Estereoquímica

ELECTIVO QUIMICA III°MEDIO

2016

La estereoquímica es el estudio de los compuestos orgánicos en el espacio. Para comprender las propiedades de los compuestos orgánicos es necesario considerar las tres dimensiones espaciales.

Las bases de la estereoquímica fueron puestas por Jacobus van’t Hoff y Le Bel, en el año 1874.

La disposición tetraédrica de los sustituyentes de un carbono sp3 da lugar a la existencia de dos posibles compuestos, que son imágenes especulares no superponibles, llamados enantiómeros

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 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

CH3 CH CH2 CH2 CH2 CH3

OH

CH3 CH2 CH CH2 CH2 CH3

OH

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 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

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 discontínuacon línea gruesa y discontínua

3).-Los enlaces que se encuentran en el plano, es decir sobre el papel, se representan con

líneas continuas de grosor normal.

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 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 conformaciòneclipsada 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.

Construir las proyecciones de Fischer de los siguientes compuestos

Isómeros Geométricos: Esta isomería tienen origen en la rigidez de una molécula. Se presenta solo en dos clase de compuestos :

Alquenos Compuestos cíclicos

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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.

Cl Cl

HH

del mismo lado

No se intercoviertenson diferentes Cl H

ClH

de lados opuestos

CisTrans

Cis-1,2-dicloroetenoP.eb= 60ºC

Trans-1,2-dicloroetenoP.eb= 48ºC

Son compuestos diferentes, tienen propiedades físicas diferentes, son

estereoisómeros

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Disposición espacial de isómeros geométricos

Mayor efecto estérico

Menor interacción de los sustituyentes

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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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SISTEMASISTEMA (E)(E) y y (Z)(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,Ingoldy Prelog

Si los átomos de mayor prioridad están en lados opuestos en el enlace π, el isómero es ( E). del alemán entgegen que significa opuestosel 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

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