01-esteroquimica

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Tem a 1 .-Est er eoq u ím ica d e las

r eaccion es or g án icas

Estereoquímica dinámica. Estereoselectividad y

estreoespecificidad. Inducción asimétrica. Criteriosde proestereoisomería. Proquiralidad. Grupos ycaras homotópicas y heterotópicas

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Isomería



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Biot : disoluciones de muchosproductos naturales puedencambiar el plano de la luz

polarizada (1815-1817) Pasteur reconoció en 1850

que esta actividad óptica esracausada por una distribuciónasimétrica de los átomos en lamolécula.

van ’ t Ho f f y Le Bel describenen 1874 como se disponen losátomos de una molécula en elespacio

Biot

Pasteur

Van’t Hoff

Padres de la Estereoquimica



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Indistinguibles en ambientes aquiales

teratogenicoAyuda a dormir,antiemeticoPepinillos, alcaravea

I NTERESAN TE I MPORTAN TE

hierbabuena

(R)-carvona (S)-carvona (R)-thalidomida (S)-thalidomida

Estereoquímica



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Estereoquímica Estática◦

Estudia la disposición tridimensional de los átomos delas moléculas

Estereoquímica dinámica◦ Descripción de las relaciones estéricas en las

moléculas y como cambian de un estado a otro.

Subdisciplinas de la Estereoquímica



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Estereoquímica estática



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8Asignación de la prioridad: Reglas de Cahn-Ingold-Prelog




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La est er eoq u ím ica d in ám ica se refiere al estudio de lasreacciones químicas donde participan estereoisómeros yasea porque se generan centros quirales desde moléculasreactantes aquirales, o porque participan moléculasópticamente activas rompiendo o no sus enlaces acarbonos quirales.

A menudo es necesario conocer pormenorizadamente laestructura espacial de una molécula reaccionante para

predecir o explicar mediante un mecanismo conocido elposible producto estereoisomérico o productosestereoisoméricos que se forman.

Otras veces, por el contrario de un conocimiento de laestructura estereoquímica del (de los) producto(s) puedeinferirse el verdadero curso mecanístico de la reacción yasí el estudio estereoquímico de la misma constituye una

evidencia o soporte experimental para formular elmecanismo mas probable de esa reacción.

Estereoquímica dinámica

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Estereoquímica dinámica

Dentro de la estereoquímica dinámica se estudian los procedimientospara resolver mezclas racémicas o sea la separación de un par deenantiómeros que resultan en una determinada reacción.

Una comprensión profunda de la Química Orgánica implica estudiarestereoquímicamente la reacción orgánica siempre que participenmoléculas quirales.

Por otro lado, la penetración cada vez mayor en la Biología Molecularo la Química de las reacciones biológicas donde casi todos losprocesos implican compuestos ópticamente activos, ha proporcionadoluces para mimetizar en el laboratorio algunas de estas reacciones.

Los químicos no se contentan ya con generar ciertas moléculasquirales como mezclas racémicas para luego resolverlas y obtener elestereoisómero de interés sino que su objetivo principal es diseñar

reacciones con catalizadores quirales que garanticen la mayorproducción de un estereoisómero dado.



Reacción est ereoespecíf i ca : es una reacción en la queproductos de partida estereoquímicamente distintos generanproductos estereoquímicamente distintos bajo las mismascondiciones.

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Clases de reacciones



Reacción est e roselect i va: reacción en la que de losdistintos isómeros posibles se obtiene preferentemente unoporque en su transcurso se da una elección por el camino demenor energía de activación (control cinético) o por el que

conduce al producto más estable (control termodinámico).

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Las reacciones de ad ic ión y el im in ac ión se clasifican comosy n o a n t i en función de que los enlaces covalentes que se

rompen o se forman esténen la misma cara o en carasopuesta del doble enlace en transformación




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Las reacciones de subs t i t uc ión en carbonos tetrahédricosse dice que transcurren con r e t e n c i ó n o i n v e r s i ó n d e l a c o n f i g u r a c i ó n o co n r a c em i za ci ó n en función si laconfiguración absoluta de reactivos y productos es igual,

inversa o se producen mezclas equimoleculares de los dosenantiómeros posibles


ó é



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Resolución de Racémicos

R l ió d R é i



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Resolución de racémicos por cromatografía con rellenos quirales

R l ió d R é i



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R l ió d R é i



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R l ió d R é i



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La reso luc ión c iné t i ca se base en el hecho que la velocidadde dos enantiómeros frente a un agente quiral es diferente. Enel caso más favorable uno de los enantiómeros reaccionacompletamente mientras que el otro no lo hace en absoluto

Inducción asimétrica



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la i n d u cci ó n a si m é t r i ca en una reacción química describe la

formación preferencial de un enantiómero o diastereisómero sobreel otro, como resultado de la influencia de una característica quiralpresente en el sustrato, reactivo, catalizador o ambiente. Lainducción asimétrica es un elemento clave en la síntesisasimétrica.Existen varios tipos de inducción. La inducción asimétrica interna hace uso de un centro quiral

unido al centro reactivo por medio de un enlace covalente. En la inducción asimétrica por t ransferencia la información

quiral es introducida en un paso separado, y eliminadonuevamente en una reacción química separada. auxiliaresquirales.

En la inducción asimétrica externa , la información quiral es

introducida en el estado de transición a través de un catalizadoro ligando quiral.





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La inducción asimétrica interna

El modelo de Cram da especial importancia a las interacciones de tipoestérico. Considera que la aproximación del nucleófilo al carbonilo seproduce por la cara menos impedida estéricamente en la conformación

que minimiza la repulsión entre el oxígeno del carbonilo y el sustituyentemás voluminoso del carbono





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Auxiliar quiral : Es una substancia enantioméricamente pura que se

une covalentemente al sustrato y después de la reacción se separadel producto. Al unirse el auxiliar y el sustrato, los gruposenantiotópicos se transforman en diastereotópicos, siendodiferenciables por reactivos convencionales aquirales





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la inducción asimétrica externa

DET = Tartrato de dietilo





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la inducción asimétrica externa


Topismo y proestereoisomería



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TOPISMO: PROESTEREOISOMERIA/PROQUIRALIDAD

En una misma molécula podemos encontrar más de un grupofuncional. Es posible establecer relaciones entre ellos que nos

permitan diferenciarlos a la hora de hacer una reacción.En función de ellos podemos distinguir entre:

Gr u p o s h o m o t ó p i c o s

Gr u p o s d i a st e r e o t ó p i co s

G r u p o s e n a n t i o t ó p i c o s





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Gr u p o s h o m o t ó p i co s son grupos homomórficos (idénticaconstitución) topológicamente equivalentes. Ha y Hb son gruposhomotópicos ya que al sustituirlos por un grupo diferente los por ungrupo diferente los productos resultantes son idénticos.

G r u p o s h e t e r o t ó p i c o s c o n s t i t u c i o n a l e s : Ha y Hc son gruposheterotópicos constitucionales ya que al sustituirlos por un átomodiferente los productos que resultan son isómeros constitucionales ode posición





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Gr u p o s e n a n t i o t ó p i co s son grupos homomórficos (idéntica

constitución) topológicamente no equivalentes. Hc y Hd son gruposenantiotópicos ya que al sustituirlos por un átomo diferente losproductos que resultan son enantiómeros. El carbono unido a Hc yHd no es quiral ya que tiene dos sustituyentes iguales, pero se

convierte en quiral (estereogénico) si Hc o Hd se hacen diferentes.Se dice que este carbono sería proestereogénico y también proquiralya que se generaría quiralidad en la molécula al producirse elcambio.





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Gr u p o s d i ast e r e o t ó p i co s son grupos homomórficos (idéntica

constitución) topológicamente no equivalentes. Son grupos sobreenlaces múltiples, sistemas cíclicos o en moléculas en las que yaexiste un elemento estereogénico (centro, eje, plano).En esta molécula Ha y Hb son diastereotópicos porque al

sustituirlos por un átomo diferente los productos resultantes sondiastereisómeros.





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G r u p o s d i a s t e r e o t ó p i c o s Otros ejemplos:En esta molécula Ha y Hb son diastereotópicos ya que al sustituirlos por un

átomo diferente los productos resultantes son diastereisómeros (isomeríacis-trans )

En esta molécula Ha y Hb son diastereotópicos ya que al sustituirlos por un

átomo diferente los productos resultantes son diasteroisómeros (isomeríageométrica cis-trans o Z-E ). El carbono unido a Ha y Hb esproes te reogén ico , pero en este caso no es p roqu i ra l ya que al modificarHa o Hb no se genera isomería óptica.

Diaesteroisómeros

Diaesteroisómeros





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TOPI SM O EN EJES Y PL AN OS: Los conceptos de topismo y

proestereosiomería anteriores pueden extenderse a ejes y planos.

EJE PROQUI RAL : La molécula siguiente (aleno) es aquiral, pero sihacemos Ha o Hb diferentes la molécula resultante es quiral por la

presencia de un eje quiral. Decimos que la molécula inicial tiene uneje proquiral y que Ha y Hb son enantiotópicos.Situaciones similares se dan en otros compuestos (binaftilos, etc.)





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PLAN O PROQUI RAL: La molécula siguiente (paraciclofano) esaquiral, pero si hacemos Ha o Hb diferentes la molécula resultantees quiral per la presencia de un plano quiral.Decimos que la molécula inicial tiene un plano proquiral y que Ha yHb son enantiotópicos.Situaciones similares se dan en otros compuestos (anulenos etc.)

p y p




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p y pCARBON O PROQUI RAL: Tiene dos grupos iguales. No es quiral, pero seconvierte en quiral si estos grupos se hacen diferentes (el concepto se

extiende a ejes y planos proquirales)GRUPOS PROQUI RALES: Grupos iguales, unidos a un carbono aquiral,pero que se convierte en quiral si los dos grupos se hacen diferentes (elconcepto se extiende a grupos iguales en ejes y planos proquirales).D e s c r i p t o r p r o - R y P r o - S . Se utiliza para designar a cada uno de los dosgrupos proquirales. Para asignar un descriptor se aplican con normalidad lasreglas de CIP y arbitrariamente se asigna mayor prioridad al grupo proquiralque estamos considerando respecto a su igual.

ATENCIÓN: La sustitución de un grupo pro-R no significa necesariamenteque se forme un carbono R , eso depende de si el nuevo grupo mantiene lamisma prioridad que el grupo inicial al aplicar las reglas de CIP.

Ha es pro-S

Hb es pro-R Ha es pro-RaHb es pro-Sa

Ha es pro-Sp

Hb es pro-Rp




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p y p

D e s cr i p t o r p r o - Z y Pr o - E. Se utiliza para referirse a los dos grupos

proestereogénicos situados sobre un carbono trigonal sp2. Para asignar eldescriptor se aplican las reglas de CIP y arbitrariamente se asigna mayorprioridad al grupo que estamos considerando respecto a su igual.




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p y p

Las reacciones de adición a dobles enlaces (carbono trigonal sp2) generan un

carbono tetraédrico sp3 El nuevo carbono sp3 puede ser un centroestereogénico, la configuración del cual depende de la cara por la que se haacercado el nucleófilo. En estos casos hablamos de p r o q u i r a l id a d f a ci a l.




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D es cr i p t o r r e - si : Se aplica para

denominar cada una de las caras deldoble enlace en moléculas conproquiralidad facial. Se aplican lasreglas de CIP sobre cadasustituyente del carbono trigonal

(sp2) y se observa el sentido delgiro.

En el caso de dobles enlaces C-C la notación se aplica de maneraindependiente para cada carbono proquiral

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