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Gerardo Durán - 08 de mayo de 2007 - 16:49

Esta es una forma muy práctica de interactuar en el aprendizaje de la Química orgánica. Estoy revisando la información anexa. Saludos.

Anónimo - 05 de mayo de 2007 - 18:05

APUNTES DE QUÍMICA ORGANICA I (Parte IV)

ESTEREOQUÍMICA

Parte de la ciencia que se ocupa de la química en tres dimensiones
Del Griego Etéreo sólido

Área de la química que estudia la estructura tridimensional de las moléculas y las consecuencias de ésta sobre sus propiedades físico-químicas.

ESTEREOISÓMEROS: Clase de partículas de isómeros que solo se diferencian de la porción espacial de los átomos, los cuales están unidos en el mismo orden, pero están orientados de forma distinta en el espacio

OBJETO DE LA ESTEROQUIMICA.
La estereoquímica es un avance fundamental con respecto al estudio de la fórmula molecular. Se distingue la estereoquímica estática, que estudia la estructura espacial de las moléculas, de la estereoquímica dinámica, que se refiere a las modificaciones de esa estructura durante una reacción química.

HISTORIA

En 1815, el físico francés Jean Baptiste Biot dio los primeros pasos en el campo de la estereoquímica al descubrir la actividad óptica, una propiedad de determinadas sustancias orgánicas que modifican el plano de polarización de la luz.
En 1848, Pasteur utilizó ese principio para separar tartratos mediante luz polarizada. El químico francés Joseph A. Le Bel explicó ese fenómeno en 1874 a partir de la estructura tetraédrica del carbono Efectivamente, el centro de asimetría del átomo de carbono imprime una rotación inversa a la luz polarizada en cada uno de los inversos ópticos o enantiómeros. Tres años más tarde, Emil Fischer explicó la estereoquímica de los azúcares, y en la década de 1910 el químico suizo Alfred Werne aplicó la estereoquímica a los compuestos de coordinación.

ISOMERÍA Iso = igual
La isomería es una propiedad de ciertos compuestos químicos que con igual fórmula química, proporciones relativas de los átomos que lo conforman, presentan estructuras moleculares distintas. Dichos compuestos reciben la denominación de isómeros.
La isomería es de importancia fundamental en el estudio de la química orgánica, por lo tanto para entender que es isomería definamos primero isómero.

ISÓMERO, dos o más moléculas con composiciones químicas idénticas, pero que difieren en la disposición de los átomos. Dos sustancias isómeras pueden diferir en sus propiedades físicas, químicas y biológicas: una puede ser una medicina útil y la otra ineficaz, una inofensiva y la otra explosiva.
En resumen los compuestos que poseen la misma fórmula molecular pero difieren en su fórmula estructural.

CLASIFICACIÓN DE LOS ISOMEROS.-

ESTRUCTURALES:

Todos los alcanos a excepción de los tres primeros miembros de la serie poseen estructuras isómeras (Isomería Plana).
La forma de isomería, donde las moléculas con la misma fórmula molecular, tienen un diferente arreglo en los enlaces entre sus átomos, es lo opuesto a los estereoisómeros.
Debido a esto se pueden presentar 3 diferentes modos de isomería:
Dependiendo de la diferencia de estructura molecular de los isómeros, pueden ser:

Isomería de cadena o esqueleto.- Los isómeros de este tipo, tienen componentes de la cadena acomodados en diferentes lugares.
Isomería de posición.- En donde, los grupos funcionales de un compuestos, se unen de diferentes posiciones.
Isomería de grupo funcional.- Aquí, la diferente conectividad de los átomos, pueden generar diferentes grupos funcionales en la cadena.
Ejemplos:
1. Estructurales
a) Esqueleto o cadena. b) Posición.

CH3 CH2 CH2 CH3 n-butano CH3 CH2 CH2 Cl cloruro de n-propilo
C4H10 C3H7Cl
CH3 Cl
CH3 CH CH3 isobutano CH3 CH CH3 cloruro de isopropilo
CH3 CH2 OH etanol
c) Función. C3H6O
CH3 O CH3 éter metílico

En la isomería plana o estructural las diferencias se ponen de manifiesto al representar el compuesto en el plano.
Un ejemplo es el ciclohexano y el 1-hexeno, que tienen la misma fórmula molecular (C6H12), pero el ciclohexano es un alcano cíclico o cicloalcano y el 1-hexeno es un alqueno
En la fórmula molecular de los alcanos cíclicos se quitan dos hidrógenos por cada ciclo, respecto del alcano no cíclico del mismo número de átomos de carbono.

Ejemplo

Tipo de cadena Lineal Ramificada Cíclica
Fórmula general CnH2n+2 CnH2n+2 CnH2n

Todos los alcanos, a excepción de los tres primeros miembros de la serie, poseen estructuras isómeras de esqueleto. Ver ejemplo del C4H10

Los isómeros son fácilmente distinguibles unos de otros porque siendo compuestos distintos, poseen propiedades físicas y químicas diferentes.

Ejemplo: Diferencias y semejanzas entre dos isómeros de función.

Alcohol etílico Éter dimetilico
C2H6O Formula Molecular C2H6O
78º Punto de ebullición -24º
+ Reacción con Na (-)
Liquido Estado Gas
CH3 CH2O
H H
HC----C-OH
H H Formula estructural CH3 CH2O
H H
HC--O--C-H
H H
46 g/mol Peso Molecular 46 g/mol

EJERCICIO B: A partir de la fórmula C3H8O dibuje las posibles estructuras según los isómeros de posición y/o función elabore un cuadro con las siguientes características: Nombre del isómero, Punto de ebullición, Formula estructural, Peso Molecular y estado físico.
A medida que aumenta el número de carbonos en una serie homóloga, aumenta el número de isómeros.
El número de posibles isómeros aumenta con el número de carbonos de forma espectacular:
n (CnH2n+2) Isómeros n (CnH2n+2) Isómeros
1 1 6 5
2 1 7 10
3 1 8 19
4 2 9 43
5 3 20 >400.000

Ejercicios A: Dibuje las posibles estructuras isómeras del C4H8, C5H12 y C6H14

GEOMÉTRICOS:
Se produce cuando hay dos carbonos unidos con doble enlace que tienen las otras valencias con los mismos sustituyentes (2 pares) o con dos iguales y uno distinto.
No se presenta isomería geométrica si tiene tres o los cuatro sustituyentes iguales. Tampoco puede presentarse con triples enlaces.
A las dos posibilidades se las denomina forma CiS y forma Trans.

Dos tipos de sustituyentes:
a a
/
C = C
/
b b a b
/
C = C
/
b a
Forma CiS Forma Trans

Tres tipos de sustituyentes:
a a
/
C = C
/
b c a c
/
C = C
/
b a
Forma CiS Forma Trans

Configuración Z E.
Se utiliza cuando Cis y Trans resultan ambiguos.
Los alquenos presentan estereoisómeros. Al ser planar la doble ligadura y no tener rotación libre podemos tener sustituyentes diferentes en el espacio . Estos estereoisómeros se identifican como E ó Z.

(E)-But-2-eno (Z)-But-2-eno ambos

Ejemplo de Estereoisomería geométrica
Ácido butenodioico (COOH-CH=CH-COOH):

COOH COOH
/
C = C
/
H H COOH H
/
C = C
/
H COOH
Ácido maleico Ácido fumárico
(Forma CiS) (Forma Trans)

ISÓMEROS CONFIGURACIONALES (ESTEREOISÓMEROS)
ESTEREOISOMERÍA ÓPTICA O ENANTIOMERÍA.
Estereoisomería óptica. Las moléculas que presentan este tipo de isomería de diferencian únicamente en el efecto que tienen sobre la luz.
Los isómeros ópticos se diferencian en que desvían el plano de la luz polarizada. Uno hacia la derecha (isómero dextrógiro) y otro a la izquierda (isómero levógiro).

Estereoisomeros

Los estereoisómeros son compuestos que tienen la misma fórmula molecular y el mismo tipo de uniones pero difieren en la forma que estas están distribuidas en el espacio. Difieren en el arreglo espacial de los átomos y pueden ser: Ópticos no superponibles o Enantiómeros.

Enantiómeros (enantiomorfo): son Isómeros ópticos activos de una sustancia donde el uno es imagen especular del otro.
Los estereoisómeros que no son enantiómeros se le llaman diastereoisómeros.
Los enantiómeros son imagen en el espejo uno de otro. Esta generalización implica que los estereoisómeros cis - trans son un tipo de diastereisómeros
Los Diastereoisómeros son estereoisómeros que no son imagen en el espejo uno de otro y por lo tanto no son enantiómeros.
Recibe el nombre de molécula quiral aquella que no se puede superponer con su imagen especular. Toda molécula no quiral recibe el nombre de aquiral. Si una molécula posee un plano de simetría es aquiral.
Se denomina carbono asimétrico o estéreocentro aquel carbono que tiene los 4 sustituyentes distintos. Si una molécula tiene un único carbono asimétrico, sólo puede existir una par de enantiómeros. Si tiene dos carbonos asimétricos da por resultado un máximo de cuatro estereoisómeros (dos pares de enantiómeros). En general, una molécula con n carbonos asimétricos hace posibles 2n estereoisómeros (2n-1 pares de enantiómeros).
Una molécula quiral puede presentar, al menos, dos configuraciones diferentes, una imagen especular de la otra, que constituyen una pareja de enantiómeros. Uno de ellos gira el plano de polarización de la luz hacia la derecha (dextrógiro) y se identifica con la letra R; el otro gira el plano de polarización de la luz hacia la izquierda (levógiro) y se identifica con la letra S. Este tipo de nomenclatura recibe el nombre de Nomenclatura R,S.
Ej: 2 bromo 3 clorobutano
La relación entre estos estereoisómeros
(a y b) son enantiómeros
(c y d) son enantiómeros
(a y c) , (a y d) (b y c) (b y d) son diastereoisómeros que no guardan el imagen especular.
Forma racémica
Es la mezcla equimolecular de los isómeros dextro y levo. Esta fórmula es ópticamente inactiva (no desvía el plano de la luz polarizada).
Se denomina mezcla racémica a aquella que contiene un par de enantiómeros en una proporción del 50% de cada uno. La desviación de la luz polarizada producida por dicha mezcla es nula.
Ácido láctico - 2 Hidroxipropanoico
OH

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