Structure and Properties of Organic Molecules

Estructura tridimensional y propiedades de las molculas orgnicasQumica Orgnica y BioqumicaFacultad de Ciencias Qumicas

IsomerismoSon ismeros las molculas que tienen la misma frmula molecular pero que sus tomos estn acomodados de diferente manera.

Ismeros constitucionales (o estructurales) son ismeros que no tienen la misma secuencia de enlaces:

Estereoismeros son ismeros que slo son diferentes por su arreglo en el espacio. =>Enlaces e isomerismo2IsmerosSon compuestos que presentan la misma frmula molecular, pero propiedades fsicas y/o qumicas distintas ClasificacinIsmerosConstitucionalesEstereoismerosDe cadenaDe posicinDe funcinConformacionalesCis-trans o geomtricospticos3Ismeros de cadenaLos compuestos tienen distribuidos los tomos de carbonos de la molcula de forma diferente. Por ejemplo, existen 3 ismeros de frmula general C5H12.

4Ismeros de posicinSon compuestos que tienen las mismas funciones qumicas, pero sobre tomos de carbono con nmeros localizadores diferentes. *

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5Ismeros de funcinSon compuestos de igual frmula molecular que presentan funciones qumicas diferentes. *

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6EstereoismerosLos estereoismeros son los ismeros cuyos tomos estn conectados en el mismo orden, pero con disposicin espacial diferente. 7Isomera conformacionalSon las distintas estructuras de un mismo compuesto que surgen como resultado de la libre rotacin de los enlaces simples y la flexilibilidad de los ngulos de enlace.Conformaciones del etanoA- Conformacin alternada: De menor energa, por lo tanto, la ms estable.B- Conformacin eclipsada: El carbono 2 est girado 60 con respecto a la posicin que tiene en A. Es la de mayor energa.

12

12

60Vista a lo largo de los carbonos 1 y 2Vista a lo largo de los carbonos 1 y 28Conformaciones del ciclohexanoA- Conformacin silla: De menor energa, por lo tanto, la ms estable.B- Conformacin bote: De mayor energa, menos estable.

Enlaces axialesEnlaces ecuatoriales9ISOMERA cis-trans Isomera cis-trans en ciclosLos cicloalcanos tienen dos caras o lados debido al plano que contiene el esqueleto carbonado; cuando en el ciclo hay dos sustituyentes en tomos de carbono distintos, existen dos ismeros. Si los sustituyentes se encuentran del mismo lado del plano es el ismero cis, y si estn en lados opuestos es el ismero trans.

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trans-1,3-dimetilciclobutanocis-1,3-dimetilciclobutanocis-1,4-ciclohexanodioltrans-1,4-ciclohexanodiol

Hacia arribaHacia abajoDe lados opuestos, ismero trans

Hacia arribaHacia arribaDel mismo lado, ismero cis11 Isomera cis-trans en alquenosEl doble enlace tiene rigidez que impide la libre rotacin, por lo que se reduce los posibles intercambios de posicin que pueden sufrir los tomos de una molcula y surge as un nuevo tipo de isomera. La isomera cis-trans en los alquenos se da cuando los sustituyentes en cada uno de los carbonos del doble enlace son distintos.

Dos sustituyentes distintos: H y CH3Dos sustituyentes distintos: H y CH3En este compuesto hay isomera geomtrica, pues se cumple la condicin en ambos carbonos.En este carbono hay dos sustituyentes iguales, por lo tanto, en este compuesto no hay isomera geomtrica.12Un estereoismero es cis cuando los dos hidrgenos estn del mismo lado del doble enlace. Un estereoismero es trans cuando los dos hidrgenos estn en lados opuestos del doble enlace

Del mismo lado del plano

De lados opuestos del planocis-2-butenotrans-2-buteno13Isomera pticaUn ismero ptico es aquel que tiene la propiedad de hacer girar el plano de la luz polarizada, hacia la derecha o hacia la izquierda.Esta propiedad se mide en un aparato llamado polarmetro y se denomina actividad ptica. Si el estereoismero hace girar la luz hacia la derecha se denomina dextrgiro, y si lo hace girar hacia la izquierda se denomina levgiro.14Esquema de un polarmetro

15Isomera pticaLos ismeros pticos tienen, por lo menos, un carbono quiral.Un carbono es quiral (o asimtrico) cuando est unido a 4 sustituyentes distintos. Una molcula es quiral cuando no presenta ningn elemento de simetra (plano, eje o centro de simetra). Las molculas quirales presentan actividad ptica.La quilaridad es una propiedad importante en la naturaleza ya que la mayora de los compuestos biolgicos son quirales.16

El carbono 2, marcado con un asterisco, es quiral porque tiene 4 sustituyentes distintos: -OH, -CH2CH3, -CH3, -H. Hay dos estereoismeros de este compuesto.Enantimeros

enantimerosLos estereoismeros que son imgenes especulares no superponibles reciben el nombre de enantimeros. 17Transformacin de frmulas en perspectivas a proyecciones en el plano

cido D-lctico

D-gliceraldehdoL-gliceraldehdo

18 Si una molcula tiene un nico carbono quiral, slo puede existir un par de enantimeros. Si tiene dos carbonos quirales tiene un mximo de cuatro estereoismeros (dos pares de enantimeros). En general, una molcula con n carbonos quirales tiene un nmero mximo de 2n estereoismeros posibles. Por ejemplo, el 3-bromo-2-butanol tiene dos carbonos quirales, por lo tanto, se esperara 4 estereoismeros.

19Diastereoismeros

Flechas horizontales: enantimerosFlechas verticales y oblicuas: diastereoismerosLos estereoismeros que no son imgenes especulares se denominan diastereoismeros. 20Chapter 521Carbonos quiralesCarbonos tetrahdricos enlazados a 4 diferentes grupos son quirales.Su imagen espectacular ser un compuesto diferente llamado enantimero. =>

Chapter 522Nomenclatura (R) o (S)Los enantimeros tienen diferentes nombres.Por lo general slo un enantimero ser biolgicamente activo.La configuracin alrededor del carbono quiral se especifica tambin con (R) y (S).

=>Chapter 523Reglas de Cahn-Ingold-Prelog Asigne un nmero de prioridad a cada grupo unido al carbono quiral.Los tomos con el nmero atmico ms alto se les asigna la prioridad ms alta #1.En case de empate, fjese en el tomo que est unido junto al tomo de enlace.Los enlaces dobles o triples se tratan como si duplicaran o triplicaran a los tomos. => Chapter 524Asigne prioridades

1234

12341234=>

Se traduce a:Chapter 525(R) o (S)?Rotar la molcula en 3D, de modo que el sustituyente de menor prioridad est detrs del carbono quiral.Dibuje una flecha que vaya del sustituyente de mayor jerarqua al de menor jerarqua.

Sentido del reloj= (R), En contra del sentido del reloj= (S) =>

Chapter 526Propiedades de enantimerosMismo punto de ebullicin, mismo punto de fusin, misma densidadMismo ndice de refraccin

Diferente direccin de rotacin en el polarmetroDiferente interaccin con otras molculas quirales Enzimas

=> Chapter 527Descriminacin biolgica=>

Mezclas racmicasSe denomina mezcla racmica o racemato, a aqulla que contiene un par de enantimeros en una proporcin del 50% de cada uno. Esta mezcla no produce desviacin de la luz polarizada, es decir, no tiene actividad ptica.28Chapter 529Propiedades de las mezclas racmicasMisma cantidad de enantimeros d- y l- .denotacin: (d,l) o ()

No tienen actividad ptica.

La mezcla tiene puntos de ebullicin y de fusin diferentes que los enantimeros!

=>

Compuestos mesoEnantimeros

PLANO DE SIMETRANO son enantimeros, sino que se trata del mismo compuesto. Compuesto meso.

Se denominan compuestos meso a aqullos que, a pesar de tener carbonos quirales, son aquirales (no tienen actividad ptica) porque poseen un plano de simetra. 30Chapter 531AlenosCompuestos quirales sin carbonos quiralesContiene carbonos con hibridacin sp con dobles enlaces adyacentes: -C=C=C-Los carbonos terminales deben tener grupos diferentes.

Los alenos son aquiralesl.

=> Chapter 532Proyecciones de Fischer Dibujo plano que representa una molcula tridimensional (3D)El carbono quiral es la interseccin de las lneas horizontales y verticales.Las lneas horizontales sobresalen el plano del papel.Las lneas verticales estn hacia atrs del plano.

Chapter 533Reglas de FischerLa cadena de carbonos se ubica en la lnea vertical.El carbono con mayor nmero deoxidacin va arriba.La rotacin de 180 en el plano no cambia la molcula.No se debe girar 90!No se gira la molcula fuera del plano! => EJEMPLOS:

34Chapter 535Imgenes especulares Fischer Fciles de dibujar, fcil de encontrar los enantimeros, fcil de encontrar los planos de simetra internos.Ejemplos:

=> Chapter 536Fischer (R) y (S)La prioridad menor (por lo c0mn es H) queda horizontal, o sea sobresale del plano, as que las reglas se revierten.Sentido de las manecillas del reloj 1-2-3 es (S)Sentido contrario a las manecillas del reloj 1-2-3 es (R).Ejemplo:

(S)(S)=> Chapter 537DiasteroismerosLos diasteroismeros son estereoismeros que NO son imgenes de espejo.Ismeros geomtricos (cis-trans)Molculas con dos o ms carbonos quirales. => Ejercicios: resuelva primero antes de ver las respuestas Enlaces e isomerismo38Diga a cul de las categoras pertenece las estructuras que se muestran a continuacin:(1) Mismo compuesto(2) Ismeros cis-trans(3) Ismeros constitucionales(4) Diferentes compuestos

Solucin: Enlace e isomerismo39Ismeros constitucionales Ismeros cis-trans. (c) Ismeros constitucionales(d) Mismo compuesto(f) Mismo compuesto(g) No son ismeros, son diferentes frmulas moleculares (h) Ismeros constitucionales(i) Mismo compuesto(j) Ismeros constitucionales(k) Ismeros constitucionalesIsomeria 40Bibliografa:

Organic Chemistry, 5th EditionL. G. Wade, Jr.