Tipos de AlcanosAlcanos lineales y ramificados Los alcanos son hidrocarburos que slo contienen enlaces sencillos.

ISOMERA

Se clasifican en alcanos lineales, ramificados, cclicos y policclicos. Serie homloga

Fuente:

Rius Alonso, C., 2007 Velzquez Martnez, I., et. al. 2007 Chang R. 2007 LACV 2012

Los alcanos lineales forman una serie homologa ya que slo difieren en el nmero de - CH2 - y pueden obtenerse a partir de una formula general: CH3-(CH2)n-CH3

Alcanos lineales

Alcanos ramificados

Los alcanos lineales presentan una cadena Los alcanos ramificados, estn carbonada sin formados por una cadena lineal, ramificaciones: etano, de la que parten sustituyentes propano, butano, pentano, (ramificaciones) hexano........

Ismeros Se llaman ismeros a compuestos que tienen la misma frmula molecular pero diferente estructura qumica lo que les confiere propiedades fsicas y/o qumicas diferentes.

Ismeros de frmula C4H10 El butano y el 2-metilpropano

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ISMEROS CONSTITUCIONALES Presentan diferentes patrones de enlace. El nmero de ismeros constitucionales estructurales aumenta a medida que aumenta el nmero de tomos de carbono en la serie homloga. Ejemplo Hay Hay Hay Hay Hay Los ismeros son compuestos que tienen la misma formula molecular Los ismeros constitucionales difieren en el orden que se conectan los tomos entre s. Los estereoismeros estn conectados en el mismo orden, pero difieren en la orientacin de los tomos en el espacio Los enantimeros; son imgenes especulares unos de otros Los disteremeros no son imgenes especulares uno de otro Los disteremeros se encuentran en compuestos con dos o mas tomos de carbono quirales en la molcula. Hay Hay ..... Hay Hay 366319 4.11x109 Icosano Triacontanos 2 3 5 9 18 35 75 butanos pentanos hexanos heptanos octanos nonanos decanosH3C

H3C

CH3CH3

C4H10H3C

CH3

C2H6OH3C OHH3C

ethanol

CH3 O dimethyl ether

C6H12

CH3 (3E)-hex-3-eneCH3

Representar las frmulas estructurales para el C4H10 C5H12 C6H14 C7H16

methylcyclopentane

Pautas para graficar los ismeros de constitucin de los alcanos: 1. Dibujar el esqueleto de tomos de carbono, formando una cadena contnua. (No incluir hidrgenos) 2. Eliminar una tomo de carbono (C) del final de la cadena y colocarlo sobre otro tomo de carbono, de tal forma que el nuevo esqueleto sea diferente al anterior 3. Continuar con el procedimiento anterior, hasta terminar con todas las posibilidades para reubicar un tomo de carbono. 4. Si es necesario eliminar dos tomos de carbono del esqueleto de la cadena contnua que dibujo segn pauta N 1 y colquela ya sea como un par de tomos de carbono, o como dos fragmentos de carbono, sobre otros tomos en la cadena. Grafique todos los esqueletos diferentes posibles, colocando dos tomos de carbono. 5. Contine con el procedimiento anterior, si es necesario con tres tomos de carbono. 6. Verificar todos los esqueletos, para asegurarse que son diferentes. 7. Colocar tomos de H en los de C en cada esqueleto que haya graficado segn las pautas anteriores. 8. Recordar que cada tomo de C tiene cuatro enlaces.

Clasificacin: Ismeros constitucionales estructuralesSe clasifican en ismeros de cadena, de posicin y de funcin. Ismeros de cadena. Se distinguen por la diferente estructura de las cadenas carbonadas.

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Ismeros de posicin. El grupo funcional ocupa una posicin diferente en cada ismero.

Ismeros de funcin El grupo diferente funcional es

El buta-2-nol y el dietil ter presentan la misma frmula molecular, pero pertenecen a familias diferentes -alcohol y terpor ello se clasifican como ismeros de funcin.

...... Ismeros estructuralesButano DE CADENA Metilpropano

Propan-1-ol

Propan-2-ol

DE POSICIN

Propan-1-ol DE FUNCIN

Metoxietano

ISOMERO DE POSICIN

O DE CADENA ?

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Ismeros conformacionales.Producidos por la rotacin en torno a un enlace simple C-C. Modelo del butano anti Los metilos estn a 180 minimizndose las repulsiones. Es la conformacin ms estable del butano. Butano gauche Conformacin alternada del Butano que presenta una interaccin entre grupos metilo situados a 60, llamada interaccin gauche. Butano sin

Son Ismeros ?

Conformacin eclipsada del butano que presenta una interaccin de eclipse CH3/CH3.

Proyeccin de Newman La proyeccin de Newman se obtiene al mirar la molcula a lo largo del eje C-C. El carbono frontal se representa por un punto, del que parten los tres enlaces que lo unen a los sustituyentes. El carbono de atrs se representa por un crculo y los enlaces que salen de este carbono se dibujan a partir de este crculo.

Conformacin: Alternada y eclipsada

En el caso de la conformacin eclipsada para hacer mas visibles los tres hidrgenos posteriores, stos se dibujan ligeramente girados respecto a la posicin totalmente eclipsada.

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Tienen los compuestos la misma frmula molecular?

NO SI Ismeros NOTienen los compuestos la misma conectividad?

No Ismeros

SI

EstereoismerosNO Son interconvertibles por rotacin en torno a enlaces simples C-C? SI

Configuracional Es producida por un doble enlace? NO ptica NO Son los compuestos imgenes especulares no superponibles? SI

SI

EnantimerosQUIRALIDAD Y ENANTIOMERA Quiral: diferente de su imagen especular tiene enantimero Aquiral: idntico a su imagen especular Carbono asimtrico [ C* , centro quiral ] : C con 4 sustituyentes diferentes Compuesto con 1 C asimtrico [ C* ] quiral Nomenclatura R / S sigue reglas: Cahn, Ingold y PrelogLos enantimeros son imgenes especulares no superponibles. Se caracterizan por poseer un tomo unido a cuatro grupos distintos llamado asimtrico quiral. Ejemplo de enantimeros: (S) - (R) y 1-Bromo-1-cloroetano

La presencia de un carbono asimtrico (con sustituyentes distintos: metilo, hidrgeno, cloro y bromo) hace posible que la molcula y su imagen especular sean distintas.

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La presencia de un carbono asimtrico (con sustituyentes distintos: metilo, hidrgeno, cloro y bromo) hace posible que la molcula y su imagen especular sean distintas.

Objetos quiralesUn objeto es quiral si su imagen especular es diferente se la del objeto original

Las imgenes en un espejo de objetos quirales no se pueden superponer, por lo que todos los tomos coinciden con el tomo equivalente de la otra molculaDenomino quiral y digo que tiene quiralidad toda figura geomtrica, o todo grupo de puntos, si su imagen en su espejo plano, idealmente realizada, no puede hacerse coincidir consigo misma. (Lord Kelvin, 1893.)

Enantimeros Enantimeros de un tomo de carbono asimtrico. Las dos imgenes especulares no son superponibles.

Las imgenes no superponibles en un espejo de una molcula quiral se denominan enantimeros

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Molculas no quirales Un tomo de carbono quiral tiene cuatro sustituyentes diferentes. Los tomos de carbono con slo tres grupos diferentes sobre ellos no son quirales porque las imgenes en un espejo se pueden superponer.

Plano de simetra Un tomo de carbono con dos sustituyentes idnticos (slo tres sustituyentes diferentes) normalmente tiene un plano de simetra especular interno. La estructura no es quiral.

Un tomo de carbono enlazado slo a tres grupos diferentes no es quiral.

Solamente los compuestos con tomos de carbono quirales tienen la posibilidad de ser quirales.

Representacin de estructuras tridimensionales La estructura tridimensional del etano C2H6 tiene la forma de dos tetraedros unidos Los trazos de rayas paralelas representan enlaces que se alejan del observados, los enlaces representados por cuas se orientan hacia el observador y las otras lneas de enlace, rectas, estn en el plano de la pgina.

Imgenes especulares Estas imgenes especulares son diferentes y esta diferencia queda reflejada en su bioqumica. Slo el enantimero de la izquierda puede ser metabolizado por un enzima; el de la derecha no es reconocido por el enzima como un aminocido til. No obstante, el nombre del aminocido (de los dos) de la figura es: alanina o cido 2-aminopropanoico, segn las normas de la IUPAC. Aunque incluso los enantimeros tengan la mayor parte de las mismas propiedades fsicas, la naturaleza puede diferenciar fcilmente entre los enantimeros. La naturaleza es selectiva Se necesita, pues, una forma simple de distinguir ambos enantimeros y de nombrar a cada uno de ellos de forma inequvoca.

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Configuracin absoluta de (R) y (S). Configuracin (R) y (S). Las prioridades de los tomos unidos al quiral se dan por nmeros atmicos. En el caso de istopos, tiene prioridad el de mayor masa atmica. Utilizando una representacin tridimensional o un modelo molecular, ponga el grupo de prioridad 4 en la parte de atrs y observe la molcula a lo largo del enlace del carbono asimtrico hacia el grupo de prioridad 4. Dibuje una flecha desde el grupo de prioridad 1, a travs del segundo, hacia el tercero. Si la flecha va en el sentido de las agujas del reloj, el tomo de carbono asimtrico se conoce como (R) (del latn, rectus, a la derecha); Si la flecha va en sentido contrario al de las agujas del reloj, el tomo de carbono quiral se conoce como (S) (del latn, sinister, izquierda).

Las prioridades se dan por orden de nmero atmico de los tomos unidos directamente al carbono asimtrico (dibujados en rojo)

Puesto que la naturaleza puede diferenciar entre los enantimeros, nosotros tenemos que ser capaces de distinguirlos tambin. Asignamos a cada enantimero una configuracin absoluta basada en la estructura tridimensional del carbono asimtrico.

Configuracin absoluta de (R) y (S).

Asignacin de la configuracin R o S de los dos enantimeros del 1-cloro-1-fluoroetano.

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Ejercicio 1: Asignacin de la configuracin R o S en estereocentros unidos a ms de un tomo igual, como en el compuesto que se da a continuacin:

Ejercicio 2: Asignacin de la configuracin R o S en el siguiente compuesto quiral:

1

1

2

4 2 3

3

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Actividad pticaLos enantimeros y la actividad ptica Los enantimeros presentan propiedades fsicas idnticas, con la excepcin de su comportamiento frente a la luz polarizada. Un enantimero que gira el plano de la luz polarizada en el sentido de las agujas del reloj, es dextrgiro ( + ). El otro enantimero que provoca rotacin en el sentido contrario al de las agujas del reloj, es levgiro ( - ). Este fenmeno asociado a sustancias quirales se conoce como actividad ptica. Medida de la rotacin de la luz La rotacin ptica se mide con un polarmetro que consta de una fuente de luz, un polarizador del que sale luz oscilando en un nico plano, la cubeta que contiene el enantimero y un analizador que permite medir la rotacin de la luz.

La luz que no est polarizada est formada por ondas que vibran en cada direccin. Cuando se utiliza un polarizador, solamente las ondas que vibran en la misma direccin que el eje del filtro pueden pasar a travs de l. La luz planopolarizada solamente vibra en una direccin.

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Diagrama esquemtico de un polarmetro. La luz se origina en una fuente (generalmente una lmpara de sodio), y pasa a travs de un polarizador y la celda de muestra. El filtro analizador es otro polarizador equipado con un transportador angular; se gira hasta que se observa la mxima cantidad de luz y la rotacin se lee en el transportador.

La luz de una lmpara de sodio pasa a travs de un filtro que selecciona la luz amarilla de emisin. Esta luz polarizada pasa por la celda de muestra que contiene una solucin del compuesto que se est analizando. Solamente los compuestos quirales tienen una actividad ptica y pueden girar el plano de la luz polarizada. La luz que deja la celda de muestra pasa a continuacin a travs de un segundo filtro polarizador que se puede girar hasta que se observe que la luz determina la magnitud y la direccin de la rotacin ptica.

Reconocimiento quiral Reconocimiento molecular de la adrenalina (epinefrina) por un enzima. Slo el enantimero levgiro encaja en el sitio activo del enzima. La naturaleza puede diferenciar fcilmente los enantimeros. Los sitios activos de los enzimas normalmente se disean para alojar solamente uno de los enantimeros con objeto de formar el complejo enzimasustrato. El otro enantimero no encajar en el sitio activo del enzima, por lo que no mostrar actividad bioqumica.

Mezclas racmicas Algunas veces, a las mezclas racmica se les llama racematos, par (), o par (d,l). Una mezcla racmica se simboliza escribiendo () o (d,l) antes del nombre del compuesto. Por ejemplo, el 2-butanol racmico se simboliza por ()-2-butanol o (d,l)-2-butanol.

Cuando una solucin contiene cantidades iguales de enantimeros no mostrar una rotacin ptica. Esta mezcla 1:1 se denomina mezcla racmica o racemato.

ambos

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Diastereroismeros Son molculas que se diferencian por la disposicin espacial de los grupos, pero que no son imgenes especulares. Para que dos molculas sean diastereoismeros es necesario que al menos tengan dos centros quirales. En uno de los centros los sustituyentes estn dispuestos igual en ambas molculas y en el otro deben cambiar.

Pareja de diastereoismeros

Un tipo de diastereoismeros son los ismeros geomtricos (alquenos cis y trans). Ismeros cis/trans

cis y trans-1,2-DimetilciclopentanoIsmeros cis y trans del 1,2-Dimetilciclopentano

Son compuestos que difieren en la disposicin espacial de sus grupos. Se llaman cis los ismeros geomtricos que tienen los grupos al mismo lado y trans los que lo tienen a lados opuestos. Ejemplo: cis y trans-but-2eno Ismeros cis y trans del But-2eno

** Ver mas adelante el sistema de nomenclatura Z/E.

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Isomera cis-trans en anillos La isomera cis-trans tambin es posible cuando hay un anillo disustituido. El cis- y el trans-1,2-dimetilciclopentano son ismeros geomtricos y tambin diasteremeros. El diasteremero trans tiene un enantimero, pero el diasteremero cis tiene un plano especular interno de simetra, por lo que es aquiral.

El sistema de nomenclatura cis/trans en alquenos es insuficiente cuando hay tres o ms sustituyentes diferentes en el doble enlace. La IUPAC recomienda el sistema de nomenclatura Z/E. Las Z y la E provienen del vocablo alemn zusammen y entgegen que significa juntos y opuestos. Los que equivaldran a los trminos cis y trans respectivamente. Si una configuracin molecular es Z o E viene determinado por las reglas de prioridad de Cahn, Ingold y Prelog, que establecen un orden de prioridad segn el nmero atmico Para cada uno de los dos tomos de carbono del doble enlace se determina individualmente cual de los dos sustituyentes tiene la prioridad ms alta. Si ambos sustituyentes de mayor prioridad estn en el mismo lado, la disposicin es Z. En cambio si estn en lados opuestos la disposicin es E.H 3C CH3 (2E)-but-2-ene

Normalmente los anillos trans-1,2 disustituidos son quirales y, por tanto, tienen una imagen especular. Los anillos cis disustituidos contienen un plano de simetra interno que hace que las imgenes especulares se superpongan dejando el estereoismero cis, aquiral.

H3C (2Z)-but-2-ene

CH3

Reglas de asignacin de E o Z. Los dos extremos de los dobles enlaces son considerados separadamente. Los dos grupos de cada extremo son priorizados La designacin E (entgegen) es dada a las molculas en las que los dos grupos de mayor prioridad estn en lados opuestos del doble enlace. La designacin Z (zusammen) es dada a las molculas en las que los dos grupos de mayor prioridad estn en el mismo lado del doble enlace

Reglas de Cahn-Ingold-Prelog para priorizar grupos A mayor nmero atmico mayor prioridad: En la siguiente secuencia disminuye la prioridad I, Br, Cl, F, O, N, C, H. Si los tomos comparados tienen el mismo nmero atmico, la prioridad aumenta con el nmero msico: En la siguiente secuencia disminuye la prioridad T, D, H. (ejemplo: 3H,2H, 1H). Si los dos tomos son idnticos, nos desplazamos por la cadena de tomos comparando tomo a tomo hasta encontrar diferencias. En la siguiente secuencia disminuye la prioridad BrCH2-, FCH2-, HOCH2-, CH3CH2-, CH3-. En el caso de enlaces mltiples se consideran tantos enlaces sencillos entre los tomos como multiplicidad tenga:

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La prioridad de los grupos se basa en las reglas de Cahn-Ingold y Prelog que establecen un orden de prioridad segn el nmero atmico

La asignacin de prioridades se basa en el nmero atmico de los tomos directamente unidos a los carbonos sp2. Ejemplo, si se desea asignar la configuracin E o Z del ismero: 1-bromo-1-fluoro-propeno se procede del siguiente modo: 1. El carbono de la izquierda, de la figura est unido a CH3 y a H. Como el C tiene mayor nmero atmico que el H se le asigna a este tomo, y por tanto al grupo CH3, la prioridad: 2. El carbono de la derecha de la figura est unido a Br y a F. Como el Br tiene mayor nmero atmico que el F se le asigna a este tomo la prioridad:

3. Como los dos tomos o grupos de tomos prioritarios estn de lados opuestos del doble enlace ste tiene configuracin E.

Aplicando las mismas reglas se puede ver como el estereoismero del 1-bromo-1-fluoro-propeno es de configuracin Z

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