ISOMERIA

1. ISOMERIA Objetivo: Identificar y explicar el concepto de Isomería

2. ISÓMEROS Son compuestos que presentan la misma fórmula molecular, pero propiedades físicas y/o químicas distintas Clasificación • De cadena • De posición • De función Constitucionales Isómeros • Conformacionales • Cis-trans o geométricos • Ópticos Estereoisómeros

3. ISÓMEROS CONSTITUCIONALES Los isómeros constitucionales o estructuralesson los compuestos que a pesar de tener la misma fórmula molecular difieren en el orden en que están conectados los átomos, es decir, tienen los mismos átomos conectados de forma diferente (distinta fórmula estructural).

4. ISÓMEROS DE CADENA Los compuestos tienen distribuidos los átomos de carbonos de la molécula de forma diferente. Por ejemplo, existen 3 isómeros de fórmula general C5H12.

5. * * ISÓMEROS DE POSICIÓN Son compuestos que tienen las mismas funciones químicas, pero sobre átomos de carbono con números localizadores diferentes.

6. * * * ISÓMEROS DE FUNCIÓN Son compuestos de igual fórmula molecular que presentan funciones químicas diferentes.

7. ESTEREOISÓMEROS Losestereoisómeros son los isómeros cuyos átomos están conectados en el mismo orden, pero con disposición espacial diferente.

8. ISOMERÍA CONFORMACIONAL 2 60° 1 2 1 Son las distintas estructuras de un mismo compuesto que surgen como resultado de la libre rotación de los enlaces simples y la flexilibilidad de los ángulos de enlace. Conformaciones del etano Vista a lo largo de los carbonos 1 y 2 A- Conformación alternada: De menor energía, por lo tanto, la más estable. Vista a lo largo de los carbonos 1 y 2 B- Conformación eclipsada: El carbono 2 está girado 60° con respecto a la posición que tiene en A. Es la de mayor energía.

9. Enlaces axiales Enlaces ecuatoriales Conformaciones del ciclohexano A- Conformación silla: De menor energía, por lo tanto, la más estable. B- Conformación bote: De mayor energía, menos estable.

10. ISOMERÍA cis-trans La isomería cis-transse puede observar en moléculas cíclicas o en moléculas que presenten dobles enlaces. • Isomería cis-trans en ciclos Los cicloalcanos tienen dos “caras” o lados debido al plano que contiene el esqueleto carbonado; cuando en el ciclo hay dos sustituyentes en átomos de carbono distintos, existen dos isómeros. Si los sustituyentes se encuentran del mismo lado del plano es el isómero cis, y si están en lados opuestos es el isómero trans.

11. Isomería cis-trans en alquenos Una característica del doble enlace es su rigidez que impide la libre rotación, por lo que se reduce los posibles intercambios de posición que pueden sufrir los átomos de una molécula y surge así un nuevo tipo de isomería. La isomería cis-trans en los alquenos se da cuando los sustituyentes en cada uno de los carbonos del doble enlace son distintos. En este carbono hay dos sustituyentes iguales, por lo tanto, en este compuesto no hay isomería geométrica. Dos sustituyentes distintos: H y CH3 Dos sustituyentes distintos: H y CH3 En este compuesto hay isomería geométrica, pues se cumple la condición en ambos carbonos.

12. Un estereoisómero es cis cuando los dos hidrógenos están del mismo lado del doble enlace. Del mismo lado del plano cis-2-buteno Un estereoisómero es trans cuando los dos hidrógenos están en lados opuestos del doble enlace trans-2-buteno De lados opuestos del plano

13. mano izquierda espejo mano derecha no superponibles 3. Quiralidad • Se denomina quiral toda figura geométrica, o todo grupo de puntos, cuya imagen en un espejo plano, idealmente realizada, no puede hacerse coincidir consigo misma. • Algunas moléculas son como las manos. La izquierda es la imagen especular de la derecha pero no son superponibles y por lo tanto no son idénticas. Se llaman quirales.

14. 3. Quiralidad • Hay otras moléculas parecidas a un par de calcetines. Los calcetines son imágenes especulares un del otro y también son superponibles. • Una molécula o un objeto superponible a su imagen especular se denomina aquiral. los calcetines son idénticos.

15. Los enlaces y los átomos están alineados Girar la molécula para alinear los enlaces 3. Quiralidad H2O es aquiral Los enlaces y los átomos están alineados CH2BrCl es aquiral

16. 3. Quiralidad • Si una molécula posee un plano de simetría es un sistema aquiral. • Una molécula quiral existe en dos formas estereoisómericas llamadas enantiómeros. Estos son objetos no superponibles con sus imágenes especulares. Bromoclorofluorometano Metano (solo se muestra un plano de simetría) Diclorometano Bromoclorometano

17. ENANTIÓMEROS El carbono 2, marcado con un asterisco, es quiral porque tiene 4 sustituyentes distintos: -OH, -CH2CH3, -CH3, -H. Hay dos estereoisómeros de este compuesto. enantiómeros Los estereoisómeros que son imágenes especulares no superponibles reciben el nombrede enantiómeros.

18. Enantiómeros Ni los enlaces ni los átomos son superponibles. CHBrClF es una molécula quiral 3. Quiralidad • Un átomo de carbono unido a 4 sustituyentes distintos se denomina carbono asimétrico. Sin embargo su existencia no es garantía de quiralidad. Se llama también carbono estereogénico o estereocentro.

19. 3. Quiralidad 3.1. Isomería óptica • Las propiedades físicas de dos enantiómeros son idénticas: tienen los mismos puntos de ebullición y de fusión, la misma solubilidad, la misma densidad, el mismo índice de refracción, misma conductividad...etc. • La actividad óptica de las parejas de enantiómeros es la propiedad característica para diferenciarlos. • Si la sustancia no es ópticamente activa no se observa ningún cambió en el plano de vibración de la luz polarizada emitida. • Si la sustancia tiene actividad óptica se observa una rotación de a grados del plano de vibración de la luz polarizada emitida. Vollhardt & Schore 5th Edition p:175

20. 3. Quiralidad 3.1. Isomería óptica • Si la rotación del plano de la luz es hacia la derecha (en el mismo sentido de las agujas del reloj) la sustancia es dextrógiray al valor α se le asigna signo positivo. • Si el giro es hacia la izquierda (en el sentido contrario de las agujas del reloj) la sustancia es levógira y a α se le asigna signo negativo. • La rotación específica de una molécula ópticamente activa es una constante física característica de dicha molécula: La rotación óptica indica la composición enantiomérica

21. 3. Quiralidad Rotación específica de algunos compuestos quirales • Los enantiómeros puros presentan el mismo valor de rotación específica pero de signo contrario. • Por lo tanto, la rotación óptica resultante de una mezcla 1:1 de enantiómeros es cero, es decir, es ópticamente inactiva. Este tipo de mezclas se denomina racemato o mezcla racémica. 3.1. Isomería óptica -23.1º +23.1º +8.5º -3.8º

22. 3. Quiralidad Configuración absoluta de un átomo de carbono asimétrico • La denominación de la configuración absoluta de un centro estereogénico se basa en la mismas reglas de prelación desarrolladas por Cahn, Ingold y Prelog. • Estas reglas permiten nombrar y describir la disposición en el espacio de los sustituyentes sobre un centro estereogénico, independientemente del signo de la rotación óptica de la molécula. • El primer paso:Colocar los cuatro sustituyentes 1, 2, 3, 4, del átomo de carbono sp3 en orden decreciente de prioridad según las reglas CIP : 1 > 2 > 3 > 4 3.1. Isomería óptica

23. Isómero R Isómero S 3. Quiralidad Configuración absoluta de un átomo de carbono asimétrico • El sustituyente de menor prioridad se encuentra lo más alejado posible del observador. • -Si el paso de 123 se hace en el sentido horario, el centro quiral es R (rectus, latín, derecha). • Si el paso 12 3 se hace en el sentido contrario a las agujas del reloj, la configuración del centro quiral se denomina S (sinister, latín, izquierda). 3.1. Isomería óptica

24. 3. Quiralidad Configuración absoluta de un átomo de carbono asimétrico • En la nomenclatura sistemática, R o S se añaden entre paréntesis como prefijo del nombre del compuesto quiral. • Es importante recordar que los símbolos R y S no muestran ningún tipo de correlación con el signo de α. 3.1. Isomería óptica (R) butan-2-ol (S)-2-butanol

25. 3. Quiralidad Configuración absoluta de un átomo de carbono asimétrico ¿Que hacer cuando una molécula no está orientada de manera que el grupo de menor prioridad esté alejado? 3.1. Isomería óptica

26. 3. Quiralidad 3.2. Moléculas con más de un centro esterogénico • Los enantiómeros son esteroisómeros que son imágenes especulares no superponibles. • Sus propiedades físicas son idénticas con excepción de la rotación específica • Los diastereómeros son isómeros configuracionales que no son enantiómeros. • Sus propiedades físicas y químicas son distintas.

27. * * 4 3 2 1 El átomo en posición 2 se puede escribir El átomo en posición 3 se puede escribir 2 2 4 1 1 4 3 3 4 4 2 2 3 3 1 1 3. Quiralidad 3.2. Moléculas con más de un centro esterogénico Ejemplo: (2R,3R) (2S,3S) (2R,3S) (2S,3R) Doble intercambio para alejar el grupo con menos prioridad Doble intercambio para alejar el grupo con menos prioridad

28. Transformación de fórmulas en perspectivas a proyecciones en el plano Ácido D-láctico L-gliceraldehído D-gliceraldehído

29. Si una molécula tiene un único carbono quiral, sólo puede existir un par de enantiómeros. • Si tiene dos carbonos quirales tiene un máximo de cuatro estereoisómeros (dos pares de enantiómeros). • En general, una molécula con n carbonos quirales tiene un número máximo de 2nestereoisómeros posibles. Por ejemplo, el 3-bromo-2-butanol tiene dos carbonos quirales, por lo tanto, se esperaría 4 estereoisómeros.

30. DIASTEREOISÓMEROS Los estereoisómeros que no son imágenes especulares se denominan diastereoisómeros. Flechas horizontales: enantiómeros Flechas verticales y oblicuas: diastereoisómeros

31. PLANO DE SIMETRÍA COMPUESTOS MESO Estas dos estructuras del 2,3-butanodiol son imágenes especulares y no pueden superponerse, por lo tanto, estos dos compuestos son enantiómeros Estas dos estructuras del 2,3-butanodiol son imágenes especulares, pero pueden superponerse, por lo tanto, NO son enantiómeros,sino que se trata del mismo compuesto. Es el compuesto meso. Se denominan compuestos meso a aquéllos que, a pesar de tener carbonos quirales, son aquirales (no tienen actividad óptica) porque poseen un plano de simetría.

32. MEZCLA RACÉMICA Se denomina mezcla racémicao racemato, a aquélla que contiene un par de enantiómeros en una proporción del 50% de cada uno. Esta mezcla no produce desviación de la luz polarizada, es decir, no tiene actividad óptica.

33. PROYECCIONES DE FISCHER • Las representaciones de Fischer son representaciones codificadas del diagrama de cuñas, son muy útiles para ilustrar estructuras que contienen más de un estereo centro. Todas las uniones en las estructuras son líneas simples pero se sigue una codificación: Las líneas horizontales son uniones que se proyectan hacia afuera del plano del papel y las líneas verticales son uniones que se proyectan hacia atrás del plano del papel. Las proyecciones de Fischer se usan con más frecuencia cuando más de un centro estereogénico está presente en la molécula

34. EJEMPLOS:

35. PROYECCIONES DE NEWMAN • La proyección de Newman se obtiene al mirar la molécula a lo largo del eje C-C. El carbono frontal se representa por un punto, del que parten los tres enlaces que lo unen a los sustituyentes. El carbono de atrás se representa por un círculo y los enlaces que salen de este carbono se dibujan a partir de este círculo. http://www.uhu.es/quimiorg/newman.html

36. GRACIAS POR TU ATENCIÓN Construyendo proyecciones de Newman