Versin original: DR. CARLOS A. RIUS ALONSO
UNIDAD DE APRENDIZAJE 06
Objetivo terminal del curso:
Desarrollar las competencias argumentativas, interpretativas y propositivas.
Objetivos de la Unidad:
Revisin de conceptos previos, sobre la isomera y las frmulas tridimensionales.Ismeros
Ismeros constitucionales
Estereoismeros
Ismeros conformacionales
Ismeros configuracionales
Diastereoismeros
Enantiomeros
Ismeros Cis-Trans
Diastereoismeros con centros Estereognicos
*
ESTRUCTURALES
ESTEREOISMEROS
ISMEROS
CONFORMACIONALES
CONFIGURACIONALES
Diasteremeros
Enantimeros
OTRA VISIN GLOBAL DEL PROBLEMA
ISMEROS ESTRUCTURALES
DE CADENA
Butano
Metilpropano
Propan-1-ol
Propan-2-ol
DE POSICIN
DE FUNCIN
Propan-1-ol
Metoxietano
Quiralidad
Todo objeto cuya imagen especular no sea superponible al objeto se dice que es un objeto quiral por ejemplo:
Un guante derecho es el espejo se ve como si fuese izquierdo. Un automvil en el espejo se ve con el timn invertido.Un tornillo de rosca derecha se ve en el espejo como rosca izquierda.Espejo para comprobar la quiralidad
Utilice un espejo para comprobar la quiralidad. Un objeto es quiral si su imagen especular es diferente de 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 molcula.*
Espejo para comprobar la quiralidad
*
Quiralidad:
Es una propiedad segn la cual un objeto (no necesariamente una molcula) no es superponible con su imagen especular. Cuando un objeto es quiral se dice que l y su imagen especular son enantimerosMolculas no quirales
Un tomo de carbono quiral tiene cuatro sustituyentes diferentes. Los tomos de carbono presentan dos o ms sustituyentes iguales, no son quirales, porque las imgenes en un espejo se pueden superponer.Ambas molculas representan la misma molcula
*
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.Solamente los compuestos con tomos de carbono quirales tienen la posibilidad de ser quirales.*
Plano de simetra
*
Planos de simetra especular
El cis-1,2-diclorociclopentano tiene un plano de simetra especular. Cualquier compuesto con un plano de simetra especular interno no puede ser quiral.*
Planos de simetra especular
Los planos de simetra pueden atravesar los tomos dividindolos en dos. Los ciclos cis, tales como 1,2-diclorociclopentano, tienen un plano de simetra especular interno, por lo que no son quirales.trans-1,2-diclorociclopentano no tiene plano de simetra especular. Los tomos de cloro no se reflejan uno en otro a travs de un hipottico plano especular.*
trans-1,2 dicloropentano son quirales.
No tienen un plano de simetra especular interna.*
Enantimeros
Enantimeros de un tomo de carbono asimtrico. Las dos imgenes especulares no son superponibles.Las relaciones objeto-imagen especular no superponibles se denominan quiralidad y a los estereoisomeros que tienen esta relacin se les denomina enantiomeros.*
Enantimeros
*
Enantimeros de la adrenalina
En el ejemplo, la hormona adrenalina posee dos enantimeros, pero slo la forma levgira (R) es secretada por la mdula adrenal.*
8.cdx9.cdx*
Imgenes especulares
Estas imgenes especulares son diferentes. 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.Alanina o cido 2-aminopropanoico, segn.
*
Imgenes especulares
Aunque incluso los enantimeros tengan la mayor parte de las mismas propiedades fsicas, la naturaleza puede diferenciar fcilmente entre los enantimeros. La naturaleza es estereoselectiva.*
Las configuraciones
Configuracion ABSOLUTA (asignacin con reglas de Cahn Ingold Prelog)Configuracion RELATIVAAsignar la configuracin ABSOLUTA de (R) y (S)
Regla 1 Asignar una prioridad a cada grupo enlazado al tomo de carbono quiral.La prioridad se asigna segn los nmeros atmicos de los tomos enlazados, a mayor nmero atmico mayor prioridad.*
Asignar la configuracin ABSOLUTA de (R) y (S)
Regla 2 Dadas las prioridades se coloca hacia atrs al grupo de menor prioridad y se recorre los tres grupos restantes de primera prioridad a 2 y 3 ..Si el recorrido sigue el sentido horario se conoce como (R) (del latn, rectus, a la derecha).Si el recorrido sigue el sentido antihorario se conoce como (S) (del latn, sinister, izquierda).*
Para el bromoclorofluormetano hay dos ismeros
Br > Cl > F > H
En general:
I > Br > Cl > S > P > F > O > N > C > H
Extensin a la Regla 1
Si hubiese dos o ms tomos iguales en prioridad, unidos al tomo asimtrico, se sigue la asignacin de prioridades tomando en cuenta los siguientes tomos enlazados. As:Extensin a la Regla 1
De existir enlaces mltiples (doble y/o triple) se cuenta como doble o triple presencia de enlace.Representacin de las proyecciones de Fischer
*
Representacin de las proyecciones de Fischer
La proyeccin de Fischer utiliza un par de lneas perpendiculares para representar un tomo de carbono asimtrico. Las lneas horizontales se proyectan hacia el observador y las lneas verticales se alejan del observador. Las proyecciones de Fisher tienen en cuenta la determinacin de la configuracin absoluta sin tener que girar la molcula.*
Configuracin relativa
La configuracin relativa compara la configuracin de un producto con la de otro (es una relacin determinada experimentalmente), aun cuando no se conozca la configuracin absoluta de ellas.Configuracin relativa
retencin
inversin
15.cdx16.cdxMolecula quirales sin centro quiral
Propiedades de los enantimeros
Enantimeros del cido lctico Nombrecido (+)-lctico cido (-)-lctico Punto de fusin 26oC26oCDensidad (25o) 1,2481,248Solubilidad en agua Solubilidad en alcohol pKa3,863,86[a]D25+3,8-3,8Diasteremeros
Son estereoismeros que no son superponible ni son imagen especular entre s .Los disteremeros tienen distintas propiedades fsicas:Puntos de ebullicin, fusin solubilidad, ndice de refraccin, rotacin especfica, etc.
Diasteremeros
Formas diastereomricas
Cada miembro de un par de enantimeros es un diasteremero de cada uno de los miembros del otro par. Los diasteremeros se encuentran en molculas con dos o ms tomos de carbono quirales. Existen dos pares de enantimeros (imgenes especulares).Diasteremeros
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.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.Isomera cis-trans en anillos
Compuestos meso
El 2,3-dibromobutano es un ejemplo de un compuesto que tiene menos de 2n estereoismeros.Tiene dos carbonos asimtricos, C2 y C3, por lo que la regla 2n predice un mximo de cuatro estereoismeros.MESO
ACTIVIDAD PTICA
La luz que no est polarizada est formada por ondas que vibran en todas direcciones. Cuando se utiliza un polarizador, solamente las ondas que vibran en una direccin que el eje del filtro pueden pasar a travs de l. La luz plano polarizada solamente vibra en una direccin.*
ACTIVIDAD PTICA
*
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.*
Diagrama esquemtico de un polarmetro
La 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.*
Actividad ptica
Las sustancias quirales segn el giro de la luz polarizada se clasifican en:
Dextrorrotatorios: si el giro del plano de luz polarizado es horario (+).Levorrotatorio: si el giro del plano de luz polarizada es antihorario (-).Actividad ptica
(+)-cido lctico (-)-cido lctico (+)-2-butanol (-)-2-butanol (+)-2-metil-1-butanol (-)-2-metil-1-butanol (+) glucosa metabolismo animal (fermenta)(-)glucosa no es metabolizable (no fermenta)
Actividad ptica
(+) cido tartrico consume el penicillum glaucum.(-) cido tartrico no es consumido.
(-) adrenalina es hormona mucho ms efectiva que su ismero (+) adrenalina.(-)-efedrina: frmaco (descongestionante), la (+) no lo es e interfiere.Rotacin especfica:
El ngulo de giro de la luz polarizada depende del nmero de molculas pticamente activas que encuentran a su paso es decir:
Concentracin de la sustancia.Longitud de celda.ACTIVIDAD PTICA
Solucin de (+) 2-butanol, 6g de 40mL (0,15g/mL) en un polarmetro 200mm (2dm) se obtiene un giro de la luz 4,05Actividad ptica de enantiomeros
(+)-cido lctico [ ] = + 3,8 (-)-cido lctico [ ] = - 3,8 (+)-2-butanol [ ] = + 13,5 (-)-2-butanol [ ] = - 13,5 (+)-2-metil-1-butanol [ ] = + 9,5 (-)-2-metil-1-butanol [ ] = - 9,5Mezclas de sustancias pticamente activas
Si se mezclan dos sustancias pticamente activas A y B, el ngulo girado del plano de luz polarizada es adicin de lo que aporta cada sustancia. = A + B A = [A ] CA l B = [B ] CB lMezclas racmicas
Cuando una solucin contiene cantidades iguales de ambos enantimeros no mostrar una rotacin ptica.Esta mezcla 1:1 se denomina mezcla racmica o racemato.*
Mezcla racmica
= d + ld = [d ] Cd ll = [l ] Cl l [d ] = - [l ] Cd = Cl = 0pticamente inactiva
par (), o par (d,l).
Una mezcla racmica se simboliza escribiendo () o (d,l) antes del nombre del compuesto.Ejemplo: 2-butanol racmico se simboliza ()-2-butanol
o (d,l)-2-butanol.
*
La pureza ptica:
Define la cantidad de enantimeros en exceso respecto a la cantidad de mezcla racmica sobre la cantidad total. Pureza ptica = (4/12)*100 = 33,33%Composicin porcentual y
pureza ptica
% P.O.Composicin porcentual de la mezclaComposicin porcentual de la mezcla100 % (+)100 % (+)Es el enantimero (+) puro80 % (+)90 % (+) y 10 % (-)Mezcla parcialmente racmica con exceso del enatimero (+)50 % (+)75 % (+) y 25 % (-)Mezcla parcialmente racmica con exceso del enatimero (+)20% (-)60 % (-) y 40 % (+)Mezcla parcialmente racmica con exceso del enatimero (-)0 % (+)50 % (-) y 50 % (+)Es la mezcla racmicaPureza ptica (%P.O.)
Donde: CA(-): concentracin del enantimero levgiro
CA(+): concentracin del enantimero dextrgiro
Pureza ptica (%P.O.)
Propiedades biolgicas
R-(-)-epinefrina es una hormona que segrega la molcula adrenol, la (+) carece del efecto y es ligeramente txica.La (-) carvona es la fragancia asociada al aceite de menta, la (+) carvona tiene aroma a la semilla de zanahoria (desagradable) (aceite de alcaravea).Propiedades biolgicas
Propiedades biolgicas
Resolucion de mezcla racmica
Es la tcnica de separacin de parejas de enantiomeros.
Muchas reacciones forman mezclas racmicas de productos, especialmente cuando el materia inicial es aquiral y el producto es quiral
*
Resolucin enantiomrica.
El caso ms comn, es la mezcla racmica de bases o cidos, los cuales al reaccionar con un agente de resolucin, un enantimero puro de un cido o base respectivamente, se transforman en una mezcla de sales diastereomricas separables por recristalizacin.Los agentes de resolucin suelen ser productos naturales quirales.Resolucin enantiomrica.
Los agentes de resolucin suelen ser productos naturales quirales, como los cidos: (+)-lctico, (+)-tartrico,(-)-mlico y los alcaloides que tienen naturaleza bsica, tales como: (-)-brucina, la (-)-cinconina, (-)-quinina y otros.
La L-feniletilamina es un producto fcil de obtener por sntesis y de resolver en sus correspondiente enantimeros, los cuales, una vez separados, pueden ser utilizados para la resolucin de mezclas racmicas de cidos.El caso general de resolucin de una mezcla racmica de propiedades bsicas es
Cromatografa quiral de enantimeros.
Los enantimeros del compuesto racmico forman complejos diastereomricos con la sustancia quiral del relleno de la columna. Uno de los enantimeros se enlaza con ms fuerza que el otro, por lo que se mueve ms lentamente a travs de la columna.La interaccin diferente entre los diasteremeros y el relleno de la columna es la base de la cromatografa quiral. Un diasteremero interactuar ms con el relleno de la columna, mientras que el otro diasteremero, que interacta menos, puede pasar a travs de la columna y salir de la columna primero.Cromatografa quiral de enantimeros
Reconocimiento quiral
Reconocimiento molecular de la 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 enzima-sustrato. El otro enantimero no encajar en el sitio activo del enzima, por lo que no mostrar actividad bioqumica.*
*
Ismeros conformacionales y configuracionales
diferentes
37.cdx38.cdx39.cdx40.cdx41.cdxIsmeros conformacionales y configuracionales
42.cdx43.cdxEl radical generado es plano y los lbulos son atacados con igual probabilidad por el bromo molecular, lo que produce 2-bromobutano racmico.
A) GENERACIN DE UN CENTRO QUIRAL
C) REACCIONES CON RUPTURA DE ENLACES EN EL CENTRO QUIRAL
Una reaccin estereoqumica en la que se produce una sustitucin (ruptura de un enlace) en el centro quiral, pierde la quiralidad, en razn a que se forma una cara enantiotpica.
46.cdxD) REACCIONES DE MOLCULAS QUIRALES SIN RUPTURA DE ENLACE DEL ESTEROCENTRO
47.cdx48.cdxD1)
49.cdx50.cdxD2)
La formacin de los productos II y IV corresponde a dos casos de reacciones en las que intervienen molculas quirales, sin generacin de ningn centro estereognico nuevo, ni ruptura de enlaces en el centro quiral existente. En ambos casos, la reaccin transcurre con retencin de la configuracin en el centro estereognico existente en el compuesto de partida:
Estereoquimica dinamica (reacciones)
D3) Bromacin del (S)-2-Clorobutano en C3
:
Bromacion del (S)-2-Clorobutano en C3
:
Importancia de la enantioselectividad en los medicamentos
"Durante su embarazo, a mi madre le recetaron talidomida contra los mareos matutinos. Mi madre tom talidomida dos veces, dos cucharaditas de t en total. La talidomida fue la causa de mis discapacidades congnitas, por las que he necesitado 32 operaciones en toda mi vida y he pasado unos ocho aos en el hospital antes de cumplir los 16, en una ciudad distinta a la que vivan mis padres".
Producin industrial del aminocido L-Dopa (til en el tratamiento del Parkinson) usando catalizadores quirales (Knowles)
*
H
F
Br
Cl
H
F
Br
Cl
Br
C
Cl
H
F
Br
C
Cl
H
F
Cl
F
H
Br
Cl
F
H
Br
OH
OH
C
CH
2
-NH
2
-CH
3
H
HO
+
R-Adrenalina
*
OH
HO
C
CH
3
-NH
2
-CH
2
H
HO
+
S-Adrenalina
*
C
H
3
C
H
COOH
N
H
2
N > C > H
Cl
C
Br
F
H
Cl
C
Br
F
H
-CHBr
2
> -CH
2
Cl > -C(CH
3
)
3
>
C
H
CH
2
F
C
H
3
> -CH(CH
3
)
2
> -CH
2
-CH
3
C
H
3
C
H
C
H
2
C
H
3
C
H
C
C
C
O
C
C
C
N
H
C
O
O
C
C
C
C
N
N
C
2
H
5
C
OCH
3
H
3
C
(H
3
C)
2
C
C
2
H
5
C
OCH
3
(H
3
C)
2
C
H
3
C
C
2
H
5
C
Cl
H
3
C
(H
3
C)
2
HC
C
2
H
5
C
(H
3
C)
2
HC
H
3
C
+H
O
CH
3
H
+
-
C
C
C
H
Cl
Cl
H
C
C
C
H
Cl
Cl
H
Br
I
Br
I
COOH
C
H
3
O
H
H
*
COOH
C
H
3
O
H
H
*
C
H
3
C
H
C
H
C
H
3
Br
Cl
C
H
3
C
H
C
H
C
H
2
C
H
3
Br
Cl
2-Bromo-3-clorobutano
3-Bromo-2-cloropentano
H
H
CH
3
Br
Cl
C
2
H
5
H
H
CH
3
Br
Cl
C
2
H
5
H
H
CH
3
C
2
H
5
Cl
Br
H
H
CH
3
C
2
H
5
Cl
Br
I
II
III
IV
Enantimeros: I-II; III-IV
Diasteremeros: I-III, IV y II-III, IV
COOH
COOH
H
OH
OH
H
COOH
COOH
H
OH
OH
H
(-)-cido tartrico
(+)-cido tartrico
COOH
COOH
H
H
OH
OH
COOH
COOH
H
H
OH
OH
meso
[
]
l
c
observado
a
a
=
[
]
(
)
(
)
o
5
,
13
2
15
,
0
05
,
4
+
=
+
=
a
+
+
+
+
+
+
+
+
P.O. =
C
A(+)
- C
A(-)
C
A(+)
+ C
A(-)
x 100 %
A(+)
+
+
+
+
+
+
+
+
P.O. =
x 100 %
[
a
]
ob.
[
a
]
puro (exceso)
a
obs.
[
a
]
ob.
=
l
x
C
total
C
A(+)
+
C
A(-)
C
total
=
N
H
2
O
H
N
H
2
H
O
O
amarga
dulce
Asparragina (aminocido)
N
H
2
O
H
N
H
2
H
O
O
Cl
O
H
O
H
H
Cl
O
H
O
H
H
1-cloro-2,3-propanodiol
veneno
frmaco
N
O
O
N
H
O
O
N
O
O
N
H
O
O
Talidomida
(R)-talidomida
(S)-talidomida
(antidepresivo)
(mutgeno)
H
H
linoneno
(+)-limoneno
(-)-limoneno
(naranjas)
(limones)
O
NHCH
3
H
F
3
C
fluoxetina: mezcla racmicaes antidepresiva
(S)- evita la migraa
(S)-fluoxetina
R
H
CH
3
HH
H
HH
H
CH
3
H
H
H
R
R
R
CH
3
H
CH
3
H
H
HH
H
H
H
H
H
S
S
CH
3
H
CH
3
H
H
HH
H
H
H
H
H
H
CH
3
HH
H
HH
CH
3
H
H
H
H
H
H
3
C
HH
H
HH
H
3
C
H
H
H
H
R
S
S
R
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
R
S
S
R
S
R
R
S
H
H
CH
3
-CH-CH
2
-CH
3
Cl
CH
3
-CH-CH-CH
3
Cl
Cl
2
LuzUV
Cl
C
C
Cl
H
3
C
H
H
CH
3
+
Cl--Cl
CC
Cl
H
3
C
H
H
CH
3
Cl
CC
Cl
H
3
C
H
H
CH
3
Cl
S
S
S
R
S
C
2
H
5
C
H
H
3
C
(H
3
C)
2
HC
Cl
2
LuzUV
C
2
H
5
C
Cl
H
3
C
(H
3
C)
2
HC
C
2
H
5
C
Cl
(H
3
C)
2
HC
H
3
C
+RR
S
CH
3
-CH-CH
2
-CH
3
Cl
CH
2
-CH-CH
2
-CH
3
Cl
Br
2
LuzUV
Br
C
2
H
5
C
H
H
3
C
Cl
Br
2
LuzUV
C
2
H
5
C
H
Br-H
2
C
Cl
O
C
H
H
3
C
C
2
H
5
I
C
H
H
H
_
Na
+
O
C
H
H
3
C
C
2
H
5
C
H
H
H