ISOMERÍA EN LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS

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ISOMERÍA: ISOMERÍA: Compuestos distintos con la misma fórmula molecular (composición). Cada uno de esos compuestos se denominan ISOMEROS

ISOMERÍA: (o cis-trans)

ISOMERÍA: De cadena: (C4H10) De posición: (C3H8O) De función: (C3H6O) ISOMERÍA ESTRUCTURAL O PLANA: Distinta estructura molecular (distinta fórmula semidesarrollada). De cadena: (C4H10) metilpropano butano CH3–CH2–CH2–CH3 De posición: (C3H8O) 1-propanol CH3–CH2–CH2OH y 2-propanol CH3–CHOH–CH3 De función: (C3H6O) propanal CH3–CH2–CHO propanona CH3–CO–CH3 2-propen-1-ol CH2=CH–CH2OH CH3–CH–CH3 CH3

ISOMERÍA ESTRUCTURAL Isomería estructural o plana: Las diferencias entre los isómeros se pueden ver en una representación plana. Isomería de cadena.

ISOMERÍA ESTRUCTURAL Isomería de posición.

ISOMERÍA ESTRUCTURAL Isomería de función. , un ácido y un éster Etanol CH3-CH2-OH Dimetiléter CH3-O-CH3 Propanal CH3-CH2-CHO propanona CH3-CO-CH3 Ác propanoico CH3-CH2-COOH Acetato de metilo CH3-COO-CH3

Isomería Geométrica o Cis-Trans ESTEREOISOMERÍA I Isomería Geométrica o Cis-Trans Aparece cuando hay dobles enlaces y cada uno de los sustituyentes de los carbonos a cada lado del doble enlace son distintos. El doble enlace no puede rotar y por eso las dos moléculas son diferentes. Para distinguir estas dos posibles situaciones se añaden al nombre del compuesto dos posibles prefijos: Cis- o Trans- Se toman como referencia el sustitutente de mayor peso molecular en cada carbono A ≠ D E ≠ F

Isomería Geométrica o Cis-Trans (cuando hay dobles enlaces ) ESTEREOISOMERÍA I Isomería Geométrica o Cis-Trans (cuando hay dobles enlaces ) Estos sustituyentes pueden estar en “el mismo lado” del doble enlace (arriba o abajo) configuración “cis”, o estar en lados opuestos configuración “trans”. Cis-2-buteno: Trans-2-buteno: H H C=C CH3 CH3 CH3 H C=C H CH3

ESTEREOISOMERÍA I ISOMERÍA CIS-TRANS (distinta fórmula semidesarrollada). Nota: Para que exista esta tipo de isomería los dos sustituyentes de cada átomo de C del doble enlace tienen que ser diferentes Isómeros cis y trans del 2-Buteno                                            Modelos moleculares del cis y trans-2-buteno.                                              

ESTEREOISOMERÍA I ISOMERÍA CIS-TRANS: Propiedades Los isómeros cis-trans difieren en sus propiedades físicas (puntos de fusión, etc.) y en muchos aspectos de su reactividad química especialmente en el metabolismo de los seres vivos. Curiosidad: Las grasas y los aceites son ésteres de la glicerina con ácidos carboxílicos de cadena larga que se denominan ácidos grasos. Todos los ácidos grasos insaturados (que tienen dobles enlaces) naturales tienen sus dobles enlaces en cis, no existen en la naturaleza los isómeros trans.

Isomería estructural ejercicios Escribe todos los isómeros posibles para el compuesto de fórmula molecular C4H8. Indica cuál de ellos presenta isomería geométrica. (Selectividad COU Andalucía. 1998).

Isomería estructural ejercicios Ejercicio2 Dados los compuestos 2-metilbutano y 2-pentanona: ¿Qué tipo de isómeros crees que puede presentar cada uno de ellos Justifica la respuesta; Escribe los isómeros que pueden presentar (Selectividad La Laguna. 1997).

Isomería estructural ejercicios Ejercicio3: Formular y nombrar: tres isómeros de posición de fórmula C3H8O; dos isómeros de función de fórmula C3H6O; dos isómeros geométricos de fórmula C4H8; tres aminas de fórmula C3H9N. (Selectividad COU Salamanca. 1997).

ESTEREOISOMERÍA I Curiosidad (continuación):. Cuanto mayor cantidad de ácidos grasos insaturados tenga, menor es el punto de fusión. Por eso los aceites, que son líquidos a temperatura ambiente, tienen mayor cantidad de ácidos grasos insaturados que las grasas, que son sólidas. Para hacer un sustituto de la manteca (margarina) se hidrogenan los dobles enlaces en los aceites para convertir esos ácidos grasos en saturados y obtener un producto sólido. Pero en el proceso de hidrogenación se producen algunos dobles enlaces en trans. Se ha visto que las grasas que contienen estos ácidos grasos con dobles enlaces en trans son perjudiciales para la salud, entre otras cosas aumentan el colesterol “malo” (LDL) y disminuyen el colesterol “bueno” (HDL)

ESTEREOISOMERÍA II ISOMERÍA ÓPTICA: Se debe a la distinta distribución espacial (en tres dimensiones) de los grupos unidos a un átomo de carbono. Una molécula se dice que es quiral (o que presenta isomería óptica) cuando no es superponible con su imagen en el espejo (imagen especular). Para que haya isómeros ópticos es necesario que los cuatro sustituyentes unidos a un átomo de carbono sean “distintos” (carbono asimétrico o quiral).

ESTEREOISOMERÍA II

ESTEREOISOMERÍA II

Quiralidad (del griego kéir: mano), ESTEREOISOMERÍA II Quiralidad (del griego kéir: mano),

ESTEREOISOMERÍA II ISOMERÍA ÓPTICA: Se debe a la distinta distribución espacial (en tres dimensiones) de los grupos unidos a un átomo de carbono. Para que haya isómeros ópticos es necesario que los cuatro sustituyentes unidos a un átomo de carbono sean “distintos” (carbono asimétrico o quiral). Un átomo de carbono que soporta cuatro sustituyentes distintos se llama carbono asimétrico (o quiral), y a menudo se lo designa mediante un asterisco, según se indica en la fórmula siguiente

ESTEREOISOMERÍA II Isomería óptica La isomería óptica es un fenómeno que presentan las moléculas quirales. Una molécula se dice que es quiral cuando no es superponible con su imagen en el espejo (imagen especular). Generalmente, las moléculas orgánicas que tienen algún carbono asimétrico (unido a cuatro sustituyentes diferentes) son quirales. Ojo! no todas las moléculas con carbonos asimétricos son quirales, ni todas las que no tienen carbonos asimétricos son aquirales.

ESTEREOISOMERÍA II Isomería óptica Un átomo de carbono que soporta cuatro sustituyentes distintos se llama carbono asimétrico (o quiral) A menudo se lo designa mediante un asterisco, según se indica en la fórmula siguiente. Generalmente, las moléculas orgánicas que tienen algún carbono asimétrico (unido a cuatro sustituyentes diferentes) son quirales (presentan isomería óptica). (no todas las moléculas con carbonos asimétricos son quirale).

ESTEREOISOMERÍA II Una molécula con un carbono asimétrico tiene dos isómeros ópticos (enantiómeros). Que son las imágenes especulares no superponibles. Los isómeros ópticos tienen idénticas propiedades físicas y químicas salvo que pueden reaccionar de forma diferente con otros compuestos quirales, y que desvían de diferente forma la luz polarizada (son ópticamente activos). Cuando se sintetiza un compuesto quiral a partir de compuestos no quirales, se obtiene una mezcla racémica (una mezcla que contiene idénticas cantidades de ambos enantiómeros y que, por tanto, es ópticamente inactiva). Quizás estés pensando ¿Qué me interesa a mí la disposición espacial de las moléculas si yo quiero estudiar medicina o nutrición? ¿Es una curiosidad académica o produce efectos biológicos? La respuesta es que toda la parte estereoquímica es importantísima a nivel biológico, como vemos a continuación. Las enzimas son los catalizadores biológicos. Un catalizador acelera la velocidad de una reacción. Las enzimas, que son proteínas, actúan uniendo las sustancias que reaccionan acelerando así la reacción. Pero en su inmensa mayoría las enzimas son estereoespecíficas, actúan como si fuera la cerradura que recibe la llave. Entonces, por ejemplo, uno de los enantiómeros se pega a la enzima pero el otro no, por lo tanto el que puede pegarse reacciona y el otro no.

Fenómenos Ondulatorios: POLARIZACIÓN Es un fenómeno que sólo puede darse en ondas transversales y es característico de las ondas electromagnéticas. Se debe a que la perturbación en este caso son magnitudes vectoriales (campos E y B), que pueden tener una dirección de vibración fija…. Luz polarizada linealmente o que cambia continuamente de direccion luz no polarizada Existen algunos cristales especiales que sólo dejan pasar a su través las ondas electromagnéticas polarizadas en una determinada dirección (filtro polarizador) por lo que tras pasar por ellos la luz se polariza (linealmente) Simulacion1

Fenómenos Ondulatorios: POLARIZACIÓN La polarización consiste en que la dirección de vibración de los campos E y B sigue una regla. Se habla así de luz polarizada: Linealmente (c) Circularmente (a) Eliticamente….(b) La luz natural (del sol, bombillas…) no está polarizada Se puede analizar el estado de polarización de la luz usando varios filtros polarizadores. Simulacion1 Simulacion1

Fenómenos Ondulatorios: POLARIZACIÓN Este efecto tiene varias aplicaciones Análisis de muestras químicas: isomería óptica, gafas polarizadas, etc… Simulacion1

Los enantiómeros y la actividad óptica ESTEREOISOMERÍA:Los enantiómeros y la actividad óptica Los enantiómeros y la actividad óptica Los enantiómeros presentan propiedades físicas idénticas, con la excepción de su comportamiento frente a la luz polarizada. Un enantiómero gira el plano de la luz polarizada en el sentido de las agujas del reloj, es dextrógiro (+). El otro enantiómero provoca rotación en el sentido contrario al de las agujas del reloj, es levógiro (-).

ESTEREOISOMERÍA:Los enantiómeros y la actividad óptica Este fenómeno asociado a sustancias quirales se conoce como actividad óptica. Medida de la rotación de la luz: La rotación óptica se mide con un polarímetro que consta de de: una fuente de luz, un polarizador del que sale luz oscilando en un único plano, el recipiente que contiene el enantiómero y un analizador (otro filtro polarizador) que permite medir la rotación de la luz.                                                      

ESTEREOISOMERÍA II Ejemplo de enantiómeros: (R) y (S)-1-Bromo-1-cloroetano En los modelos moleculares puede verse que las dos moléculas son distintas, no se superponen.                                                                                                    La presencia de un carbono asimétrico (con sustituyentes distintos: metilo, hidrógeno, cloro y bromo) hace posible que la molécula y su imagen especular sean distintas.

ESTEREOISOMERÍA II Ejemplo de enantiómeros: (R) y (S)-Alanina (aminoácido) La (R) y (S)-Alanina son otro ejemplo de enantiómeros                       

ESTEREOISOMERÍA II (S)-Ibuprofeno (Ibupirac) antiinflamatorio El enantiómero R es inactivo!!! Talidomida: Un enantiómero reducía las nauseas de las embarazadas e inducía el sueño. El otro tenía poder teratogénico (de producir malformaciones en los niños por nacer). La talidomida A principios de la década de los sesenta se infromó que en Alemania estaban naciendo niños deformes. Sus brazos y en general sus extremidades no crecían. Años después, gracias a una cuidadosa investigación se pudo determinar que las malformaciones se debían a una sustancia ingerida por las madres como tanquilizantes para dormir: la talidomida. Esta presente también en los jarabes para la tos, se recomendaba para reducir las náuseas en el embarazo. Este compuesto tiene un átomo de carbono quiral, por lo que existen dos moléculas, dos enantiómeros diferentes (+ y -). El medicamento empleado consistía en la mezcla racémica, es decir, aquella en la que están presentes los dos enantiómeros. Después de su retiro del mercado, se descubrió que únicamente el enantiómero (-) es el responsable de las alteraciones durante el embarazo, mientras que el enantiómero (+) induce al sueño. Desafortunadamente en forma drástica, con la talidomida se evidenció que la geometría alrededor de un único átomo de carbono puede dar lugar a una medicamento o a una sustancia muy peligrosa. Hace ya unos cuantos años hubo un gran problema con un medicamento denominado talidomida. Se suministró a mujeres embarazadas y nacieron chicos deformes. En esa época no estaba suficientemente desarrollada la síntesis asimétrica (poder obtener uno solo de los enantiómeros). La talidomida es una sustancia quiral, porque tiene un carbono asimétrico, y lo que se daba como medicamento era la mezcla racémica que se obtenía en la síntesis. Cuando se investigaron las causas se vió que el que tenía la propiedad curativa era uno solo de los enantiómeros, y el otro era el que tenía el poder teratogénico (de producir las malformaciones en los niños por nacer). Fijate lo que puede hacer la diferencia en un carbono asimétrico a nivel de un medicamento y sus efectos biológicos. Pregunta: ¿Cuál es el carbono asimétrico de la talidomida?

Isomería óptica: Nomenclatura ESTEREOISOMERÍA: NOMENCLATURA Isomería óptica: Nomenclatura Se asigna un orden de prioridad a los grupos (por número atómico, de mayor a menor). Si dos de ellos tuvieran el mismo número atómico el orden se determina por la prioridad de sus sustituyentes. Se sitúa el sustituyente 4 hacia atrás y se observa el triángulo que forman los otros tres. Si el orden 1-2-3 sigue las agujas del reloj (dextrógiro) el isómero se denomina R y si sigue el contrario (levógiro) se denomina S. Dextrógiro (en sentido horario). En este caso se tratará del isómero R (rectum = derecha) Levógiro (sentido antihorario). En este caso se tratará del isómero S (sinister = izquierda)

Isomería óptica: Nomenclatura ESTEREOISOMERÍA: NOMENCLATURA Isomería óptica: Nomenclatura Se asigna un orden de prioridad a los grupos (por número atómico, de mayor a menor). (La prioridad la tiene el átomo de mayor número atómico unido al carbono quiral. Si dos de ellos tuvieran el mismo primer átomo, el orden se determina por la prioridad de sus sustituyentes). Se sitúa el sustituyente 4 hacia atrás y se observa el triángulo que forman los otros tres. Si el orden 1-2-3 sigue las agujas del reloj (dextrógiro) el isómero se denomina R y si sigue el contrario (levógiro) se denomina S. 2 3 1 Para identificar los enantiómeros de forma inequívoca necesitamos dotarnos de un sistema que indique la quiralidad de la molécula. La notación R y S fue desarrollado por Cahn, Ingold y Prelog. 1. Debo establecer reglas de prioridad, para ver cuál tiene más prioridad y cuáles le siguen en menor prioridad. 2. Miro la molécula desde la parte opuesta al átomo con menor prioridad. 3. Después muevo desde el sustituyente de mayor a menor prioridad. Si estoy describiendo un movimiento que es el de las agujas del reloj entonces la notación es R. Si el movimiento es contrario al de las agujas del reloj, la notación es S. Antes de aplicar la nomenclatura hay que asignar prioridades a los sustituyentes mediante el uso de reglas de secuencia Regla 1. En primer lugar se consideran los átomos unidos directamente al estereocentro. Un sustituyente con mayor número atómico tiene preferencia sobre los de número atómico inferior. Por lo tanto, el sustituyente con menor prioridad es el hidrógeno. En caso de isótopos prevalece la masa atómica. I > Br > Cl > S > P > F > O > N > C > H Regla 2. Si la regla 1 no puede decidir la prioridad de los grupos, ésta se determina por una comparación similar de los átomos siguientes en cada grupo. La decisión sobre la prioridad se toma en el primer punto de diferencia a lo largo de la cadena de dos sustituyentes. Una vez alcanzado este punto, la constitución del resto de la cadena no se tiene en cuenta. 4

Isomería óptica: Nomenclatura ESTEREOISOMERÍA: NOMENCLATURA Isomería óptica: Nomenclatura Dextrógiro (en sentido horario). En este caso se tratará del isómero R (rectum = derecha) Levógiro (sentido antihorario). En este caso se tratará del isómero S (sinister = izquierda) (R)-1-bromo-1-cloro-1-fluorometano (S)-1-bromo-1-cloro-1-fluorometano http://www.ehu.es/biomoleculas/moleculas/rs.htm

Ejemplo de isomería óptica Ácido láctico (2 hidroxi-propanoico) S ácido láctico (2 hidroxi-propanoico) R ácido láctico (2 hidroxi-propanoico)

Ejemplo de isomería óptica INCLUIR EJEMPLOS Y COMENTARIOS DE LOS AMINOACIDOS Y MONOSACARIDOS!!!!! (DECIR QUE SON L ETC.)

Isomería: ejercicio 2-butanol CH3–CHOH–CH2–CH3 Formula y nombra todos los isómeros posibles (estructurales y geométricos) del 2-butanol indicando el tipo de isomería en cada caso. 2-butanol CH3–CHOH–CH2–CH3 De cadena: CH3  metil-2-propanol CH3–COH–CH3 De posición: 1-butanol CH3–CH2–CH2–CH2OH De función: Dietil-éter CH3–CH2–O–CH2–CH3 metil-propil-éter CH3–O–CH2–CH2–CH3 Estereoisomería: S-2-butanol R-2-butanol

Isomería: ejercicio Ejemplo (Examen del año pasado): Escribe un isómero de cada tipo del compuesto de fórmula C3H6O (todos los tipos de isomería estructural y de estereoisomería), en cada caso indica el tipo de isomería y nombra el compuesto. Sol: Los isómeros posibles son prop-2-en-1-ol Propanal prop-1-en-2-ol Propanona prop-1-en-1-ol etenilmetileter 4) 5) 2) 3) 6)

Isomería: resumen

Isomería: resumen Clasificación de las relaciones entre moléculas ¿Tienen la misma fórmula molecular? o ¿Son iguales sus pesos moleculares y sus composiciones elementales? ¿Son superponibles? SI NO SI No son isómeros NO Son la misma molécula Son isómeros ¿Difieren únicamente en el arreglo de sus átomos en el espacio? Son isómeros estructurales NO SI ¿Es uno de ellos superponible con la imagen en el espejo del otro? Son estereoisómeros SI ¿Son aislables a temperatura ambiente o próxima a ella? NO SI NO Son diasteroisómeros Son enantiómeros Son estereoisómeros conformacionales Son estereoisómeros configuracionales ¿Son superponibles con sus respectivas imágenes en el espejo? SI NO Son quirales Son aquirales