OBJETIVOS ESPECIFICOS.

* Saber la importancia de la estereoquimica.

* Estudiar los compuestos organicos en el espacio considerando las tres dimensiones espaciales.

* Diferenciar los tipos de isomeros.

* Comprender la isomeria cis-trans.

* Reconocer cuando una molecula es quiral.

* Utilizar la nomenclatura de enantiomeros para distirguir las moleculas de un estereoisomero.



 QUE ES LA ESTEREOQUIMICA.

La estereoquímica es la parte de la química que toma como base el estudio de la distribucion espacial de los átomos que componen las moléculas y el como afecta esto a las propiedades y reactividad de dichas moléculas. También se puede definir como el estudio de los isómeros: compuestos químicos con la misma fórmula molecular pero de diferentes fórmulas estructurales. Resulta de interés el estudio del benceno. Una parte importante de la estereoquímica se dedica al estudio de moléculas quirales.
La estereoquímica proporciona conocimientos importantes para la química en general ya sea inorgánica, orgánica, biológica, fisicoquímica o química de polímeros.


            
IMPORTANCIA DE LA ESTEREOQUÍMICA

La estereoquímica proporciona conocimientos importantes para la química en general ya sea inorgánica, orgánica, biológica, fisicoquímica o química.La estereoquímica es de gran relevancia en el área de polímeros. Por ejemplo, el hule natural consiste en unidades repetitivas de cis-poliisopreno, casi en el ciento por ciento, mientras que el hule sintético consiste de unidades de trans-poliisopreno o una mezcla de ambas. La resiliencia de ambos es diferente y las propiedades físicas del caucho natural siguen siendo muy superiores de las propiedades físicas del sintético.

Otros casos de importancia incluyen al poliestireno y al polipropileno, cuyas propiedades físicas son incrementadas cuando su tacticidad es la correcta.

En la medicina, el caso más representativo acerca de la importancia de la estereoquímica es el llamado desastre de la talidomida, una droga sintetizada en 1957 en Alemania, prescrita para mujeres embarazadas en el tratamiento de malestares matutinos. Sin embargo, se demostró que la droga podía causar deformaciones en los bebés, tras lo cual se estudió a fondo el medicamento y se llegó a la conclusión de que un isómero era seguro mientras que el otro tenía efectos teratogénicos, causando daños genéticos severos al embrión en crecimiento. El cuerpo humano produce una mezcla racémica de ambos isómeros, aún si sólo uno de ellos es introducido.

 

QUIRALIDAD MOLECULAR Y ENANTIOMEROS

La palabra quiral fue introducida por William Thompson (Lord Kelvin) en 1894 para designar objetos que no son superponibles con su imagen especular. Aplicado a la química orgánica, podemos decir que una molécula es quiral cuando ella y su imagen en un espejo no son superponibles.
La quiralidad está a menudo asociada a la presencia de carbonos asimétricos. Un carbono asimétrico es aquel que se une a cuatro sustituyentes diferentes. Un ejemplo de carbono asimétrico lo tenemos en la molécula de Bromocloroyodometano. El carbono está unido a bromo, cloro, yodo e hidrógeno, cuatro sustituyentes diferentes que lo convierten en quiral o asimétrico. La molécula y su imagen en un espejo son diferentes, ningún giro permite superponerlas. La relación entre una molécula y su imagen especular no superponible es de enantiómeros.

En estos dibujos podemos ver la molécula de Bromocloroyodometano y su enantiómero reflejado en el espejo.

 

Isomería

Una de las características más llamativas de los compuestos orgánicos es la posibilidad de que presenten isomería.

Clasificación de los isómeros

Como ya lo dijimos, los isómeros son moléculas que tienen la misma fórmula molecular pero diferente estructura.

Se clasifican en isómeros estructurales y estereoisómeros.

Los isómeros estructurales difieren en la forma de unión de sus átmos y se clasifican en isómeros de cadena, posición y función.

Como ejemplo, dibujemos y representemos los isómeros estructurales de fórmula C₂H₆O.

C2H6O

Solamente existen dos formas de unir los átomos que generan compuestos diferentes. En el etanol, el oxígeno se enlaza a un carbono y a un hidrógeno. En el dimetil éter está unido a dos carbonos.

Se trata de isómeros estructurales puesto que los átomos están unidos de forma distinta en ambas moléculas. Al pertenecer a diferentes grupos funcionales (alcohol y éter) se les clasifica como isómero de función.

Otro ejemplo lo tenemos con el Pentano y 2-Metilbutano que son isómeros de cadena, ambos de fórmula C₅H₁₂. El pentano es un alcano con cadena lineal mientras que el 2-Metilbutano presenta una ramificación.

De nuevo obsérvese cómo los átomos están unidos de forma distinta en ambas moléculas.

Otro caso se presenta con el 2-Pentanol y el 3-Pentanol que son isómeros de posición.

El grupo hidroxilo (OH) ocupa distinta posición en cada molécula.

 

Estereoisomería

Un estereoisómeroes un isómeroque tiene la misma fórmula molecular y la misma secuencia de átomosenlazados, con los mismos enlacesentre sus átomos, pero difieren en la orientación tridimensional de sus átomos en el espacio.Se diferencian, por tanto, de los isómeros estructurales, en los cuales los átomos están enlazados en un orden diferente dentro de la molécula.

Clasificación

• Isómeros conformacionales, confórmeros o rotámeros, fácilmente interconvertibles entre sí por la rotación en torno a enlaces.
  Se puede presentar en compuestos con cadenas abiertas, y en anillos.
• Isómeros configuracionales, sólo interconvertibles entre sí mediante ruptura de enlaces.

Estos, a su vez, se pueden clasificar en:

· Estereoisómeros quirales: No son superponibles con su imagen en el espejo. Pueden ser enantiómeros y diastereoisómeros.

· Enantiómeros, que son imágenes especulares no superponibles entre sí. Si una molécula tiene un isómero especular no superponible se dice que es una molécula quiral, que posee quiralidad o que es ópticamente activa.

· Diastereoisómeros o disterómeros, que son los demás estereoisómeros, los que no son enantiómeros, o sea, no son imágenes especulares entre sí.

Un compuesto puede tener como máximo un enantiómero pero puede tener varios diastereoisómeros.

· Estereoisómeros NO quirales: Son superponibles con su imagen en el espejo. Difieren en su mayor parte en la ordenación de los átomos en el plano. Pueden ser formas meso, isómeros cis-trans, isómeros sin-anti, isómeros E-Z, isómeros endo-exo, e isómeros in-out.

Los isómeros configuracionales son aislables, ya que es necesaria una gran cantidad de energía para interconvertirlos (energía necesaria para la ruptura de enlaces), mientras que los isómeros conformacionales generalmente no son aislables, debido a la facilidad de interconversión aun a temperaturas relativamente bajas. La rama de la estereoquímicaque estudia los isómeros conformacionales que son aislables (la mayoría derivados del bifenilo) se llama atropoisomería.

Ejemplo de atropoisomería en el 6,6’-dinitro-2,2’-difenilbenzoico

 

Isómeros conformacionales o confórmeros

La isomería conformacional es una forma de isomería que describe el fenómeno de las moléculas con la misma fórmula estructural que tienen formas diferentes debido a las rotaciones sobre uno o más enlaces. Las conformaciones diferentes pueden tener diferentes energías, por lo general se pueden convertir internamente con facilidad, y son muy raramente aislables. Por ejemplo, el ciclohexanopuede existir en una variedad de conformaciones diferentes, incluyendo una conformación en silla y una conformación en bote, pero para el ciclohexano, éstos isómeros nunca pueden ser separados. La conformación en bote presenta un máximo de energía (y no es un estado de transición) en el itinerario de transformación entre las dos formas silla equivalentes.

Hay algunas moléculas que pueden ser aisladas en varias conformaciones, debido a las grandes barreras de energía entre las diferentes conformaciones. Los 2, 6,2’,6’-bifenilos tetra sustituidos pueden encajar en esta última categoría.

Isómeros conformacionales de la molécula de etano, mostrando la diferencia de energía entre las conformaciones alternadas y eclipsada.

Isómeros configuracionales

Un estereoisómero configuracional es un estereoisómero de una molécula de referencia que tiene configuración opuesta en un estereocentro (por ejemplo, R-vs-So E-vs-Z). Esto significa que los isómeros configuracionales sólo puede interconvertirse mediante la ruptura de enlaces covalentes del estereocentro, por ejemplo, invirtiendo las configuraciones de algunos o de todos los estereocentros de un compuesto.

El número de estereoisómeros de un compuesto depende del número de centros quirales que posee. La (+)-glucosa posee cinco carbonos asimétricos y posee, por tanto, 2⁵ = 32 estereoisómeros. Uno de ellos, la α-D-glucosaes la unidad estructural del almidón; la β-D-glucosa, otro estereoisómero, es la unidad estructural de la celulosa. Pueden ser de dos tipos según sean o no sean imágenes especulares entre sí: enantiómeros y diastereoisómeros.

Enantiómeros

Los enantiómeros son estereoisómeros que se relacionan entre sí por una reflexión: son imágenes especulares entre sí, y no son superponibles. Las manos humanas son un ejemplo macroscópico de estereoisomería. Todos los centros estereogénicos o estereocentrosen un isómero tienen la configuración opuesta en el otro. Dos compuestos que son enantiómeros entre sí tienen las mismas propiedades físicas, a excepción de la dirección en que giran la luz polarizada. También tienen las mismas propiedades químicas, excepto el modo en que interactúan con diferentes isómeros ópticos de otros compuestos. Por esta razón, los enantiómeros puros exhiben el fenómeno de la actividad óptica y pueden ser separados sólo con el uso de un agente quiral. En la naturaleza, sólo está presente uno de los dos enantiómeros de la mayoría de los compuestos biológicos quirales, tales como los aminoácidos (excepto la glicina, que es aquiral).

Como resultado, los diferentes enantiómeros de un compuesto pueden tener efectos biológicos muy diferentes.^[]Por ejemplo, un estereoisómero de la cloromicetina es un antibióticomientras el otro no muestra esa propiedad.

El ácido tartárico posee dos carbonos asimétricos que actúan como estereocentros. Cada uno de ellos puede tener configuración R o configuración S, según las reglas de Cahn-Ingold-Prelog. El ácido (R, R)-tartárico (o ácido L (+)-tartárico) es imagen especular del ácido (S, S)-tartárico (o ácido D (-)-tartárico) y por tanto son enantiómeros entre sí. Cuando el ácido tartárico se forma como producto o subproducto entre sustancias de origen biológico, sólo obtenemos la forma dextro.

Diferentes configuraciones del ácido tartárico. Los dos superiores son enantiómeros. Los dos inferiores son equivalentes (forma meso). Cualquiera de las estructuras superiores es un diastereoisómero de las estructuras inferiores. La mezcla en proporciones iguales (1:1) de las formas dextro y levo forma un racémico o mezcla racémica, sin actividad óptica.

 

Diastereoisómeros o diastereómeros

Los diastereoisómeros o diastereómeros son estereoisómeros que no están relacionados a través de una operación de reflexión. O sea, no son imágenes especulares uno del otro. Entre ellos se incluyen los compuestos meso, los isómeros cis-trans (E-Z), y los isómeros ópticos no enantioméricos. Los diastereoisómeros de un compuesto rara vez tienen las mismas propiedades físicas, a diferencia de los enantiómeros que tienen las mismas propiedades en cualquier entorno no quiral (en ausencia de luz polarizada). Sus propiedades químicas son similares pero no iguales.

Formas meso o estructuras meso

Las estructuras meso, compuestos meso o formas mesoson compuestos superponibles a su imagen especular, a pesar de poseer centros quirales. En el ejemplo que se muestra a continuación, la forma meso del ácido tartárico forma un par de diastereoisómeros tanto con la forma levo o con la forma dextro del ácido tartárico; estas últimas forman un par de enantiómeros entre sí. Las dos estructuras meso representadas en realidad son superponibles y forman una sola y única estructura.

ácido tartárico (natural) ácido L-(+)-tartárico ácido dextrotartárico	ácido D-(-)-tartárico ácido levotartárico	ácido mesotartárico
Mezcla (1:1) ácido DL-tartárico "ácido racémico"

Debe tenerse en cuenta aquí que las etiquetas D-y L- presentes en los isómeros de arriba no significan igual que las etiquetas d- y l-, observadas con mayor frecuencia, explicando por qué esto puede parecer contradictorio a los que sólo conocen esta última nomenclatura. Por favor, consulte el artículo sobre quiralidad para obtener más información acerca de las etiquetas D-y L-.

Isomería cis-trans

La estereoisomería cis-trans está habitualmente ligada a la presencia de dobles enlaces C=C porque la rotación alrededor del doble enlace está restringida, manteniendo los sustituyentes posiciones fijas respecto a los otros. Si los sustituyentes en un carbono del doble enlaceson los mismos, entonces no existirá este tipo de isomería.
Tradicionalmente, los estereoisómeros ligados al doble enlace se notan comocis (en latín, de este lado) o trans (del latín, cruzado), en referencia a la posición relativa de los sustituyentes a cada lado de un doble enlace. Los ejemplos más simples de isomería cis-trans son los etenos 1,2-disustituidos, como el 1,2-dicloroeteno (C₂H₂Cl₂), cuyos isómeros se muestran a continuación.

                                         Isómeros cis y trans del 1,2-Dicloroeteno
 

ISOMERÍA ÓPTICA

Existen moléculas que coinciden en todas sus propiedades excepto en su capacidad de desviar el plano de luz polarizada. Son los llamados isómeros ópticos. Uno de ellos desvía la luz hacia la derecha, y se designa (+), o dextrógiro, mientas que el otro la desvía en igual magnitud pero hacia la izquierda, y se designa (-) o levógiro.

Su comportamiento frente a la luz polarizada se debe a que la molécula carece de plano de simetría, y por lo tanto se pueden distinguir dos isómeros que son cada uno la imagen especular del otro, como la mano derecha lo es de la izquierda. Ambas manos no son iguales (el guante de una no encaja en la otra), pero son simétricas: la imagen especular de la mano derecha es la mano izquierda. Los isómeros ópticos también se llaman enantiómeros,enantiomorfos o isómeros quirales. El caso más frecuente de ausencia de plano de simetría se debe a que algún carbono tetraédrico está unido a cuatro radicales distintos .Este carbono recibe el nombre de carbono asimétrico.
 

Reglas de Cahn-Ingold-Prelog


Las reglas de Cahn-Ingold-Prelog, usadas en química orgánica, establecen la prioridad de los sustituyentesunidos a un átomo, habitualmente carbono. Esto nos sirve para designar de forma inequívoca la configuración, la disposición espacial, de estereoisómerostales como enantiómeros y diastereoisómeros o en el caso de los alquenosen la notación Z/E.
Este sistema fue desarrollado por los químicos Robert S. Chan, Christopher Ingold y Vladimir Prelog.

Reglas de prioridad

Las prioridades de los grupos unidos a un átomo se establecen siguiendo unas reglas de prioridad (o reglas de secuencia):

• La prioridad se establece según el número atómico del átomo sustituyente. Un átomo tiene prioridad sobre otros de número atómico menor. Así pues, el hidrógeno es el que tiene una prioridad más baja. En caso de isótopos el de mayor masa atómica tiene prioridad.

• Si entre dos o más sustituyentes existe coincidencia en el número atómico del átomo unido directamente a la posición de la cual se quiere establecer su configuración, se sigue a lo largo de la cadena de cada sustituyente hasta poder asignar un orden de prioridades.

Por ejemplo, la prioridad del grupo metilo (-CH₃) es menor que la del grupo etilo (-CH₂CH₃), ya que el metilo solo tiene átomos de hidrógeno unidos al primer carbono mientras que el etilo tiene un átomo de carbono con un número atómico mayor y por tanto con una prioridad más alta.

      H       H H     

      |       | |

     -C-H < -C-C-H    
 

      |      | |

            H              H H

Siempre se empieza comparando entre los átomos de máxima prioridad que cuelgan del primer átomo, ganando el que tenga un mayor número atómico. En caso de empate se sigue con los siguientes en número atómico. En el ejemplo, el átomo de oxígenodel hidroximetilo (-CH₂OH) se impone sobre el átomo de carbono del isopropilo (-CH(CH₃)₂).

H CH₃

| |

-C-OH > -C-CH₃

| |

H H

El etilo (-CH₂CH₃) tiene menor prioridad que el isopropilo (-CH(CH₃)₂), ya que este último tiene un átomo más de carbono unido al primero, deshaciendo el empate inicial entre átomos de carbono ya que el segundo átomo de carbono del isopropilo tiene un número atómico más elevado que el siguiente átomo del etilo que es un hidrógeno. Esto es, el mayor número de sustituyentes de máxima prioridad (con mayor número atómico) ha decidido en favor del isopropilo. Del mismo modo, el 2-metilpropilo (-CH₂CH(CH₃)₂) es de mayor prioridad que el propilo (-CH₂CH₂CH₃).

       H          CH3          H CH3        H H

       |          |            | |          | |

      -C-CH3  < -C-CH3       -C-C-CH3  >  -C-C-CH3  

       |          |            | |          | |

       H          H            H H          H H

La prioridad se establece en el primer punto de discrepancia que se encuentre, el más cercano al primer átomo del sustituyente, siendo intrascendente el resto de estructura. Esto es, en el ejemplo, el grupo 2-hidroxietilo (-CH₂CH₂OH), a pesar de contener en su estructura un átomo de oxígeno con un número atómico más elevado, es de menor prioridad que el isopropilo (-CH (CH₃)₂), ya que en éste del primer carbono cuelgan dos átomos de carbono mientras que en el 2-hidroxietilo sólo uno.

       H            CH3

       |            | 

      -C-CH2OH  <  -C-CH3

       |            |

       H            H

En caso de llegar a un punto de ramificación a lo largo de una cadena, se escoge la rama de mayor prioridad para seguir, si fuera necesario, con el análisis a lo largo de ésta.

• Los dobles y triples enlaces se consideran de la siguiente manera:

-CH=CHR  se considera como  -CH-CHR

                             |  |

                             C  C

                                                                                                                                              C C

                                                           | |

                                -C≡CR  se considera como  -C-C-R

                                                           | |

                                                           C C

   R                                                         R

 |                        |

-C=O  se considera como  -C-O

                          |

                          O-C

Nomenclatura R/S:Los descriptores R/Spermiten indicar en un compuesto orgánico la configuración, (la disposición espacial de los sustituyentes), de un carbono o centro quiral, estereocentro, o centro estereogénico, que es el caso de un átomo de carbono con cuatro sustituyentes diferentes.
Se añade R o S entre paréntesis como prefijo delante del nombre de la molécula orgánica. En caso de ser más de uno el centro estereogénico, separados por coma se indica el descriptor R o Sde cada uno, precedido del número o localizador que identifica su posición.Identificación de la configuración R o S

1. Asignar mediante números o letras la prioridad a los sustituyentes desde el de mayor prioridad al de menor.
2. El sustituyente de inferior prioridad se sitúa lo más alejado posible del observador.
3. Observar en qué sentido es el movimiento para ir desde el grupo de más alta prioridad al tercero pasando por el segundo. Si se hace hacia la derecha, en el sentido de las agujas del reloj, la configuración es R (del latín rectus, derecho). Si se hace hacia la izquierda, en el sentido contrario a las agujas del reloj, la configuración es S (del latín sinister, izquierdo

QUE ES ACTIVIDAD OPTICA.

Se denomina actividad óptica de un compuesto químico, a la propiedad que tienen ciertas moléculas, de poder rotar el plano de un haz de luz polarizada.

Sólo poseen actividad óptica aquellas moléculas que son quirales, es decir, asimétricas. Debido a la diferente ubicación de los átomos en el espacio, las moléculas quirales interactúan con la luz polarizada en diferente medida, de suerte que dos pares de enantiómeros giran el plano de la luz polarizada en el mismo ángulo pero en diferente sentido (uno a la derecha: dextrógiro, y el otro a la izquierda: levógiro) si están en idéntica concentración en la solución, esta no rotara el plano de la luz polarizada. Los estereoisómeros que guardan otra relación entre sí que no sea la enantiomería, pueden presentar valores de rotación específica sin ninguna relación entre ellos, (La rotación específica de cada sustancia por su concentración, se suma, dando hacia la rotación de la solución problema).

VOCABULARIO DE TÉRMINOS EMPLEADOS EN ESTEREOQUÍMICA

 Aquiral (molécula). La molécula que es idéntica a su imagen especular.

 Átomo de carbono asimétrico. El átomo que está unido a cuatro sustituyentes distintos.

 Cis (Z). Del mismo lado de un anillo o doble enlace.

 Configuración. Es el término utilizado para describir la disposición absoluta de los átomos de una molécula, con independencia de las disposiciones relativas que puedan adoptar como consecuencia de la rotación alrededor de enlaces sencillos.

Conformación. Es el término utilizado para describir la disposición relativa de los átomos en una molécula. Las conformaciones de una molécula son las distintas disposiciones que pueden adoptar sus átomos en el espacio, como consecuencia de la rotación alrededor de enlaces sencillos.

 Dextrorotatorio. Que gira el plano de polarización de la luz en el mismo sentido de las manecillas del reloj.

 Diastereoisómeros. Los estereoisómeros que no son imágenes especulares entre sí. Los diastereoisómeros pueden ser quirales y aquirales. Los diastereoisómeros tienen propiedades químicas distintas.

 Enantiómeros. Los estereoisómeros que son imágenes especulares entre sí. Dos enantiómeros tienen las mismas propiedades químicas.

 Estereogénico. Cualquier átomo que dé lugar a estereoisomería.

 Estereoisómeros. Son los isómeros que sólo se diferencian en la disposición de los átomos en el espacio.

 Isómeros. Se denominan isómeros los compuestos que tienen la misma fórmula molecular, pero se diferencian en el tipo o en la ordenación de los enlaces entre sus átomos, o en la disposición de sus átomos en el espacio.

Isómeros cis-trans. (Z)-(E). Son los estereoisómeros que sólo se diferencian en las posiciones de los átomos respecto a un plano determinado de referencia (en el supuesto de que dichos átomos formen parte de una estructura rígida: ciclos o dobles enlaces.

 Isómeros constitucionales. Son los isómeros que se diferencian en el tipo de ordenación de los enlaces entre los átomos.

 Levorrotatorio. Que gira el plano de polarización de la luz en el sentido contrario a las manecillas del reloj.

Meso. Esteredescriptor para un estereoisómero aquiral con átomos asimétricos.

 No estere génico. Un átomo de carbono se denomina no estere génico cuando al intercambiar dos de sus sustituyentes se obtiene la misma configuración. Su geometría es irrelevante y no se le asigna ningún descriptor.

 Ópticamente activo. Capaz de girar el plano de polarización de la luz.

 Pseudoasimétrico. Un átomo de denomina pseudoasimétrico cuando está unido tetraédricamente a un par de grupos constitucionalmente idénticos y de configuraciones opuestas y, además, a dos átomos o grupos aquirales que sean diferentes uno de otro.

 Quiral (eje). Eje común a dos planos perpendiculares en los que están situados cuatro sustituyentes (dos en cada plano) Por ejemplo, los alenos del tipo abC=C=Cab (ver páginas 119, 139)

Quiral (molécula). La molécula que no es idéntica a su imagen especular y, por consiguiente, es ópticamente activa.

Racémico. Es la mezcla equimolecular de dos enantiómeros:

[50% (R, R) + 50% (S, S)]; [50% (R, S) + (50%) (S, R)]

Trans (E). En lados opuestos de un anillo o doble enlace.


bibliografia

http://es.wikipedia.org/wiki/Estereoqu%C3%ADmica

http://www.quimicaorganica.org/estereoquimica/118-actividad-optica.html

http://www.profesorenlinea.cl/Quimica/Estereoquimica_e_isomeria.html
 

 

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