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- Dr. Carlos Rius Alonso
- Facultad de Química
- UNAM
- Noviembre 2007
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- La quiralidad es un fenómeno debido a la orientación espacial de las
moléculas.
- Sin embargo la detección de la quiralidad en la mayoría de las moléculas
orgánicas es fácil, debido a que el átomo de carbono se encuentra en
forma tetrahedral los grupos se acomodan en el espacio en el
bromocloroiodometano su arregrlo tetrahédrico hace que exista
quiralidad.
- Para moléculas orgánica simples, la presencia o no de quiralidad se
puede determinar buscando un átomo de carbono con hibridación sp3 y
que tenga los cuatro átomos o grupos de átomos unidos a el diferentes
- Para algunas moléculas como el hexaheliceno, mostrado mas adelante, el reconocer que lo
molécula es quiral es más dificil y se requiere de la estructura
tridimensional para observarla.
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La presencia de un carbono con 4 sustituyentes diferentes indica
que existe una molécula quiral. Este átomo de carbono es un
estereocentro ó centro esteregénico.
- Un centro estereogénico es un átomo unido a varios otros átomos que
tienen la propiedad de que si se intercambian dos de las uniones da
lugar a diferentes estereoisómeros
( no necesariamente enantiómeros).
- En el caso del carbono, tiene una geometría tetrahedral con
sus cuatro sustituyentes, significa que solo dos estereoisómeros se
pueden formar intercambiando un par de átomos.
- Si más de un centro estereogénico está presente no se puede asegurar que
la molécula es quiral sin examinarla como un todo.
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- Otra forma de estereoisomerismo ocurre en compuestos que tienen una
estructura tridimensional y los sustituyentes están acomodados de tal
forma que no podemos sobreponerlos a su imagen en el espejo. Los objetos
que presentan esta propiedad se conocen como compuestos quirales. La
naturaleza nos presenta con una gran variedad de este tipo de objetos
como nuestras manos (la derecha es la imagen en el espejo de la
izquierda , y no las podemos sobreponer)
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- A pesar de no tener un átomo quiral el hexaheliceno si lo es.
- En este caso la molécula tiene la forma de la cuerda de un tornillo, por
lo que su imagen en el espejo tendrá la cuerda en la dirección opuesta y
no se podrían sobreponer. Nuevamente tenemos el caso de dos moléculas
diferentes.
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- Mostramos dos moléculas quirales con sus imágenes en el espejo, cada
imagen se puede rotar libremente. Aunque rotemos las moléculas y
tratemos de sobreponerlas vamos a encontrar que no se puede.
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- En este caso hay que rotar los modelos de tal forma que los dos
halógenos coincidan en la misma posición, observe los otros dos
sustituyentes y verá que apuntan a direcciones diferentes por lo que las
moléculas no se pueden sobreponer. Para poder convertir un isómero en el
otro necesitamos cuando menos romper un par de uniones y volverlas a
formar en la nueva orientación, o sea se trata de dos compuestos
diferentes que no son inerconvertibles.
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- Los estereoisómeros son compuestos que tienen la misma fórmula molecular
y el mismo tipo de uniones pero difieren en la forma que estas están
distribuidas en el espacio.
- Los alquenos presentan estereoisómeros. Al ser planar la doble ligadura
y no tener rotación libre podemos tener sustituyentes diferentes en el
espacio . Estos estereoisómeros se identifican como E ó Z
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- Es posible tener varios centros
estereogénicos en una molécula. Para cada una de estos centros existen
dos arreglos espaciales para los cuatro grupos. De esta forma si hay dos
centros las posibilidades son 4 moléculas. Para tres centros el número
de posibilidades es de 8. Se
puede observar que el número de isómeros posibles para n centros
estereogénicos es 2n.
- Sin embargo cuando hay dos o más carbonos quirales, existe la
posibilidad de simetría en la molécula, como puede ser un plano de
simetría entre los centros. Como consecuencia, es posible tener una
molécula con varios centros estereogénicos pero que no sea quiral. Si
tenemos más de un carbono quiral en una molécula el número calculado de
estereoisómeros 2n, es el máximo posible, pero para algunas estructuras habrá
menos isómeros
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- Para determinar cuando un isómero particular es R o S se desarrollaron
las reglas de prioridad llamadas Cahn-Ingold-Prelog
- Rotar la molécula de tal forma que el grupo de la prioridad menor esté
apuntando directamente en dirección opuesta a donde estamos. Si vemos a
la molécula observaremos tres uniones y la cuarta ( la de menor
prioridad se encontrará hacia atrás
- Los otros tres grupos se ordenan de mayor a menor prioridad y se traza
una linea en la dirección que muestre de mayor a menor..
- Si la dirección es en el sentido de las manecillas del reloj se utiliza
R (Rectus).
- Si la dirección es en contra de las manecillas del reloj se utiliza S
(siniestro).
- El prefijo R o S se antepone al nombre del compuesto.
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- Los enantiómeros o imagen en el espejo de un compuesto quiral tienen las
mismas propiedades físicas. Son compuestos opticamente activos esto
desvían la luz polarizada en diferente dirección
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- El átomo de carbono 3 de este aleno es el que tiene hibridación sp. Los
átomos de carbono 2 y 4 tienen hibridación sp2, pero sus
planos son perpendiculares entre sí. Ninguno de los átomos de carbono va
unido a cuatro átomos diferentes, por lo que no hay átomos de carbono
asimétricos; sin embargo, el 2,3-pentadieno es quiral, según se puede
comprobar con los modelos y con la siguiente representación de los
enantiómeros.
- El átomo de carbono central de un aleno tiene hibridación sp y es
lineal, mientras que los átomos de carbono de los extremos tienen
hibridación sp2 y son trigonales. Los alenos son quirales
cuando cada uno de los átomos de carbono tienen al final dos
sustituyentes diferentes
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- La proyección de Fischer utiliza una cruz para representar un átomo de
carbono asimétrico. Las líneas horizontales se proyectan hacia el
observador y las líneas verticales se alejan del observador.
- Las proyecciones de Fisher tienen en cuenta la determinación de la
configuración absoluta sin tener que girar la molécula.
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- La reacción de un enantiómero puro de un compuesto con una mezcla
racémica de otro compuesto da lugar a una mezcla de diastereómeros. La
separación de los diastereómeros, seguida de hidrólisis, da lugar a los
enantiómeros resueltos
- El proceso de separar los enantiómeros se denomina resolución. La
separación de los enantiómeros de una mezcla racémica requiere un
compuesto activo ópticamente puro, como el tartrato, para poder
separarlos. La reacción entre una mezcla racémica y un ácido tartárico
(R),(R)-(+)- puro da lugar a dos diastereómeros que pueden separarse
fácilmente debido a su diferencia en las propiedades físicas. Una vez
que se hayan separado los diastereómeros, el ácido tartárico se puede
hidrolizar proporcionando enantiómeros puros.
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