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Isomería y estereoquímica
PSU Química común 2018
El estudio de la estereoquímica se divide en dos grandes grupos : Isómeros estructurales e isómeros espaciales o estereoisómeros.
ISOMEROS ESTRUCTURALES
Los isómeros estructurales a su vez se dividen en tres categorías: isómeros estructurales de cadena, de posición y de función.
a).- Isómeros estructurales de cadena.
Son aquellos que presenta la misma fórmula molecular , pero se difieren en la forma en como se unen los átomos en la estructura carbonada. Por ejemplo la fórmula general C4H10 corresponde a un alcano que presenta dos estructuras diferentes
Al aumentar el número de átomos de carbono en la cadena aumenta considerablemente el número de isómeros , así a la fórmula molecular C5H12 le corresponden tres estructuras diferentes:
Mientras que al alcano de fórmula molecular C20H42 le corresponden más de
360000 isómeros estructurales de cadena
b).- Isómeros estructurales de función:
Estos isómeros son compuestos que presentan igual fórmula molecular , pero pertenecen a distintas familias , es decir tienen grupos funcionales distintos en su estructura .
c).- Isomería de posición y/o de esqueleto. Los grupos funcionales son idénticos pero están en posiciones distintas del esqueleto molecular (isómeros de posición).
Ej: 2-hexanol y 3-hexanol :
A veces el grupo alquilo tiene una disposición distinta (isómeros de esqueleto o de ramificación).
Ej: 3-metil-2-pentanol y 2-hexanol
Se pueden producir los dos casos simultáneamente:
Ej : 3-metil-2-pentanol y 3-hexanol
CH3 CH CH2 CH2 CH2 CH3
OH
CH3 CH2 CH CH2 CH2 CH3
OH
CH3 CH CH CH2 CH3
CH3OH
CH3 CH CH2 CH2 CH2 CH3
OH
CH3 CH2 CH CH2 CH2 CH3
OH
CH3 CH CH CH2 CH3
CH3OH
Distintas formas de representar las moléculas orgánicas
Los diversos arreglos de los átomos , resultado de la rotación en torno a un enlace sencillo,
se llaman conformaciones y una determinada conformación se denomina CONFORMERO
1).- Los enlaces que se proyectan fuera del plano y hacia adelante, es decir hacia el
observador se representan con línea gruesa y continua.
2).- Los enlaces que se proyectan fuera del plano del papel y hacia atrás , se representan
con línea gruesa y discontinua
3).-Los enlaces que se encuentran en el plano, es decir sobre el papel, se representan con
líneas continuas de grosor normal.
Proyecciones de caballete
Proyección de Newman
La proyección de Newman se obtiene al mirar la molécula a lo largo del eje C-C. El carbono frontal se representa por un punto, del que parten los tres enlaces que lo unen a los sustituyentes. El carbono de atrás se representa por un círculo y los enlaces que salen de este carbono se dibujan a partir de este círculo.
Proyección de Newman del etano alternado y eclipsado. Las conformaciones del etano se pueden representar fácilmente con esta proyección. En el caso de la conformación eclipsada para hacer mas visibles los tres hidrógenos posteriores, éstos se dibujan ligeramente girados respecto a la posición totalmente eclipsada.
Diagramas de Energía Potencial
Diferencia de energía entre conformaciones
Las diversas conformaciones del etano no tienen la misma energía, esto se debe a la repulsión electrónica entre hidrógenos. Cuando vamos girando la molécula a partir de una conformación alternada, la distancia entre los átomos de hidrógenos de los respectivos grupos metilo empieza a disminuir, produciendo un aumento de la repulsión entre los pares de electrones enlazantes de los enlaces C-H. La energía potencial del sistema aumenta hasta llegar a la conformación eclipsada.
Diagrama de energía potencial del etano
Las diferencias de energía entre las distintas conformaciones pueden verse representando gráficamente la energía de cada conformación frente al ángulo girado. Como puede observarse en el diagrama del etano, las conformaciones eclipsadas son los máximos de energía y las alternadas los mínimos.
Para obtener el diagrama de energía potencial del etano partimos de la conformaciòn eclipsada y vamos realizando giros de 60º hasta recorrer los 360º.
Clasificamos las distintas conformaciones según energía. Las eclipsadas [1], [3] y [5] tienen la misma energía, que llamaremos E1 . Las conformaciones [2], [4] y [6] tienen menos energía debido a que los hidrógenos están más alejados los unos de los otros (Son todas formas alternadas).
Diagrama de energía potencial del butano. En el diagrama del butano existen mas conformaciones que una alternada y una eclipsada. La conformación alternada que tiene los metilos lo más lejos posible uno del otro se llama anti [4] y es la más estable, al tener las mínimas repulsiones. La rotación del carbono de atrás 60º da lugar a una eclipsada [5] con dos interacciones metilo-hidrógeno, un nuevo giro da lugar a otra alternada llamada gauche [6]. Un tercer giro deja los metilos enfrentados (eclipsados) se denomina conformación sin [1] y es la de mayor energía potencial.
Isómeros geométricos
Isómeros geométricos o cis-trans.
Se deben a la rotación restringida en torno a un enlace carbono-carbono y se pueden evidenciar en moléculas que presentan enlaces dobles o en compuestos cíclicos. Para entender esto analicemos las siguientes moléculas, donde se muestran dos isómeros geométricos del 2-buteno.
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Sistema de nomenclatura (E) y (Z)
Cuando hay 3 o 4 grupos diferentes unidos a los átomos de carbono del
doble enlace, existe un par de isómeros geométricos, pero a veces es difícil
asignar la nomenclatura cis o trans a los isómeros
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SISTEMA (E) y (Z)
Se basa en la asignación de prioridades (No son las prioridades de la
nomenclatura, sino por números atómicos ) a los átomos o grupos unidos a
cada carbono del doble enlace , establecidos por los químicos Cahn,Ingold
y Prelog
Si los átomos de mayor prioridad están en lados opuestos en el enlace π,
el isómero es ( E). del alemán entgegen que significa opuestos
Si los grupos de mayor prioridades están al mismo lado, el isomero es Z,
del alemán zusammen , que significa juntos
Reglas E , Z
Regla 1: Considerar por separado los carbonos del doble enlace, identificar los dos átomos unidos directamente a cada uno de ellos y clasificarlos según su número atómico. Un átomo con un número atómico mas alto tiene mayor prioridad que un átomo con un número atómico más bajo.
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Las prioridades se basan en el nº atómico de los átomos unidos al doble
enlace.
Nº atómico mayor tiene prioridad sobre los menores
F Cl Br I
Nº atómicos 9 17 35 53
Prioridad Creciente
29
30
31
32
33
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35
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Isómeros ópticos
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Marcar con un asterisco el carbono quiral de los siguientes compuestos orgánicos y fundamentar su respuesta
Configuración absoluta : R y S
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Efecto teratogénico de la Talidomida
La talidomida es un fármaco que fue comercializado entre los años 1958 y 1963
como sedante y como calmante de las náuseas durante los tres primeros meses de
embarazo (hiperémesis gravídica).
Como sedante tuvo un gran éxito popular ya que no causaba casi ningún efecto
secundario y en caso de ingestión masiva no era letal, según estudios realizados por
Chemie Grünenthal, de Alemania, laboratorio que produjo el fármaco.
Sin embargo, este medicamento provocó miles de nacimientos de bebés afectados de
focomelia, anomalía congénita caracterizada por la carencia o malformación de las
extremidades.
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Se descubrió que había dos
talidomidas distintas, aunque de igual
fórmula molecular, en las cuales
cambiaba la disposición de los grupos
en un carbono, que hasta entonces no se
tenía en cuenta.
La talidomida afectaba a los fetos por dos
vías: que la madre tomara el medicamento
directamente como sedante o calmante de
náuseas, mientras estaba embarazada, o
bien que el padre lo hubiese tomado como
sedante, ya que la talidomida afecta al
esperma y transmite los efectos nocivos en
el momento de la concepción.
S-Talidomida R-Talidomida
Efectos teratogénicos Efecto sedante
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Fuente: DEMRE – U. DE CHILE, Modelo de prueba de Ciencias Admisión 2017
Pregunta oficial PSU
E Aplicación
Para asignar el nombre y la configuración correcta (R o S) al
compuesto BrCH2CH2CHOHCH3, el orden de prioridad de los
sustituyentes, presentes en el carbono quiral de este compuesto es
A) -CH3 > -CH2CH2Br > -OH
B) -CH3 > -OH > -CH2CH2Br
C) -CH2CH2Br > -OH > -CH3
D) -OH > -CH3 > -CH2CH2Br
E) -OH > -CH2CH2Br > -CH3