Análisis conformacional
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Conformaciones
Son arreglos no idénticos de los átomos de una molécula, por rotación de enlaces sencillos.
<10 kcal mol-1 (Tamb)
Peróxido de Hidrógeno (H2O2)
t Ángulo diedral
∞ confórmeros, aunque algunos son más estables
Análisis conformacional
Estudio de las propiedades físicas (E) y químicas (reactividad) de los confórmeros de una molécula.
1874 Le Bel y van’t Hoff
1884Baeyer
los ángulos en los cicloalcanos ≠ 109.2º
> > < < <
60º 90º 108º 120º 138º
Sachse ciclohexano con conformaciones no planares
1943 Kohlrausch y Hassel demostró la existencia de enlaces ecuatoriales y axiales (rayos X)
1950 Barton demostró la importancia de las consecuencias de las distintas disposiciones axiales y ecuatoriales de los hidrógenos
H
HH
HH
H
H
HH
H
H
H
Conformación de Moléculas acíclicas
Etano
Tensión torsional o de Pitzer = 3.0 kcal/mol
E
Degrees of Rotation 30060 120 180 2400 360
HH
HH
HH
H
HH
H
H H
DGº=3 kcal/mol
K=e-DGº/RT > 100
>99% de las moléculas de etano existen en conformación alternada
No se sabe con certeza la razón de la inestabilidad del confórmero eclipsado
La repulsión de van der Waals explica una diferencia de 0.5 kcal/mol
Se propone que un mejor argumento es la repulsión de los orbitales ocupados.
n-butano
E
Degrees of Rotation
A A
E
CC
D
B
30060 120 180 2400 360
H CH3H CH
3
HH
HH
H CH3 H CH
3
H
HH
H
H CH3
H
HH
H
H CH3
H CH3
H
H
H
H CH3
H
% del isómero más estable
K DGº25ºC
(kcal/mol)
50 1.0 0.0
55 1.22 0.12
60 1.50 0.24
70 2.33 0.50
75 3.0 0.65
85 5.67 1.03
90 9.0 1.30
95 19.0 1.75
99 99.0 2.72
99.9 999.0 4.09
Proporciones de isómeros en equilibrio
X
X
X -DGº25ºC
(kcal/mol)X -DGº25ºC
(kcal/mol)
F 0.25 SH 1.0
Cl 0.4 Me 1.74
Br 0.5 Et 1.8
I 0.4 i-Pr 2.1
OH 0.7 t-Bu 4.9
OMe 0.8 Ph 2.9
OEt 0.9 CN 0.2
XH
HX
H
Hvs
Ciclohexano y anillos heterocíclicos
Semejanzas Diferencias
• Conformación silla más estable• Barreras energéticas de inversión comparables
Diferencias entre sistemas cabocíclicos y heterocíclicos
• Longitudes de enlaces C-X– C-C (1.54 Å) - C-N (1.47 Å)– C-O (1.43 Å) - C-S (1.82 Å– C-S-C ≈ 100°
• Presencia de momentos dipolares• Radios de Van der Waals.
La ausencia de ligandos (N, O, S) disminuye las interacciones estéricas.
• Otros factores– Puente de hidrógeno intramolecular (-OH)– Inversión del Nitrógeno
1,3-Dioxano
Águlos torsionales
O-C-O-C 63°
C-O-C-C 59°
O-C-C-C 55°O
O1.41 Å
1.43 Å
1.50 Å
111°109.5°
111°
Barrera de inversión del anillo:1,3-dioxano < ciclohexano
(ΔG 9.5 kcal/mol) (ΔG 10.5 kcal/mol)
1,3-Dioxanos-2-Sustituidos
R: CH3 CH2CH3 i-Pr C6H5
ΔG° (1,3-dioxano) -4.0 -4.0 -4.2 -3.1
ΔG° (ciclohexano) -1.7 -1.8 -2.1 -2.9
O
OO
O
R
R
Mayor preferencia por la posición ecuatorial en los 1,3-dioxanos
Repulsión estérica
O
O
RH
H
RH
H
1.42 Å 1.54 Å
Modelos Anancoméricos
• Modelos conformacionalmente rígidos• Poseen un sustituyente R’ que ancla el anillo en una
sola conformación.
O
O
O
OR' R'
R
R
• La equilibración de los modelos diastereoméricos se logra mediante catálisis ácida.
O
O
O
O
R
RH+
R: CH3 CH2CH3 i-Pr C6H5
ΔG° (1,3-dioxano) -0.9 -0.8 -1.0 -1.4
ΔG° (ciclohexano) -1.74 -1.8 -2.1 -4.9
RH
H
O
O
R
Repulsión esterica entre el sustituyente axial en ciclohexano y los H sin-diaxales
Equilibrios Conformacionales en 1,3-Dioxanos con Sustituyentes Polares en C(5)
Ciclohexanos monosustituidos
Estabilidad EcuatorialAxial
excepciones
• Acetato• Cloruro de
ciclohexilmercurio
1,3-dioxanos con sustituyentes polares en C(5)
• Conformero ecuatorial posee menor repulsión dipolo-dipolo
X Disolvente ΔG° (Kcal/mol)
F C6H12 0.21
CH3CN 1.22
Cl CCl4 -1.40
CH3CN -0.25
CN CH3CN 0.55
OH C6H12 0.90
DME -0.50
SCH3 C6H12 -1.82
S(O)CH3 CHCl3 0.82
SO2CH3 CHCl3 1.19No se cumple en disolventes poco polares
Grupo OH (efectos del disolvente)
Poco polares
Polares
Puente de hidrogeno intramolecular
Puente de hidrogeno intermolecular
δ-
δ+
X= F y CN (efecto gauche atractivo)
• Grupos pequeños y muy electronegativos• Prefieren la conformación gauche en lugar de la anti
• El grupo SMe prefiere la posición ecuatorial(-ΔG°)• Se esperaría que para el análogo S(O)Me, haya
mayor preferencia ecuatorial. • Muestra preferencia axial
Para X= SO2CH3
• Un ligando forzosamente se ubica sobre el anillo • Se espera un valor mayor de -ΔG°(ecuatorial)• Tiene preferencia por el conformero axial
• Por RMN-H1 se observa que el grupo metilo apunta hacia dentro del anillo.
Comportamiento conformacional de los grupos t-Butil-tio, t-Butil-sulfinilo y t-Butil-sulfonilo en C(5).
Dioxano X ΔG° (Kcal/mol)
118 S-t-Bu -1.90
119 SO-t-Bu +0.10
120 SO2-t-Bu -1.14
121 SCH3 -1.73
122 S(O)CH3 +0.82
123 SO2CH3 +1.19
Equilibración cis-trans de los sulfuros, sulfóxidos y sulfonas.