Teoría Química Orgánica QUI-122 - Unidad VI - PDF

TEORÍA QUÍMICA ORGÁNICA QUI-122 UNIDAD VI ESTEREOQUÍMICA Esta presentación es solo para fines educativos, no se busca ningún fin de lucro. Mtro. Larry Ubri  UNIDA...

TEORÍA QUÍMICA ORGÁNICA QUI-122 UNIDAD VI ESTEREOQUÍMICA Esta presentación es solo para fines educativos, no se busca ningún fin de lucro. Mtro. Larry Ubri  UNIDAD VI - ESTEREOQUIMICA 2 ESTEREOQUÍMICA Definición: Es una parte de la química que toma como base el estudio de la distribución espacial de los átomos que componen las moléculas y el cómo afecta esto a las propiedades y reactividad de dichas moléculas. Importancia: Es crucial para comprender la selectividad en las reacciones químicas, la actividad biológica de los compuestos orgánicos, la estabilidad conformacional de las moléculas y la formación de enantiómeros y diastereómeros, entre otros aspectos. Esta comprensión es esencial en la síntesis de compuestos orgánicos con la estructura y propiedades deseadas, así como en la elucidación de la estructura de productos naturales y la comprensión de los procesos biológicos a nivel molecular. Además, desempeña un papel crucial en la industria farmacéutica, donde la actividad biológica de los fármacos está estrechamente relacionada con su configuración espacial. El estudio de la estereoquímica en la química orgánica es fundamental para el desarrollo de medicamentos más eficaces y con menores efectos secundarios.  UNIDAD VI - ESTEREOQUIMICA 3 REPRESENTACIÓN TRIDIMENSIONAL DE LAS MOLÉCULAS ORGÁNICAS Diagramas de cuñas y rayas: Se usan para representar moléculas tridimensionales en papel y, a menudo, para simbolizar la estereoquímica de moléculas quirales. Las cuñas punteadas, se usan para mostrar los enlaces que se proyectan detrás del plano del papel y las cuñas oscuras y sombreadas, se usan para mostrar los enlaces que se proyectan fuera del plano del papel. Las líneas ordinarias, se usan para mostrar enlaces que están en el plano del papel. Proyecciones de Fischer: Son una forma simplificada de representar moléculas estereoquímicas tridimensionales en un diseño bidimensional. Todos los enlaces se dibujan como líneas ordinarias que se cruzan a 90°. Las líneas superior e inferior representan la parte delantera y trasera de la molécula, respectivamente. Una línea lateral representa una cuña discontinua y la otra representa una cuña oscura.  UNIDAD VI - ESTEREOQUIMICA 4 REPRESENTACIÓN TRIDIMENSIONAL DE LAS MOLÉCULAS ORGÁNICAS Proyecciones de caballete: Se utilizan para ver las moléculas desde una perspectiva en ángulo en lugar de una vista lateral. Los enlaces paralelos representan conformaciones eclipsadas y todos los enlaces antiparalelos pueden representar conformaciones gauche o anti. Proyecciones de Newman: Se utilizan para visualizar moléculas de adelante hacia atrás a lo largo de un enlace carbono-carbono. El carbono más cercano al espectador es el carbono frontal y el más alejado es el carbono posterior. Los tres átomos unidos al carbono delantero se representan como si estuvieran unidos al centro de un círculo y los átomos unidos al carbono posterior se muestran como viniendo de detrás del círculo. Las proyecciones de Newman se utilizan a menudo como una versión simplificada de las proyecciones de caballete.  UNIDAD VI - ESTEREOQUIMICA 5 REPRESENTACIÓN TRIDIMENSIONAL DE LAS MOLÉCULAS ORGÁNICAS Quiralidad: Es una propiedad geométrica en la que un objeto puede tener dos imágenes: una derecha y otra izquierda, las cuales no son intercambiables. Es decir, son espacialmente diferentes, aun cuando el resto de sus propiedades sean idénticas. La mano derecha e izquierda son quirales: una es el reflejo (imagen especular) de la otra, pero no son iguales, ya que al poner una encima de la otra no coinciden sus dedos pulgares. Con las moléculas no es tan sencillo definir cuál es la “versión” izquierda o derecha con solo mirarlas. Para esto, los químicos orgánicos recurren a las configuraciones (R) o (S) de Cahn- Ingold-Prelog, o se basan en la propiedad óptica de estas sustancias quirales de rotar la luz polarizada Para que un átomo sea quiral, este debe tener cuatro sustituyentes diferentes, cada uno con su propio color característico, y además la geometría en torno al átomo central es tetraédrica. Cuando en la molécula orgánica, el átomo de carbono cumple con esta característica se le conoce como carbono quiral.  UNIDAD VI - ESTEREOQUIMICA 6 REPRESENTACIÓN TRIDIMENSIONAL DE LAS MOLÉCULAS ORGÁNICAS Configuraciones (R) o (S) de Cahn-Ingold-Prelog: Para nombrar inequívocamente a los enantiómeros de un compuesto, sus nombres deben incluir la “mano” de la molécula. Las letras “R” y “S” se determinan aplicando las reglas de Cahn-Ingold-Prelog (CIP). Las reglas de prioridad de Cahn-Ingold-Prelog se basan en los números atómicos de los átomos de interés. Para la quiralidad, los átomos de interés son los átomos unidos al carbono quiral. El átomo con mayor número atómico tiene mayor prioridad (I > Br > Cl > S > P > F > O > N > C > H). Al comparar isótopos, el átomo con mayor número de masa tiene mayor prioridad [18 O > 16 O o 15 N > 14 N o 13 C > 12 C o T (3 H) > D (2 H) > H]. Cuando haya un empate en (2) anterior, establezca la prioridad relativa procediendo al siguiente átomo (s) a lo largo de la cadena hasta que se observe la primera diferencia. Los enlaces múltiples se tratan como si cada enlace del enlace múltiple estuviera unido a un átomo único. Por ejemplo, el grupo etenilo (CH2=CH) tiene mayor prioridad que el grupo etilo (CH3CH2).  UNIDAD VI - ESTEREOQUIMICA 7 REPRESENTACIÓN TRIDIMENSIONAL DE LAS MOLÉCULAS ORGÁNICAS Configuraciones (R) o (S) de Cahn-Ingold-Prelog: Se utiliza la nomenclatura “mano derecha” y “mano izquierda” para nombrar los enantiómeros de un compuesto quiral. Los estereocentros están etiquetados como R o S. Considere el diagrama de arriba a la izquierda: se dibuja una flecha curva en sentido antihorario (c-cw) desde el sustituyente de mayor prioridad (1) hasta el sustituyente de prioridad más baja (4) en S - configuración (“Siniestro” → Latin=”izquierda”). El sentido contrario a las agujas del reloj puede ser reconocido por el movimiento a la izquierda al salir de la posición del reloj de 12. Ahora considere el diagrama anterior a la derecha donde se dibuja una flecha curva en el sentido de las agujas del reloj (cw) desde el sustituyente de mayor prioridad (1) hasta el sustituyente de menor prioridad (4) en la configuración R (“Recto” → Latin= “derecho”). A continuación se agrega la R o S como prefijo, entre paréntesis, al nombre del enantiómero de interés. Se requiere un número de localizador si hay más de un centro quiral. De lo contrario, se espera que la persona que lea el nombre reconozca el centro quiral.  UNIDAD VI - ESTEREOQUIMICA 8 REPRESENTACIÓN TRIDIMENSIONAL DE LAS MOLÉCULAS ORGÁNICAS Configuraciones (R) o (S) de Cahn-Ingold-Prelog: Los dos compuestos quirales a continuación se dibujan para enfatizar el carbono quiral con el nombre químico completo debajo de cada estructura. Reglas para asignar una designación R/S a un centro quiral 1: Asignar prioridades a los cuatro sustituyentes, siendo #1 la prioridad más alta y #4 la más baja. Las prioridades se basan en el número atómico. 2:Traza un círculo de #1 a #2 a #3. 3: Determinar la orientación del grupo prioritario #4. Si está orientado al plano de la página (lejos de usted), vaya al paso 4a. Si está orientado fuera del plano de la página (hacia usted) vaya al paso 4b. 4a: (grupo #4 apuntando lejos de ti): un círculo en sentido horario en la parte 2 corresponde a la configuración R, mientras que un círculo en sentido contrario a las agujas del reloj corresponde a la configuración S. 4b: (grupo #4 apuntando hacia usted): un círculo en sentido horario en la parte 2 corresponde a la configuración S, mientras que un círculo en sentido contrario a las agujas del reloj corresponde a la configuración R.  UNIDAD VI - ESTEREOQUIMICA 9 REPRESENTACIÓN TRIDIMENSIONAL DE LAS MOLÉCULAS ORGÁNICAS Configuraciones (R) o (S) de Cahn-Ingold-Prelog: Usaremos el gliceraldehído de azúcar de 3 carbonos como nuestro primer ejemplo. Lo primero que debemos hacer es asignar una prioridad a cada uno de los cuatro sustituyentes unidos al centro quiral. Primero observamos los átomos que están unidos directamente al centro quiral: estos son H, O (en el hidroxilo), C (en el aldehído) y C (en el grupo CH2OH).  UNIDAD VI - ESTEREOQUIMICA 10 ESTEREOISÓMEROS Definición: Son moléculas que tienen las mismas conexiones átomo a átomo, pero difieren en la orientación espacial de los mismos. Enantiómeros: Son estereoisómeros de imagen especular no superponible (cada uno es la imagen especular del otro, pero no pueden superponerse en el espacio)  UNIDAD VI - ESTEREOQUIMICA 11 ESTEREOISÓMEROS Diastereoisómeros: Lo opuesto a los enantiómeros: estereoisómeros que no tienen una imagen especular entre ellos Mesocompuesto: Se denomina compuesto meso a aquel que, conteniendo átomos de carbono asimétricos, es aquiral (existe un plano de simetría). Por lo tanto, su imagen especular es en realidad el mismo compuesto. Este tipo de compuestos carece de actividad óptica a pesar de contener en su estructura centros estereogénicos. Los compuestos 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  UNIDAD VI - ESTEREOQUIMICA 12 ACTIVIDAD ÓPTICA Definición: Es la rotación de la orientación del plano de polarización sobre el eje óptico de la luz polarizada linealmente a medida que viaja a través de ciertos materiales. La actividad óptica ocurre solo en materiales quirales, aquellos que carecen de simetría de espejo microscópico. Concepto de luz polarizada: Es la radiación electromagnética que vibra en un solo plano perpendicular a la dirección de propagación. La vibración en un plano significa que el vector campo eléctrico de la onda luminosa oscila de forma paralela a un espacio de dos componentes rectangulares, como es el caso del plano de polarización xy.  UNIDAD VI - ESTEREOQUIMICA 13 ACTIVIDAD ÓPTICA Polarímetro: es un instrumento de medición que se usa para determinar el ángulo de rotación causado por el paso de una luz polarizada a través de una sustancia ópticamente activa.  UNIDAD VI - ESTEREOQUIMICA 14 SUSTANCIAS DEXTRÓGIRAS Y LEVÓGIRAS Dextrógiras: Una mezcla o una sustancia se nombran como dextrógiras si desvían el plano de la luz polarizada hacia la derecha si se observa hacia la fuente. Levógiras: La sustancia levógira, también conocida como L- isómero, se refiere a una forma específica de molécula que gira la luz polarizada hacia la izquierda. Mezcla racémica: O racemato, es aquella compuesta por dos enantiómeros en partes iguales y que, por tanto, es ópticamente inactiva.  UNIDAD VI - ESTEREOQUIMICA 15 FAMILIA D Y L La notación D/L divide los azúcares en dos familias enantiómeras, aunque debe tenerse en cuenta que no todos los miembros de la familia D son dextrógiros, ni todos los miembros de la familia L son levógiros. Para reconocer si un azúcar pertenece a la serie D o L debemos fijarnos en el último centro quiral de la cadena, en los azúcares D este centro tiene notación R y en los L notación S. Cuando el azúcar está dibujado en proyección de Fischer, situación muy habitual, sólo debemos fijarnos en la posición del grupo -OH en este último centro quiral, si el -OH está situado a la derecha es [1 ] D-glucosa (-OH a la derecha) un azúcar perteneciente a la serie D, en caso de estar a la izquierda el azúcar pertenece a la serie L. [2 ] L-glucosa (-OH a la izquierda)  UNIDAD VI - ESTEREOQUIMICA 16 ¿PREGUNTAS?  UNIDAD VI - ESTEREOQUIMICA ASIGNACIÓN 17 Realizar los siguientes ejercicios del libro de Química Orgánica de Wade, 5ta edición: 5.6 (a, b, c y i) Problema resuelto 5.18 (solo hacer el 5.7 paso 2 y también 5.26 (a-h) decir cual es un 5.28 meso compuesto) 5.29 5.19 5.30  UNIDAD VI - ESTEREOQUIMICA 18 ¡GRACIAS!