Isomería Carmen Coronel Química Orgánica I Instituto de Química Orgánica Fac. de Bioquímica, Química y Farmacia Universidad Nacional de Tucumán

Isómeros Son compuestos que presentan la misma fórmula molecular, pero propiedades físicas y/o químicas distintas.

Clasificación De cadena De posición Constitucional o estructural De función Constitucional o estructural Isomería En C=C Cis-trans En ciclos Estereoisomería Conformacional Óptica

¿Como saber si son isómeros?

Isómeros constitucionales Los isómeros constitucionales o estructurales son 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).

Isómeros de cadena Los isómeros de cadena son compuestos que tienen distribuidos los átomos de carbono de la molécula de forma diferente. Por ejemplo, existen 3 isómeros de fórmula molecular C5H12.

Isómeros de posición Son compuestos que tienen las mismas funciones químicas, pero sobre átomos de carbono con números localizadores diferentes.

Isómeros de función Son compuestos de igual fórmula molecular que presentan funciones químicas diferentes.

La estereoquímica estudia a las moléculas en tres dimensiones. Estereoisómeros Los estereoisómeros son los isómeros cuyos átomos están conectados en el mismo orden, pero con disposición espacial diferente. La estereoquímica estudia a las moléculas en tres dimensiones.

Conformaciones Conformaciones 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.

Análisis conformacional El análisis conformacional es el estudio de las energías de las diferentes conformaciones. (Wade) El análisis conformacional es el estudio de la forma en la que los factores conformacionales afectan la estructura de una molécula y sus propiedades físicas y biológicas. (Carey)

Representaciones de moléculas orgánicas Proyecciones de Newman Carbono frontal Carbono posterior

Representaciones de moléculas orgánicas Caballete Tridimensional

Conformaciones del etano Enlace s sp3-sp3 “Libre rotación” alrededor del enlace s: diferentes conformaciones

Conformación alternada Conformaciones del etano Conformación alternada 60° 60º Vista a lo largo del enlace C-1 C-2

Conformación eclipsada Conformaciones del etano Conformación eclipsada Vista a lo largo del enlace C-1 C-2

Tensión torsional = ~ 3 kcal/mol Conformaciones del etano Tensión torsional = ~ 3 kcal/mol ~ 1 kcal/mol ~ 1 kcal/mol ~ 1 kcal/mol

Conformaciones del etano Estado de transición [Kcal/mol] 2,9

Estructura de los alcanos lineales Debido a la estructura del átomo de carbono los alcanos lineales adoptan la conformación más estable que es la alternada (forma de zig-zag) porque es la más estable. 20

Cicloalcanos

Introducción Los cicloalcanos, llamados también alcanos cíclicos o carbociclos, son compuestos que presentan átomos de carbono sp3 que forman anillos. Tienen fórmula general CnH2n.

Isomería cis-trans en ciclos Cis-1,2-dimetilciclopropano Trans-1,2-dimetilciclopropano Cis-1-cloro-3-yodociclobutano Trans-1-cloro-3-yodociclobutano

Cicloalcanos: tensión de Baeyer 1874 - Le Bel y van’t Hoff: geometría tetraédrica del carbono 1884 - Baeyer: Los cicloalcanos debe sufrir tensión angular cuando los ángulos de enlace son diferentes a 109°.

Tensión angular La tensión angular es la tensión debida a la desviación del ángulo de enlace (109,5º para la hibridación sp3), ya sea por compresión o expansión.

Ciclohexano Según la teoría de Baeyer el ciclohexano debería presentar tensión angular ya que si todos los átomos de carbono están en el plano, el ángulo de enlace es mayor en 11,5º que el ángulo de hibridación.

Ciclohexano Conformación de silla El ciclohexano presenta una conformación en la que cuatro átomos de carbono están en un plano, uno hacia arriba y otro hacia abajo. Esta conformación se parece a una reposera y se la denomina conformación silla

Ciclohexano Conformación de silla Todos los enlaces están escalonados. Libre de tensión angular y tensión torsional, por lo tanto, es la conformación más estable.

Hidrógenos ecuatoriales Ciclohexano Conformación de silla Hidrógenos axiales Eje Hidrógenos ecuatoriales

Ciclohexano Conformación de bote

Hidrógenos en asta: respulsión estérica Ciclohexano Conformación de bote Hidrógenos en asta: respulsión estérica 1,83 Å Los H en “asta” presentan tensión estérica por la proximidad. Además, presenta tensión torsional por los enlaces eclipsados. Esta conformación es menos estable que la silla.

Ciclohexano Conformación de bote Proyección de Newman

Ciclohexano Conformación de bote torcido Hidrógenos en asta: mayor distancia (2,52 Å) Tensión torsional: menor que en la bote. Tensión estérica: menor que en la bote. Esta conformación es más estable que la bote, pero menos estable que la silla.

Conformación de semisilla Ciclohexano Conformación de semisilla Presenta gran tensión torsional (5 C en el plano) y tensión angular. Esta conformación es la de mayor energía y es solo “un paso” de interconversión de silla a silla .

Interconversión de la silla En un determinado instante de tiempo, la mayor parte de las moléculas en una muestra de ciclohexano adoptan conformación de silla. Sin embargo, la barrera de energía entre las conformaciones silla y bote es lo suficientemente baja para que se interconviertan muchas veces cada segundo. Se puede pasar de una conformación de silla a otra, pasando por las conformaciones intermedias.

Gráfica de Energía potencial

Ciclohexano monosustituidos Sustituyente ecuatorial Metilciclohexano Sustituyente axial (5%) Sustituyente ecuatorial (95%)

Bibliografía Carey, F. Química Orgánica. Ed. Mc Graw Hill. 6° ed. 2006. Vollhardt, K., Schore, N. Química Orgánica. Ed. Omega, S.A. 3° ed. 2000. Wade, L.G. Jr Química Orgánica.Ed. Pearson, 5º Ed. 2004