ESTEREOQU

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TEMA 4

• ESTEREOQUÍMICA

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Importancia de la enantioselectividad en los
medicamentos
"Durante su embarazo, a mi madre le recetaron
talidomida contra los mareos matutinos. Mi madre
tomó talidomida dos veces, dos cucharaditas de té
en total. La talidomida fue la causa de mis
discapacidades congénitas, por las que he
necesitado 32 operaciones en toda mi vida y he
pasado unos ocho años en el hospital antes de
cumplir los 16, en una ciudad distinta a la que
vivían mis padres".
3
(No Transcript)
4
CATÁLISIS QUIRAL
5
Produción industrial del aminoácido L-Dopa (útil
en el tratamiento del Parkinson) usando
catalizadores quirales (Knowles)
6
Síntesis industrial del ároma mentol con ayuda
del catalizador quiral BINAP (Noyori, 1980)
Ejemplo de una reducción estereoselectiva de una
cetona que deja intacto el grupo éster
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1.- CONCEPTO Y TIPOS DE ISOMERÍA
Se denominan isómeros a los compuestos que tienen
la misma fórmula molecular pero diferente
estructura química
1-propanol 2-propanol etil
metil éter (C3H8O)
Isómeros constitucionales o estructurales
Dependiendo de la naturaleza de la diferencia
entre las estructuras es posible clasificar los
isómeros en varios subtipos
Isómeros constitucionales o estructurales Se
distinguen en el orden en el que los átomos están
conectados entre sí. Pueden contener distintos
grupos funcionales o estructuras
Estereoisómeros Tienen los mismos grupos
funcionales y conectividad, diferenciándose en la
organización espacial de átomos y enlaces
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ISÓMEROS ESTRUCTURALES
Butano
Metilpropano
DE CADENA
Propan-1-ol
Propan-2-ol
DE POSICIÓN
Propan-1-ol
Metoxietano
DE FUNCIÓN
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ESTEREOISÓMEROS
ESTEREOISÓMEROS CONFORMACIONALES
Producidos por la rotación en torno a un enlace
simple C-C.
Interconvertibles a temperatura ambiente
ESTEREOISÓMEROS CONFIGURACIONALES
Estereoisómeros no convertibles entre sí a
temperatura ambiente
Isómeros geométricos, producidos por la presencia
de un doble enlace en la molécula
Isómeros ópticos, producidos normalmente por la
presencia de un centro quiral (carbono asimétrico)
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Dos estereoisómeros configuracionales pueden ser
entre sí enantiómeros o diastereómeros
Los enantiómeros son estereoisómeros
configuracionales que son imágenes especulares no
superponibles entre sí
Los diastereómeros son estereoisómeros
configuracionales que NO son imágenes especulares
entre sí
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Tienen los compuestos la misma fórmula molecular?
NO
No Isómeros
SI
Isómeros
Tienen los compuestos la misma conectividad?
NO
SI
Estereoisómeros
Son interconvertibles por rotación en torno a
enlaces simples C-C?
NO
SI
Configuracional
Es producida por un doble enlace?
NO
SI
Óptica
Son los compuestos imágenes especulares no
superponibles?
NO
SI
12
UNA VISIÓN GLOBAL DEL PROBLEMA
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OTRA VISIÓN GLOBAL DEL PROBLEMA
ESTRUCTURALES
ISÓMEROS
CONFORMACIONALES
ESTEREOISÓMEROS
CONFIGURACIONALES
Diastereómeros
Enantiómeros
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2.- ESTEREOISOMERÍA
Estereoisómeros son sustancias cuyas moléculas
tienen el mismo número y tipo de átomos colocados
en el mismo orden, diferenciándose únicamente en
la disposición espacial que ocupan.
Según la relación que guardan entre sí los
estereoisómeros
No son imágenes especulares
Imágenes especulares no superponibles
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Según el origen o causa de la estereoisomería
Isomería geométrica Estereoisomería producida por
la diferente colocación espacial de los grupos en
torno a un doble enlace
Isomería óptica Estereoisomería producida por la
diferente colocación espacial de los grupos en
torno a un estereocentro, habitualmente un
carbono quiral
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3.- ISOMERÍA GEOMÉTRICA
Son isómeros geométricos estas dos formas de 1,2
dicloroetano?
Estas dos formas no son isómeros geométricos ya
que la libre rotación del enlace simple convierte
una forma en otra (son confórmeros)
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Son isómeros geométricos estas dos formas de 1,2
dicloroeteno?
Estas dos formas sí son isómeros geométricos ya
que el doble enlace no permite la libre rotación.
Son las formas trans y cis del 1,2-dicloroeteno
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Para que exista isomería geométrica se deben
cumplir dos condiciones 1.- Rotación impedida
(por ejemplo con un doble enlace) 2.- Dos grupos
diferentes unidos a un lado y otro del enlace
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La isomería cis/trans se puede dar también en
sistemas cíclicos donde la rotación en torno al
enlace simple está impedida
Los isómeros geométricos son diasteroisoméros
porque entre ellos no son imágenes especulares
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Nomenclatura de los isómeros geométricos
La asignación de prioridad de los grupos se basa
en las reglas de Cahn-Ingold y Prelog que
establecen un orden de prioridad según el número
atómico
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La isomería geométrica tiene efecto sobre las
propiedades físicas
1,2-dicloroeteno
Isómero Punto Fusión (C) Punto Ebullición (C)
cis -80 60
trans -50 48
2- buteno
Isómero Punto de Fusión (C) Punto Ebullición (C)
cis -139 4
trans -106 1
El isómero cis tiene un punto de ebullición más
alto que el isómero trans
El isómero cis tiene un punto de fusión más bajo
que el isómero trans
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Por qué el isómero cis tiene mayor punto de
ebullición?
cis-1,2-dicloroeteno
cis-2-buteno
Los grupos metilo empujan electrones hacia el
carbono del doble enlace, polarizando el encale
C-C
El átomo de Cloro tira de los electrones de
enlace polarizando la unión C-Cl
El isómero cis es más polar
Por qué el isómero cis tiene menor punto de
fusión?
La forma en U del isómero cis dificulta el
empaquetamiento en estado sólido. Las débiles
fuerzas intermoleculares que se establecen en
este caso explican que funda a menores
temperaturas que el isómero trans, cuya forma
permite un empaquetamiento más eficaz.
El isómero cis es menos simétrico
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4.- ISOMERÍA ÓPTICA
La mayoría de sustancias no desvían el plano de
polarización de la luz, no son ópticamente
activas, pero los isómeros ópticos sí lo son
En la pareja de enantiómeros, ambos desvían el
plano de polarización el mismo número de grados,
pero en sentidos contrarios (Pasteur, 1848)
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El tartrato de sodio y amonio, ópticamente
inactivo, existía como una mezcla de dos clases
diferentes de cristales que eran imágenes
especulares entre sí. Pasteur separó la mezcla
cuidadosamente en dos montones uno de cristales
derechos y el otro de izquierdos. La mezcla
original era ópticamente inactiva sin embargo,
cada grupo de cristales por separado era
ópticamente activo. En todas las demás
propiedades, ambas sustancias eran idénticas
ÁCIDO L () tartárico
ÁCIDO D (-) tartárico
ÁCIDO MESO tartárico
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Una sustancia ópticamente activa es la que desvía
el plano de la luz polarizada
l longitud celda c concentración muestra D
longitud onda luz sodio
El polarímetro mide la rotación específica de la
muestra
Giro en el sentido de las agujas del reloj
Giro en sentido contrario de las agujas del reloj
Sustancia dextrógira
Sustancia levógira
Ácido () Láctico Extraído del tejido muscular
(-)2-metil-1-butanol
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Por qué los isómeros ópticos desvían el plano de
polarización de la luz?
Las moléculas de los isómeros ópticos son
quirales, existen en dos formas, imágenes
especulares, que no son superponibles
Esta falta de simetría en las moléculas puede
estar producida por varías causas, la más
frecuente es que en ellas exista un
estereocentro, en general un carbono unido a
cuatro sustituyentes diferentes (carbono quiral).
Ojo Existen moléculas quirales que no tienen
estereocentro Alenos, Bifenilos, .. y moléculas
con estereocentros que no son quirales
27
Acción de las moleculas aquirales y quirales ante
la luz polarizada
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Quiralidad Es una propiedad según la cual un
objeto (no necesariamente una molécula) no es
superponible con su imagen especular. Cuando un
objeto es quiral se dice que él y su imagen
especular son enantiómeros
Presentan plano de simetría
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Ejercicio Cuál de estas moléculas es quiral?
30
Moléculas Quirales Imágenes especulares No
Superponibles
Moléculas No Quirales Superponibles
Cuando una molécula es superponible con su imagen
especular se dice que no es ópticamente activa y,
por tanto, es incapaz de desviar el plano de la
luz polarizada.
Dos enantiómeros desvían el plano de la luz
polarizada en la misma magnitud pero en sentidos
opuestos.
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Las moléculas que contienen un estereocentro son
siempre quirales
Ojo Existen moléculas sin estereocentro que son
quirales y moléculas con más de un estereocentro
que no son quirales
Los enantiómeros tienen las mismas propiedades
químicas y físicas, a excepción de su respuesta
ante la luz polarizada (actividad óptica). Por
ello se les denomina isómeros ópticos.
Las moléculas aquirales son ópticamente
inactivas.
La mezcla 11 de los enantiómeros () y (-) de
una molécula quiral se denomina mezcla racémica o
racemato y no desvía la luz polarizada
32
2-butanol
Ácido 2-hidroxipropanoico (ácido láctico)
Ácido 2-aminopropanoico (alanina)
33
(No Transcript)
34
Moléculas quirales sin estereocentro
Alenos
No hay plano de simetría. La molécula y su imagen
especular no son superponibles
Bifenilos
Binaftilos
35
5.- Configuración del estereocentro R/S
Cahn, Ingold y Prelog establecieron el sistema de
nomenclatura R/S para nombrar la configuración
absoluta de un estereocentro.
Se deja el grupo de prioridad menor (d) hacia
atrás y se observa el sentido de giro para ir
desde el grupo de más prioridad (a) hacia el de
menor (c) de los tres que quedan. Si el sentido
es el de las agujas del reloj, la configuración
es R (rectus). Al contrario es S (sinister).
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Reglas de prelación
El número atómico de los átomos directamente unidos al estereocentro determina su orden de prioridad. El átomo de mayor numero atómico tiene la mayor prioridad. Si uno de ellos es un hidrógeno, éste será el de prioridad menor.                                                                     
Si hay dos átomos iguales unidos al estereocentro, se observa en la posición siguiente qué atomo tiene el número atómico mayor. En caso de nueva coincidencia se sigue a la siguiente posición, y así sucesivamente.                                                              
Si alguno de los átomos unidos al estereocentro participa en un enlace doble o triple, se supone que aquél está unido por enlaces sencillos a un numero respectivamente doble o triple de átomos.                                      

37
(No Transcript)
38
(No Transcript)
39
6.- PROYECCIÓN DE FISCHER
En las proyecciones de Fischer cada carbono
tetraédrico se representa como una cruz en la
que, las líneas horizontales se dirigen hacia
afuera del papel y las verticales hacia adentro.
40
orientar
Construir proyección Fischer
Determinar configuración
Asignar prioridad
41
Si el último grupo en prioridad está en la
horizontal y la unión 1? 2? 3 va en sentido R la
configuración del estereocentro es opuesta, o
sea, S
Si el último grupo en prioridad está en la
horizontal y la unión 1? 2? 3 va en sentido S la
configuración del estereocentro es opuesta, o
sea, R.
42
La rotación de una proyección de Fischer afecta a
la configuración del estereocentro representado
El giro de 90º invierte la configuración
un giro de 90 equivale a un número impar de
intercambios (un total de tres interconversiones)
El giro de 180º conserva la configuración
Este giro de 180 en el plano en una proyección
de Fischer equivale a un número par de
intercambios de grupos,
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7.- Moléculas con más de un centro quiral
Una molécula con n estereocentros tiene un máximo
de 2n estereoisómeros.
44
Ejercicio Determinar el número de
estereoisómeros de las aldohexosas, hidratos de
carbono o azúcares de seis átomos de carbono, de
fórmula general C6H12O6 HOCH2-CHOH-CHOH-CHOH-CH
OH-CHO Construir los diagramas de Fischer y
establecer las relaciones de enantiomería y
disatereoisomería correspondientes
45
D-()-Alosa RRRR p.f. 148º               
D-()-Altrosa SRRR p.f. 103º               
D-()-Glucosa RSRR p.f. 154º               
D-()-Manosa SSRR p.f. 136º
                   
D-()-Galactosa RSSR p.f. 169º
                   
D-()-Talosa SSSR p.f. 134º                
D-(-)-Gulosa RRSR
D-(-)-Idosa SRSR
A estos 8 diastereoisómeros naturales hay que
añadir los 8 enantioméros correspondientes
(sintetizados en el laboratorio)
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8.- LA FORMA MESO
Por qué en el caso del ácido tartárico (ácido
2,3-dihidroxibutanodioico), con dos
estereocentros, sólo se producen tres
estereoisómeros?
()-tartaric acid aD 12º m.p. 170 ºC
()-tartaric acid aD 12º m.p. 170 ºC
meso-tartaric acid aD 0º m.p. 140 ºC
47
(No Transcript)
48
Una forma meso es un compuesto que contiene dos o
más estereocentros y es superponible con su
imagen especular. Los compuesto meso contienen
un plano de simetría que divide la molécula en
dos, de tal forma que una mitad es la imagen
especular de la otra
                                                                                                                
                                                                                                             

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(No Transcript)
50
9.- REACTIVIDAD Y ESTEREOQUÍMICA
CASO 1.- Si partimos de una sustancia aquiral y
en el medio de reacción no hay sustancias
quirales, aunque se forme un estereocentro, el
producto no será ópticamente activo (dará lugar a
una mezcla racémica).
Ejemplo halogenación de alcanos
El carbono secundario que sufre la reacción no es
quiral, pero se le denomina proquiral porque al
reaccionar da lugar a un centro quiral o
estereogénico
51
Síntesis de 2-butanol por hidrogenación
catalizada con níquel de 2-butanona
52
Adición de HBr a 1-buteno para producir
2-bromobutano
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CASO 2.- Cuando ya existe un estereocentro en la
molécula de partida y se crea otro en la
reacción, se obtienen una pareja de
diastereómeros generalmente en distinta
proporción, porque los ET que conducen a ellos no
tienen porqué poseer la misma energía.
Cloración en posición 3 del (S)-2-bromobutano
ópticamente puro
Los estados de transición no tienen la misma
energía
Obtenemos pareja de diastereómeros en distinta
proporción
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Cloración en posición 3 del (R)-2-bromobutano
ópticamente puro
Los estados de transición no tienen la misma
energía
Obtenemos pareja de diastereómeros en distinta
proporción
Inducción asimétrica La presencia de un centro
quiral afecta en la formación de un nuevo
centro.Una reacción que conduce a la formación
predominante de uno de los varios productos
estereoisoméricos posibles es estereoselectiva.
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Cloración en posición 3 del 2-bromobutano
racémico, es decir, de una mezcla 11 de (S)- y
(R)-2-bromobutano
Se sigue obteniendo una mezcla de diastereómeros,
de los que uno predomina, pero ahora son
racémicos, porque partimos de un compuesto que
así lo era.
Cuando ninguno de los productos de partida es
enantioméricamente puro y en la reacción se
producen estereocentros, el resultado de la misma
es siempre un racémico
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Reactivo(s) Producto(s)
Simétrico no proquiral (opticamente inactivo)                  Simétrico (opticamente inactivo)                            
Simétrico proquiral (opticamente inactivo)                                      Quiral racémico (opticamente inactivo)                                                                                             
Quiral racémico (opticamente inactivo)                                                                Mezcla de diastereómeros racémicos (opticamente inactivo)
Quiral enantioméricamente puro (opticamente activo) Mezcla de diastereómeros enantioméricamente puros (opticamente activo)                                                                  
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10.- RESOLUCIÓN DE RACEMATOS
La separación de enantiómeros de mezclas
racémicas se denomina resolución. Hay diferentes
procedimientos para la resoluciónde mezclas
racémicas pero los más utilizados son la
resolución química y la resolución cromatográfica.
La resolución química consiste en la separación
de los enantioméros de la mezcla racémica
mediante su conversión en una mezcla de
diastereoisómeros. Para ello, la mezcla de
enantiómeros se hace reaccionar con compuesto
quiral que recibe el nombre de agente de
resolución.
58
La resolución de una mezcla racémica puede
llevarse a cabo aprovechando las diferencias en
las propiedades físicas y/o químicas de los
diastereoisómeros.
Una tuerca de una helicidad determinada sólo
casará bien con los tornillos de su misma
helicidad.
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1º.- Formación diastereómeros
60
2º.- Separación diastereómeros
3º.- Eliminación del agente de resolución
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Método de resolucíón química Resumen