7. Esteroequímica 1


Introducción a la estereoquímica

Definición e importancia
 Clasificación de los isómeros. Estereogenicidad (fuentes moleculares de la estereoisomería)

Estereoisomería:
1.
Conformacional:
▪ De alcanos acíclicos: Proyecciones de cuñas, caballete, Newman. Análisis conformacional de etano y
butano. Conformaciones eclipsadas y escalonadas y su estabilidad relativa.
▪ Del ciclohexano. Proyecciones de silla y Newman. Conformación de bote-silla, análisis conformacional,
enlaces axiales y ecuatoriales y estabilidad relativa. Fenómeno cis-trans.
2.
Configuracional:
▪ Enantiómeros: Quiralidad, centro estereogénico, proyecciones de Fisher, asignación de configuración
absoluta (R o S), actividad óptica, resolución de enantiómeros.
▪ Diasterómeros (incluyendo isómeros cis-trans)
▪ Formas meso
▪ Esquema D y L para carbohidratos y aminoácidos.
El manejo de los principios básicos de la estereoquímica
y de su terminología, es fundamental para comprender
la bioquímica, la biología molecular,
la farmacología, la toxicología, la síntesis, etc.

Determina las propiedades físicas
de las sustancias
 Condiciona su reactividad
 Responsable de la actividad
biológica de muchas sustancias
sintéticas y de muchas otras
esenciales para la vida (proteínas,
carbohidratos, lípidos, acidos
nucleicos, enzimas, etc.)
Muchas moléculas difieren únicamente en la disposición espacial
de sus átomos. De manera que pueden compartir algunas
propiedades y ser muy diferentes en otras.
El cambio en su disposición espacial influye en sus propiedades...
Únicamente la
estructura con el arreglo
espacial adecuado
puede activar un
receptor
¿Estructuras Iguales o distintas ?
CH3
H
Olor a limón
CH3

H
Olor a naranja
Receptor Biológico
Receptor Biológico
La isomería es una de las mayores "complicaciones"
de la química orgánica que desconcertó durante
muchos años a los químicos y que no se resolvió
hasta mediados del siglo XIX
ISÓMEROS
Misma fórmula molecular
CONSTITUCIONALES O
ESTRUCTURALES
ESTEREOISOMEROS
Mismo patrón de enlace
Diferente patrón de enlace
De cadena
Conformacionales
Configuracionales
Interconvertibles por
rotación sobre enlaces
sigma C-C
Interconvertibles por ruptura
y formación de enlaces sigma
C-C
Posición
Diferente patrón
de enlace de
carbonos en
alcanos
Diferente
localización del
grupo funcional
Diasterómeros
Funcionales
Diferente grupo
funcional
Ópticos
Enantiómeros
Geométricos
Cis-trans
Meso
Otros
No.
1
Compuestos
¿isómeros? ¿de qué
tipo?
No.
¿isómeros? ¿de qué
tipo?
4
CH3
H
2
5
OH
CH3
H
OH
Interconvertibles por
rotación de enlaces
sigma C-C (no requiere
de la ruptura de enlaces)
a) De alcanos acíclicos
Construir una molécula de etano usando modelos moleculares...usar
dos colores distintos para un H de cada C y observar su disposición al
rotar sobre el enlace C-C.
De muchas diferentes conformaciones destacan:
Sin ( = 0°)
Eclipsadas
(enlaces paralelos)
 = 120°
Gauché u Oblicua
b) De alcanos cíclicos
Alternadas o
Escalonadas
( = 60°)
Anti o Contrapeada
( = 180°)
Las conformaciones
(confórmeros) de un
compuesto son las distintas
disposiciones que puede
adoptar por rotación en torno a
uno o más enlaces sencillos.
Esta rotación ocurre
relativamente rápido. A temp.
ambiente, la rotación en torno
C-C del etano ocurre millones
de veces por segundo.
Las proyecciones de cuñas
representan una molécula
tridimensional usando cuñas
rellenas para los enlaces delante
del plano del papel, punteadas o
vacías para los enlaces detrás del
plano y líneas para los enlaces en
el plano. Muy comunes
El ángulo dihedro () es el
formado por dos átomos de
carbonos vecinos en una
proyección tridimensional
Las proyecciones de Newman
muestran de manera más clara las
relaciones de los átomos o grupos
unidos a dos carbonos vecinos.
Representa la vista de dos carbonos
vecinos, uno detrás del otro. El círculo
representa el carbono anterior, el cual
está enlazado al carbono posterior y
sobre este enlace se hace la rotación
Aunque todas las conformaciones
representan al mismo compuesto, no son
equivalentes en energía y por lo tanto en su
establilidad. Esto influye en las reacciones
donde algunas sustancias participan o donde
se sintetizan.
Cada conformación eclipsada o
alternada está asociada con un
cambio de energía... (TENSIÓN
TORSIONAL= debido a la
proximidad de los átomos y su
repulsión electrónica)
Los enlaces C-H posterior
y anterior están muy
próximos en las
conformaciones
eclipsadas, alta repulsión
de e-, menos favorable
energéticamente
Los enlaces C-H posterior y
anterior no están tan próximos
en las alternadas, menor
repulsión de e-, más favorable
energéticamente
Al observar de lado la estructura en su forma
anti, el esqueleto carbonado tiene un arreglo
de zig-zag en su forma más estable. Esa es
la razón por la que se usa la forma zig-zag en
las representaciones de líneas en los alcanos
no ramificados.
Cada conformación eclipsada o alternada
está asociada con un cambio de energía...
Debido a Tensión Torsional y también a la
(debida a las fuerzas de Van der
Waals repulsivas que se dan entre átomos que se
ven forzados a acercarse más de lo que permiten
sus radios atómicos). Es por ello que la
conformación Anti es la más estable, luego la
gauché y muy poco estable la eclipsada
N
o.
1
Ejercicio
¿A qué compuesto corresponden las
conformaciones? ¿cuál es la más estable?
N
o.
Ejercicio
Conformación más estable
3
a.
2
Dibuja en proyección de Newman la conformación
menos estable del 2,3- dicloropentano
4
b.
¿cuántas conformaciones eclipsadas distintas
hay para el propano?



Los estereoisómeros conformacionales (confórmeros) se interconvierten por rotación
sobre un enlace sigma.
La energía de un confórmero depende del ángulo diedro que separa los sustituyentes
voluminosos.
Un confórmero gauché es aquel en el que hay un ángulo diedro de 60° entre
sustituyentes carbonados, mientras que en un anti es de 180° y en un sin de 0°.

Las conformaciones eclipsada y alternada (oblicua-gauché y contrapeada o anti) difieren
en la tensión torsional que causa la repulsión de e- e interacciones estéricas (van der
waals). Por ello la conformación alternada es la más estable.

Para un alcano superior la conformación más estable será aquella en la que todos los
enlaces C-C estén dispuestos de forma alternada y en la que los sustituyentes más
voluminosos guarden entre sí una disposición anti.
Los alcanos cíclicos no son planos (a
excepción del ciclopentano). Debido a su
importancia biológica sólo se hará el análisis
del ciclohexano
Interconvertibles por rotación de
enlaces sigma C-C (no requiere de la
ruptura de enlaces)
Poco estable, alta
tensión angular
La tensión angular es la
tensión que se presenta en una
molécula cuando un ángulo es
distinto del óptimo.
Construir una molécula de ciclohexano usando modelos moleculares...
y observar su disposición resultante. ¿La molécula es plana? ¿Qué
pasa al intentar que se haga plana?
Para relajar la estructura Elevemos un carbono fuera del plano y al
mismo tiempo mover hacia abajo del plano, el C opuesto
Conformación de silla
Más estable
Esta operación reduce la tensión
angular y con ello tensión torsional...
La conformación de silla tiene un grupo metileno apuntando
hacia arriba y otro opuesto a este, apuntando hacia abajo. La
proyección de Newman tiene enlaces carbono-carbono
alternados hacia arriba o hacia abajo, con su ángulos de
109.5°C. Esta es la razón por la que tiene la mayor
estabilidad
En la conformación simétrica de bote, el
eclipsamiento produce tensión torsional. Aunque
haya otras conformaciones con menor tensión que
la de bote, como Bote torcido o semisilla , ninguna
es más estable que la de silla.
A temp. ambiente, el anillo
se interconvierte
constantemente. Si fuera
posible aislar las diferentes
conformaciones de un
ciclohexano o sus derivados,
en un instante dado, muchas
moléculas (más del 99%)
estarían en forma de silla,
debido a su mayor
estabilidad que la de bote.
Es por eso que los libros
usan esas proyecciones para
ilustrar sus reacciones y
algunas propiedades.

Comenzar con el “asiento de la silla”.
Trazar dos líneas paralelas ligeramente
desplazadas.

Enseguida dibujar otras dos líneas,
que sean paralelas entre sí y que
conecten las anteriores con los
carbonos del “respaldo” y del
“descansapies”

Finalmente, agregar dos líneas más
(paralelas entre sí) y que completen
el ciclo.
¡Por supuesto también puede quedar AL
REVÉS!
ES VALIOSO PRACTICAR HASTA
DOMINAR EL TRAZO.

Para la proyección de Newman,
trazar dos círculos que representen
los dos carbonos posteriores (que
están detrás de los anteriores)

Dibujar sobre cada círculo una “Y”
invertida a manera que queden
unidas para formar el carbono del
“descansa pies”.

Finalmente trazar una “Y” detrás de
los círculos (sin que los crucen) a
manera de que las “Y” queden
unidas formando el “respaldo”

Cada carbono de la conformación de silla
del ciclohexano tiene dos tipos distintos
de enlaces C-H :
 Axiales: Apuntan hacia arriba o hacia
abajo del plano del anillo.
 Ecuatoriales: Están en el plano del
anillo y apuntan al ecuador del anillo
Axial
Ecuatorial
Ecuatorial
Axial

Para dibujar los enlaces axiales de cada
carbono hay que trazar los enlaces de
forma perpendicular al plano del anillo,
paralelos y alternados, hacia arriba y
hacia abajo. Si el ángulo de los enlaces
de cada carbono apunta hacia arriba, el
enlace axial deberá dibujarse hacia
arriba. En caso contrario deberá
dibujarse hacia abajo.

Para los enlaces ecuatoriales, hay
que trazar los enlaces de forma que,
apunten en sentido contrario al
ángulo y fuera del ciclo. Estos deben
ser paralelos al enlace que está a un
enlaces de distancia del carbono en
cuestión.
ENLACES AXIALES

Menos favorecidos debido a las
interacciones diaxiales entre los carbonos
1,3. la proximidad de los átomos causan
tensión torsional. Con sustituyentes más
voluminosos también hay tensión estérica.
ENLACES ECUATORIALES

Las posiciones ecuatoriales son de
menor energía, por lo tanto más
favorecidas. Esto es debido a que los
sustituyentes están más alejados. Notar
que en las proyecciones de Newman
estos enlaces están anti, como los
alcanos acíclicos.
La inversión de un anillo o la interconversión
de una conformación silla-bote-silla es el
proceso donde una forma de silla se
interconvierte en otra

Con el modelo de ciclohexano invertir el anillo,
haciendo que el carbono del “respaldo” de la silla
se transforme en el del “descansapies” y viceversa.

Observar uno de los enlaces axiales y uno de los
ecuatoriales. Este proceso genera dos
conformaciones del mismo compuesto donde los
enlaces se invierten. El axial será ecuatorial y
viceversa. Aunque este proceso ocurre
rápidamente, una de estas dos conformaciones es
la más favorecida debido a su sustituyente
ecuatorial, como indica la flecha del equilibrio.

Con dos o más sustituyentes voluminosos, el
confórmero con el sustituyente más voluminoso
será el más favorecido.
Los isómeros cis-trans, no son
esteroisómeros conformacionales, puesto
que para convertirse uno en otro debe
romperse un enlace y formarse uno nuevo.
Estos pertenecen a la categoría de los
estereisómeros configuracionales.

Ciclohexanos con dos o mas sustituyentes en
distinto carbono, además de interconvertir el
anillo presentan otro tipo de isomería debido a
la diferente geometría y existen en forma:
 Cis: Apuntan del mismo lado del anillo
 Trans: Apuntan a lados opuestos del anillo
Esto también puede observarse en la proyecciones
de Newman
El confórmero más estable será la conformación de
silla con el sustituyente(s) más voluminoso en
posición ecuatorial
N
o.
1
Ejercicio
¿qué compuesto está representado por la
estructura?
terb
H
H
2
H
H
N
o.
Ejercicio
Relación entre los compuestos
3
H
a.
H
b.
CH3
Dibuja la conformación de silla más estable del
trans-1-fluoro-3-metilciclohexano
4
¿cuál es la proyección de Newman más estable
del cis-1,2-diclorociclohexano?

Los confórmeros del ciclohexano y otros compuestos cíclicos saturados también están
gobernados por tensiones torsionales, angulares y estéricas.

En el ciclohexano la tensión torsional se reduce al mínimo en la conformación de silla. La
conformación de bote y bote torcido están total o parcialmente eclipsados y por ello presentan
tension torsional.

La inversión de anillo de una conformación de silla del ciclohexano convierte cada sustituyente
axial en ecuatorial y viceversa.

Los sustituyentes axiales están desestabilizados por interacciones 1,3 diaxiales, no así en los
ecuatoriales. Por ello Hay isomería geométrica cis-trans en ciclohexanos con más de un
sustituyente en diferentes carbonos del ciclo. Cuando estos apunta del mismo lado del anillo
son cis y cuando están apuntando de forma opuesta son trans. ESTOS NO SON
ESTEREOISOMEROS CONFORMACIONALES, ya que para pasar de uno al otro hay que romper
y forma un nuevo enlace (son estereoisómeros configuracionales)