Estereoquímica
Estereoquímica
Es una rama de la Química que se encarga del estudio tridimensional de las
moléculas
QFB. A. Aguirre
Isomería óptica
• Este tipo de isomería se presenta en compuestos orgánicos con hibridación sp3
• Al carbono con hibridación sp3 que está unido a cuatro átomos o grupos de átomos diferentes se le denomina estereocentro o centro estereogénico.(carbón quiral)
• Condición necesaria pero no suficiente para que una molécula pueda presentar actividad óptica.
Configuración
Imágenes especulares
No se pueden superponer,entonces son quirales
Enantiómeros
Quiralidad
Estas moléculas también son quirales
Configuración
Enantiómeros
Misma constitución, misma conectividadDiferente distribución de sus grupos en el espacio
La configuración de una molécula se refiere a todos aquellos arreglos que se obtienen por una diferente
distribución de los sustituyentes alrededor de un centro de quiralidad
Receptor Biológico Receptor Biológico
Enantiómeros y Actividad Biológica(Modelo de Easson-Stedman)
Easson, L. H., Stedman, E. Biochem. J. 1933, 27, 1257
Enantiómeros y Actividad Biológica(Modelo de Easson-Stedman)
Eutómero(Interacción eficiente)
Receptor Biológico
Distómero(Interacción no eficiente)
Receptor Biológico
(R)-Ibuprofen(No es activo)
(S)-Ibuprofen(Antiinflamatorio)
Enantiómeros y Actividad Biológica
(S)-(-)-Propranolol(Tratamiento de enfermedades cardiacas)
(R)-(+)-Propranolol(anticonceptivo)
Enantiómeros y Actividad Biológica
(R)-Talidomida(sedante)
(S)-Talidomida(teratógeno)
Enantiómeros y Actividad Biológica
Estereoisómeros
El número de estereoisómeros posibles se determina de acuerdo con la siguiente expresión
2n
Donde n, es el número de centros de quiralidad presentes en la molécula
Ejemplos
n=1, 2 estereoisómeros (enantiómeros)n=2, 4 estereoisómeros, (2 pares de enantiómeros)n=3, 8 estereoisómeros, (4 pares de enantiómeros)
A y B EnantiómerosC y D EnantiómerosA y C Diastereómeros
A y D DiastereómerosB y C DiastereómerosB y D Diastereómeros
OHH
OHH
CHO
CH2OH
HHO
HHO
CHO
CH2OH
OHH
HHO
CHO
CH2OH
HHO
OHH
CHO
CH2OH
A B C D
Los enantiómeros presentan las mismas propiedades físicas y no pueden ser separados por los métodos de purificación convencionales.Los diastereómeros tienen diferentes propiedades físicas y se pueden separar mediante métodos convencionales de purificación.
(S,S)-Aspartame(Dulce)
(R,R)-Aspartame(inactivo)
(S,R)-Aspartame(amargo)
(R,S)-Aspartame(inactivo)
Enantiómeros y Actividad Biológica
Proyecciones de Fischer
Papel y pizarrón son medios de expresión bidimensionales
Fischer (1891) propone un tipo de proyección para representar estructuras en tres dimensiones
CO2H
H
CH3
HO
CO2H
CHO
CH3
H
CO2H
C OHH
C HHO
CO2H
CO2H
OHH
HHO
CO2H
RestriccionesLos giros de 180° son permitidos, ya que interconvierten dos posiciones, sin embargo, los giros de 90° sobre cualquier eje, no producen estructuras válidas.
CO2H
HNH2
CH3
CO2H
HNH2
CH3
CH3
NH2H
CO2H
CH3
NH2H
CO2H
CH3
NH2 H
CO2H
NH2
CO2H
CH3
H
Estereoisómeros del 2,3-dibromobutano
Resolución química de enantiómeros.Diagrama de flujo general
Resolución química de enantiómeros
• Resolución química. La resolución química consiste en la separación de los enantioméros de la mezcla racémica mediante su conversión en una mezcla de diastereoisómeros. Para ello, la mezcla de enantiómeros se hace reaccionar con compuesto quiral que recibe el nombre de agente de resolución.
• Supongamos que la mezcla racémica formada por el (R)-1-fenil-1-etanol y (S)-1-fenil-1-etanol se hace reaccionar con el ácido (R)-2-fenilpropiónico. La reacción de ácidos carboxílicos con alcoholes proporciona ésteres y en este caso se obtendrá una mezcla de dos ésteres diastereoisoméricos.
Resolución de enantiómerosseparación de diatereoisómeros
Proceso final
• Una vez separados los diastereoisómeros por cualquiera de las técnicas de separación anteriormente mencionadas, se procede a la eliminación del agente de resolución para obtener cada uno de los enantiómeros puros. Por ejemplo, en el caso que nos ocupa cada uno de los ésteres diastereoisoméricos se puede saponificar para obtener el alcohol enantiomérico puro y el agente quiral de resolución.
Resolución cromatográfica.
•Este procedimiento de resolución se basa en la utilización de técnicas cromatográficas que emplean como fase estacionaria un compuesto quiral. El fenómeno que permite explicar la separación cromatográfica de mezclas racémicas se basa en las débiles interacciones que forman los enantiómeros con la fase estacionaria quiral. Estas interacciones forman agregados o complejos diastereoisoméricos que tienen diferentes propiedades físicas y por tanto diferentes energías de enlace y diferentes constantes de equilibrio para el acomplejamiento. El enantiómero que forma complejos más estables con la fase estacionaria quiral se mueve más lentamente a lo largo de la columna, y emerge de ella después del enantiómero que forma complejos menos estables y que, por tanto, se mueve más rápidamente.
Sistema Cahn-Ingold-Prelog (CIP)
En este método, se asigna una prioridad a cada uno de los cuatro sustituyentes en torno al átomo estereogénico Cxyzw.
X
WYZ
43
2
1
Una vez hecho esto, la molécula se ve desde el lado opuesto al grupo de menor prioridad y entonces se observa en que dirección se pasa del grupo de mayor prioridad al segundo y al tercero. Si dicha dirección es en el mismo sentido que el movimiento de las manecillas del reloj, tal secuencia (configuración) es R ( del latín: rectus = derecha). Cuando en cambio, el sentido de la secuencia es opuesto al movimiento de las manecillas del reloj, tal configuración es S ( del latín: sinister = izquierda).
1
42 3
1
32
S
42
3
1
1
43 2
1
23
R
43
2
1ojo
ojo
1.- El o los átomos directamente unido(s) al centro estereogénico de mayor número atómico obtiene(n) mayor prioridad. Así, por ejemplo: I>Br>Cl>S>P>Si>F>O>N>C>H,
Asignación de la prioridad
I
FBrCl
I
Cl BrF
I
BrCl
OH
CH3BrH2N
1
OH
H2N BrCH3
S
2
OH
H2N Br
3
2
1
3
4R
2
1
3
2.- En el caso de haber mas de un sustituyente con el mismo número atómico en el átomo directamente enlazado al centro estereogénico, se consideran los estados de sustitución de dichos átomos, con el mismo orden de prioridad que en (1). Así, para varios grupos unidos mediante el átomo de carbono al centro estereogénico:CH2Br>CH2Cl>CH 2OH>CH 2CH3>CH3.
CH2Br
CH3HOCH2
ClCH2
CH2Br
ClCH2 CH2OHCH3
CH2Br
CH2OHClCH2
OH
CH3BrH2CH2NCH2
H2NCH2 CH2BrCH3
2
H2NCH2 CH2Br
1
3
1
S
4
R
2
OH OH
3
2
13
3.- Los enlaces dobles o triples se duplican ó triplican según el caso. De esta forma, el grupo formilo tendra prioridad ante el grupo hidroxilo y el grupo fenilo sobre un grupo olefinico (doble enlace).
-CH(CH3)OH
-CH=CH2
-CH=NCH3
C
H
O C
O C
O
H
C
CH3
HO
H
C
CH=CH-
C
C C
C
CH2 C
C
H
C N C
N
N
N
C
C
C
N
N
N
CH3
C
>
>
>
4.- En presencia de isótopos, aquel con mayor masa atómica tiene prioridad, por ejemplo: 3H (T = tritio) > 2H (D = deuterio) > 1H (H = hidrogeno).
CH3
HDT
CH3
T DH
CH3
DT
1
R
2 3
1
2
3
1
2 3
4
4
10) -CH2 CH 11) -CH 2C6H5
12) -CH(CH3)2
13) -CH=CH2
14) -CH(CH3)CH2CH3
15) -C6H11-c16) -CH=CH-CH3
17) -C(CH3)3
18) -C CH19) -C6H5
20) -C6H2CH3-p
21) -C6H4NO2-p
22) -C6H4CH3-m
23) -C6H4NO2-m
24) -C C-CH3
25) -C6H4CH3-o
26) -C6H4Oo2-o
27) -C6H3(NO2)2
28) -CHO
29) -COCH3
30) -COC6H5
31) -CO2OH
32) -CO2CH3
33) -CO2CH2CH3
34) -CO2C6H5
35) -CO2C(CH3)3
36) -NH2
37) -NH3+
38) -NHCH3
39) -NHCH2CH3
40) -NHCOCH3
41) -NHCOC6H5
42) -N(CH3)2
43) -N+(CH3)3
44) -N=O
45) -NO2
46) -OH
47) -OCH3
48) -OCOCH3
49) -OSO2CH3
50) -F
51) -SH
52) -SCH3
53) -S(O)CH3
54) -SO2CH3
55) -CL
56) -Br
57) -I
2) -H3) -CH3
4) -CH2CH2CH3
5) --CH2CH2CH2CH3
6) -CH2CH2CH2(CH3 )2
1) Par electronico
7) -CH2CH(CH)38) -CH2CH=CH2
9) -CH2C(CH3)3
Orden ascendente de prioridad para algunos grupos
Conformaciones del etano
Conformación alternada
Conformación eclipsada
Análisis Conformacional del Etano
0.8
1.2
1.6
2
2.4
2.8
3.2
3.6
0 50 100 150 200 250 300 350
En
erg
ía (
Kca
l/mo
l)
Angulo Diedro
Eclipsada Gauche
Eclipsada Anti
Butano
2
2.5
3
3.5
4
4.5
5
5.5
6
6.5
7
0 50 100 150 200 250 300 350
Angulo Diedro
En
erg
ía /
Kca
l/m
ol)
Análisis Conformacional del Butano
Ciclohexano
Conformación Bote Conformación BoteTorcido
Conformación Silla
Análisis Conformacionaldel Ciclohexano