexano cis-1-bromo-3-metilciclohexanoaxial-axial ecuatorial-ecuatorial

En sistemas cíclicos:

En dobles enlaces:

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Estereoisomería. Isomería geométrica

11

Quiralidad

12

Quiralidad

Imagen especular no superponible con original

Si un compuesto puro es ópticamente activo, la molécula no es superponible con su imagen especular, es quiral

Una sustancia que desvía el plano de polarización de la luz polarizada se dice que es ópticamente activa

13

Actividad óptica y quiralidad

14

Actividad óptica y quiralidad

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El polarímetro

O

Alcanfor

O

HO

OHO

HO

OHO

HOOH

OH

sacarosa

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Actividad óptica

espejo

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Estereoisomería. Isomería óptica

Moléculas aquirales. Poseen plano de simetría

Molécula aquiral. Posee centro de simetría

Para que exista quiralidad se requiere la ausencia simultánea de plano de simetría, centro de

simetría y eje de rotación-reflexión. Para las moléculas que

estudiaremos en este curso bastará con investigar la ausencia de plano

de simetría.

Cl

BrCl

Br

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Elementos de simetría y quiralidad

Centro de quiralidad Enantiómeros

Moléculas aquirales Los enantiómeros tienen idénticas propiedades físicas y químicas, salvo que: a) rotan el plano de luz polarizada en sentidos opuestos, b) reaccionan a velocidades distintas con otros compuestos quirales

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Quiralidad y Enantiomería

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Propiedades biológicas de enantiomeros

N

O

O

NH

O

O N

O

O

NH

O

O

(S)-talidomida (R)-talidomida

Teratogénica: malformaciones graves en niños recién nacidos

Efecto sedante

Ejemplo: la talidomida se administró como fármaco (en forma racémica) en los años 60 contra las naúseas en el embarazo

Dos enantiómeros tienen las mismas propiedades físicas (excepto actividad óptica) pero pueden tener muy distinta actividad biológica!!!!!

La (-)-tiroxina es un aminoácido de la glándula tiroides que acelera el metabolismo y causa nerviosismo y pérdida de peso

O

OH

Ibuprofeno

N

*

N NNH

O

O

O

O

TalidomidaNicotina

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La (-)-nicotina es mucho más tóxica que la (+)-nicotina

El enantiómero S tiene propiedades analgésicas

Quiralidad y Enantiomería

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Importancia biológica de los enantiómeros

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(-)-epinefrina natural o adrenalina

(+)-epinefrinaEpinefrina sintética

Sitio activo del enzima

Complejo enzima-sustrato

No encaja bien en el sitio activo

Reconocimiento quiral de la

epinefrina, o adrenalina, por

un enzima

Sólo el enantiómero

levógiro ajusta en el sitio activo del

enzima

Un racémico puede cristalizar de dos formas diferentes: a) Mezcla racémica, b) Compuesto racémico

Un racémico contiene igual cantidad de ambos enantiómeros

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Racémico

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Configuración absoluta y relativa

Configuración absoluta de un estereocentro es la disposición espacial concreta de los cuatro átomos o grupos distintos alrededor de ese centro estereogénico.

Puede determinarse:

a) Mediante dispersión anómala que es un tipo especial de análisis por Rayos X.

b) Por correlación química. Ésta consiste en transformar el compuesto ópticamente activo en un compuesto de configuración absoluta conocida mediante reacciones que no impliquen rotura de los enlaces del centro estereogénico. Ambos compuestos tienen la misma configuración relativa en ese centro.

rotar

rotar

Enantiómero R

Enantiómero S

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Notaciones Configuracionales R y S

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1.- El orden de prioridad es función del número atómico

I > Br > Cl > S > P > F > O > N > 13C > 12C > D > H

2.- Si dos ó más átomos unidos al C* son iguales, se consideran los números atómicos de los átomos unidos en segundo lugar y así sucesivamente hasta que se encuentre una diferencia

Cl

Pri EtH

2

1

4

3

Ejemplos: -CHBr2 > -CH2Cl > -C(CH3)3 >

-CH(CH3)CH2F > -CH(CH3)2 > -CH2CH3

Reglas de prioridad

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3.- Cuando el sustituyente tiene un múltiple enlace se considera como múltiples enlaces sencillos

Doble enlace = 2 enlaces sencillosTriple enlace = 3 enlaces sencillos

4.- Entre dos alquenos iguales tiene prioridad el alqueno de configuración Z o cis.

Ph

H2C=HC PriH

2

1

4

3

5.- Entre dos grupos quirales que sólo difieren en la configuración se toma como prioritario el de configuración R.

Reglas de prioridad

Notaciones Configuracionales R y S. Reglas de prioridad (Cahn-Inglold-Prelog)

1. Si los cuatro átomos unidos directamente al centro estereogénico son distintos, la prioridad depende del número atómico. Mayor número atómico tiene prioridad más alta. Entre isótópos, la prioridad corresponde a la mayor masa atómica.

2. Si dos o más átomos unidos directamente al centro quiral son iguales, la prioridad viene dada por el número atómico del segundo átomo en cada grupo, o si continúa la coincidencia, por el tercero, etc., hasta que aparezca la primera diferencia.

3. Los átomos con enlaces múltiples se consideran como un número equivalente de átomos con enlaces simples. Así –C=A equivale a –C-A y –CΞA es A

A C -C-A-C

A C

4. Entre dos restos de alqueno que difieren sólo en la geometría del C=C, el de configuración cis precede al de configuración trans.

5. Entre dos sustituyentes quirales que sólo se diferencian en la configuración, tiene prioridad el de configuración R sobre el S.

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Ver desde este ángulo

Ver desde este ángulo(S)-Acido láctico

Dibujo en perspectiva

(S)-Acido lácticoProyección de

Fischer

la proyección de Fischer utiliza una cruz para representar un átomo de carbono asimétrico. Las líneas horizontales se proyectan hacia el observador y las líneas verticales se alejan del observador.

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Acido láctico. Proyecciones de Fischer

enantiómeros

enantiómeros

diastereoisómeros

Siendo nº de C* = n, el nº (máx.) de estereoisómeros = 2n

Si la molécula contiene un plano de simetría, el nº de estereoisómeros es menor

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2-Bromo-3-clorobutano 4 estereoisómeros

Moléculas con más de un centro estereogénico

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enantiómeros

¡ el mismo compuesto !meso

Plano de simetría

diastereoisómeros

2, 3-dibromobutano 3 estereoisómeros

Moléculas con más de un centro estereogénico

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Moléculas con más de un centro estereogénico

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Moléculas con más de un centro estereogénico