TEMA PARA LA MATERIA DE QUÍMICA ORGÁNICA...t/t

1. ESTEREOQUÍMICA
PROFESOR: QBA MIGUEL ÁNGEL CASTRO RAMÍREZ

2. Importancia de la enantioselectividad en los medicamentos
"Durante su embarazo, a mi madre le recetaron talidomida contra los mareos
matutinos. Mi madre tomó talidomida dos veces, dos cucharaditas de té en total. La
talidomida fue la causa de mis discapacidades congénitas, por las que he
necesitado 32 operaciones en toda mi vida y he pasado unos ocho años en el
hospital antes de cumplir los 16, en una ciudad distinta a la que vivían mis padres".

4. CATÁLISIS QUIRAL

5. Produción industrial del aminoácido L-Dopa (útil en el
tratamiento del Parkinson) usando catalizadores quirales
(Knowles)

6. Síntesis industrial del ároma mentol con ayuda del catalizador quiral
BINAP (Noyori, 1980)
Ejemplo de una reducción estereoselectiva de una cetona que deja
intacto el grupo éster

7. 1.- CONCEPTO Y TIPOS DE ISOMERÍA
Se denominan isómeros a los compuestos que tienen la
misma fórmula molecular pero diferente estructura química
1-propanol 2-propanol etil metil éter (C3H8O)
Isómeros
constitucionales
o estructurales
Dependiendo de la naturaleza de la diferencia entre las
estructuras es posible clasificar los isómeros en varios subtipos
Isómeros constitucionales o estructurales Estereoisómeros
Se distinguen en el orden en el que los Tienen los mismos grupos funcionales y
átomos están conectados entre sí. Pueden conectividad, diferenciándose en la
contener distintos grupos funcionales o organización espacial de átomos y
estructuras enlaces

8. ISÓMEROS ESTRUCTURALES
Butano Metilpropano
DE CADENA
Propan-1-ol Propan-2-ol
DE POSICIÓN
Propan-1-ol Metoxietano
DE FUNCIÓN

9. ESTEREOISÓMEROS
ESTEREOISÓMEROS CONFORMACIONALES
Producidos por la rotación en torno a un enlace simple C-C.
Interconvertibles a
temperatura
ambiente
ESTEREOISÓMEROS CONFIGURACIONALES
Estereoisómeros no convertibles entre sí a temperatura ambiente
Isómeros geométricos, producidos Isómeros ópticos, producidos
por la presencia de un doble normalmente por la presencia de un
enlace en la molécula centro quiral (carbono asimétrico)

10. Dos estereoisómeros configuracionales pueden ser entre sí
enantiómeros o diastereómeros
Los enantiómeros son estereoisómeros configuracionales que son
imágenes especulares no superponibles entre sí
Los diastereómeros son estereoisómeros configuracionales que NO
son imágenes especulares entre sí

11. ¿Tienen los compuestos la misma fórmula molecular?
NO
No Isómeros
SI
Isómeros
¿Tienen los compuestos la misma conectividad?
NO SI
Estereoisómeros
¿Son interconvertibles por rotación en torno a enlaces simples C-C?
NO
SI
Configuracional
¿Es producida por un doble enlace?
SI NO
Óptica
¿Son los compuestos imágenes especulares no superponibles?
NO
SI

12. UNA VISIÓN GLOBAL DEL PROBLEMA
Isomería
Isomería estructural o constitucional Estereoisomería
Difieren en la conectividad
Difieren en la orientación espacial
de posición de cadena Configuracional Conformacional
de función
el grupo funcional es el mismo Mismo grupo funcional pero No se pueden Pueden interconvertirse
Tienen grupos
pero están en otra posición la forma de la cadena varía interconvertir mediante por giro sobre enlace sencillo
funcionales distintos
un giro
Óptica Geométrica
Isómeros cis y trans
Enantiómeros Diastereoisómeros
Son imágenes especulares No guardan relación de
no superponibles imagen especular

13. OTRA VISIÓN GLOBAL DEL
PROBLEMA
ESTRUCTURALES
ISÓMEROS
CONFORMACIONALES
ESTEREOISÓMEROS
CONFIGURACIONALES
Diastereómeros Enantiómeros

14. 2.- ESTEREOISOMERÍA
Estereoisómeros son sustancias cuyas moléculas tienen el
mismo número y tipo de átomos colocados en el mismo
orden, diferenciándose únicamente en la disposición espacial
que ocupan.
Según la relación que guardan entre sí los estereoisómeros:
No son
imágenes
especulares
Imágenes
especulares no
superponibles

15. Según el origen o causa de la estereoisomería:
Isomería geométrica Isomería óptica
Estereoisomería producida por Estereoisomería producida por
la diferente colocación la diferente colocación
espacial de los grupos en espacial de los grupos en
torno a un doble enlace torno a un estereocentro,
habitualmente un carbono
quiral

16. 3.- ISOMERÍA GEOMÉTRICA
¿Son isómeros geométricos estas dos formas de 1,2 dicloroetano?
Estas dos formas no son isómeros geométricos ya que la
libre rotación del enlace simple convierte una forma en otra
(son confórmeros)

17. ¿Son isómeros geométricos estas dos formas de 1,2 dicloroeteno?
Estas dos formas sí son isómeros geométricos ya
que el doble enlace no permite la libre rotación.
Son las formas trans y cis del 1,2-dicloroeteno

18. Para que exista isomería geométrica se deben cumplir dos condiciones:
1.- Rotación impedida (por ejemplo con un doble enlace)
2.- Dos grupos diferentes unidos a un lado y otro del enlace

19. La isomería cis/trans se puede dar también en sistemas cíclicos
donde la rotación en torno al enlace simple está impedida
Los isómeros geométricos son diasteroisoméros
porque entre ellos no son imágenes especulares

20. Nomenclatura de los isómeros geométricos
La asignación de prioridad de los grupos se basa en las reglas de Cahn-Ingold y
Prelog que establecen un orden de prioridad según el número atómico

21. La isomería geométrica tiene efecto sobre las propiedades físicas
1,2-dicloroeteno
Isómero Punto Fusión (°C) Punto Ebullición (°C)
cis -80 60
trans -50 48
2- buteno
Isómero Punto de Fusión (°C) Punto Ebullición (°C)
cis -139 4
trans -106 1
El isómero cis tiene un punto de ebullición más alto que el isómero trans
El isómero cis tiene un punto de fusión más bajo que el isómero trans

22. ¿Por qué el isómero cis tiene mayor punto de ebullición?
cis-1,2-dicloroeteno cis-2-buteno
El átomo de Cloro tira de los electrones de Los grupos metilo empujan electrones
enlace polarizando la unión C-Cl hacia el carbono del doble enlace,
polarizando el encale C-C
El isómero cis es más polar
¿Por qué el isómero cis tiene menor punto de fusión?
La forma en U del isómero cis dificulta el empaquetamiento en estado sólido. Las débiles
fuerzas intermoleculares que se establecen en este caso explican que funda a menores
temperaturas que el isómero trans, cuya forma permite un empaquetamiento más eficaz.
El isómero cis es menos simétrico

23. 4.- ISOMERÍA ÓPTICA
La mayoría de sustancias no desvían el plano de polarización de la luz,
no son ópticamente activas, pero los isómeros ópticos sí lo son
En la pareja de enantiómeros, ambos desvían el plano
de polarización el mismo número de grados, pero en
sentidos contrarios (Pasteur, 1848)

24. El tartrato de sodio y amonio, ópticamente
inactivo, existía como una mezcla de dos
clases diferentes de cristales que eran
imágenes especulares entre sí. Pasteur
separó la mezcla cuidadosamente en dos
montones uno de cristales derechos y el
ÁCIDO L (+) tartárico ÁCIDO D (-) tartárico otro de izquierdos.
La mezcla original era ópticamente inactiva;
sin embargo, cada grupo de cristales por
separado era ópticamente activo. En todas
las demás propiedades, ambas sustancias
eran idénticas
ÁCIDO MESO tartárico

25. Una sustancia ópticamente activa es la que desvía el plano de la luz polarizada
l longitud celda
c concentración muestra
El polarímetro mide la rotación específica de la muestra D longitud onda luz sodio
Giro en el sentido de las agujas del reloj Giro en sentido contrario de las agujas del reloj
Sustancia dextrógira: Sustancia levógira:
Ácido (+) Láctico (-)2-metil-1-butanol
Extraído del tejido muscular

26. ¿Por qué los isómeros ópticos desvían el plano de polarización de la luz?
Las moléculas de los isómeros
ópticos son quirales, existen en dos
formas, imágenes especulares, que
no son superponibles
Esta falta de simetría en las moléculas puede
estar producida por varías causas, la más
frecuente es que en ellas exista un
estereocentro, en general un carbono unido a
cuatro sustituyentes diferentes (carbono
quiral).
Ojo: Existen moléculas quirales que no tienen estereocentro: Alenos, Bifenilos, .. y
moléculas con estereocentros que no son quirales

27. Acción de las moleculas aquirales y quirales ante la luz polarizada

28. Quiralidad: Es una propiedad según la cual un objeto (no necesariamente una
molécula) no es superponible con su imagen especular. Cuando un objeto es
quiral se dice que él y su imagen especular son enantiómeros
Presentan plano de simetría

29. Ejercicio: ¿Cuál de estas moléculas es quiral?

30. Moléculas No Quirales Moléculas Quirales
Superponibles Imágenes especulares
No Superponibles
Cuando una molécula es
superponible con su Dos enantiómeros
imagen especular se dice desvían el plano de la
que no luz polarizada en la
es ópticamente activa y, misma magnitud
por tanto, es incapaz de pero en sentidos
desviar el plano de la luz opuestos.
polarizada.

31. Las moléculas que contienen un estereocentro son siempre quirales
Ojo: Existen moléculas sin estereocentro que son quirales y moléculas con más de un
estereocentro que no son quirales
Los enantiómeros tienen las mismas
propiedades químicas y físicas, a
excepción de su respuesta ante la luz
polarizada (actividad óptica). Por ello
se les denomina isómeros ópticos.
Las moléculas aquirales son ópticamente inactivas.
La mezcla 1:1 de los enantiómeros (+) y (-) de una molécula
quiral se denomina mezcla racémica o racemato y no desvía la
luz polarizada

32. 2-butanol
Ácido 2-hidroxipropanoico
(ácido láctico)
Ácido 2-aminopropanoico
(alanina)

34. Moléculas quirales sin estereocentro
Alenos
No hay plano de
simetría. La
Bifenilos molécula y su
imagen especular
no son
superponibles
Binaftilos

35. 5.- Configuración del estereocentro: R/S
Cahn, Ingold y Prelog establecieron el sistema de nomenclatura R/S para
nombrar la configuración absoluta de un estereocentro.
Se deja el grupo de prioridad menor (d) hacia atrás y se
observa el sentido de giro para ir desde el grupo de más
prioridad (a) hacia el de menor (c) de los tres que
quedan. Si el sentido es el de las agujas del reloj, la
configuración es R (rectus). Al contrario es S (sinister).

36. Reglas de prelación
El número atómico de los átomos
directamente unidos al estereocentro
determina su orden de prioridad.
El átomo de mayor numero atómico tiene la
mayor prioridad. Si uno de ellos es un
hidrógeno, éste será el de prioridad menor.
Si hay dos átomos iguales unidos al
estereocentro, se observa en la posición
siguiente qué atomo tiene el número atómico
mayor. En caso de nueva coincidencia se sigue
a la siguiente posición, y así sucesivamente.
Si alguno de los átomos unidos al
estereocentro participa en un enlace doble o
triple, se supone que aquél está unido por
enlaces sencillos a un numero respectivamente
doble o triple de átomos.

39. 6.- PROYECCIÓN DE FISCHER
En las proyecciones de Fischer cada carbono
tetraédrico se representa como una cruz en la
que, las líneas horizontales se dirigen hacia
afuera del papel y las verticales hacia adentro.

40. orientar
Construir proyección
Fischer
Determinar
Asignar prioridad configuración

41. Si el último grupo en prioridad está en la horizontal y la unión 1→ 2→ 3 va en
sentido R la configuración del estereocentro es opuesta, o sea, S
Si el último grupo en prioridad está en la horizontal y la unión 1→ 2→ 3 va en
sentido S la configuración del estereocentro es opuesta, o sea, R.

42. La rotación de una proyección de Fischer afecta a la configuración del estereocentro representado:
El giro de 90º invierte la configuración
un giro de 90°
equivale a un
número impar de
intercambios (un
total de tres
interconversiones)
El giro de 180º conserva la configuración
Este giro de
180° en el plano
en una
proyección de
Fischer equivale
a un
número par de
intercambios de
grupos,

43. 7.- Moléculas con más de un centro quiral
Una molécula con n estereocentros tiene un máximo de 2n estereoisómeros.

44. Ejercicio: Determinar el número de estereoisómeros de las aldohexosas,
hidratos de carbono o azúcares de seis átomos de carbono, de fórmula
general C6H12O6:
HOCH2-CHOH-CHOH-CHOH-CHOH-CHO
Construir los diagramas de Fischer y establecer las relaciones de
enantiomería y disatereoisomería correspondientes

45. D-(+)-Alosa D-(+)-Altrosa D-(+)-Glucosa D-(+)-Manosa
RRRR SRRR RSRR SSRR
p.f. 148º p.f. 103º p.f. 154º
p.f. 136º
D-(+)-Galactosa D-(+)-Talosa
D-(-)-Gulosa D-(-)-Idosa
RSSR SSSR
RRSR
SRSR p.f. 169º p.f. 134º
A estos 8 diastereoisómeros naturales hay que añadir los 8 enantioméros correspondientes (sintetizados en el laboratorio)

46. 8.- LA FORMA MESO
¿Por qué en el caso del ácido tartárico (ácido 2,3-dihidroxibutanodioico),
con dos estereocentros, sólo se producen tres estereoisómeros?
(+)-tartaric acid: [α]D = +12º m.p. 170 ºC
(–)-tartaric acid: [α]D = –12º m.p. 170 ºC
meso-tartaric acid: [α]D = 0º m.p. 140 ºC

48. Una forma meso es un compuesto que contiene dos o más estereocentros y es
superponible con su imagen especular.
Los compuesto meso contienen un plano de simetría que divide la molécula en dos, de tal
forma que una mitad es la imagen especular de la otra

50. 9.- REACTIVIDAD Y ESTEREOQUÍMICA
CASO 1.- Si partimos de una sustancia aquiral y en el medio
de reacción no hay sustancias quirales, aunque se forme un
estereocentro, el producto no será ópticamente activo (dará
lugar a una mezcla racémica).
Ejemplo: halogenación
de alcanos
El carbono secundario que sufre la reacción no es quiral, pero se le denomina proquiral
porque al reaccionar da lugar a un centro quiral o estereogénico

51. Síntesis de 2-butanol por hidrogenación catalizada con níquel de 2-butanona
Ni
CH3CH2CCH3 + H H (+)- CH3CH2*
CHCH3
O OH

52. Adición de HBr a 1-buteno para producir 2-bromobutano
Br H
Br
Top CH3CH2 CH3
H H H H (S)-2-Bromobutane
Br + (50%)
C C H3CH2C
CH3CH2 H CH3
Bottom H Br
1-butene
Carbocation
intermediate CH3CH2 CH3
Br
(achiral) (R)-2-Bromobutane
(50%)

53. CASO 2.- Cuando ya existe un estereocentro en la molécula de
partida y se crea otro en la reacción, se obtienen una pareja de
diastereómeros generalmente en distinta proporción, porque los ET
que conducen a ellos no tienen porqué poseer la misma energía.
Cloración en posición 3 del (S)-2-bromobutano ópticamente puro
Los estados de
transición no tienen la
misma energía
Obtenemos pareja de
diastereómeros en
distinta proporción

54. Cloración en posición 3 del (R)-2-bromobutano ópticamente puro
Los estados de
transición no tienen la
misma energía
Obtenemos pareja de
diastereómeros en
distinta proporción
Inducción asimétrica: La presencia de un centro quiral afecta en la formación de
un nuevo centro.Una reacción que conduce a la formación predominante de uno
de los varios productos estereoisoméricos posibles es estereoselectiva.

55. Cloración en posición 3 del 2-bromobutano racémico, es decir, de
una mezcla 1:1 de (S)- y (R)-2-bromobutano
Se sigue obteniendo una
mezcla de diastereómeros,
de los que uno predomina,
pero ahora son racémicos,
porque partimos de un
compuesto que así lo era.
Cuando ninguno de los productos de partida es enantioméricamente
puro y en la reacción se producen estereocentros, el resultado de la
misma es siempre un racémico

56. Reactivo(s) Producto(s)
Simétrico no proquiral Simétrico
(opticamente inactivo) (opticamente inactivo)
Quiral racémico
Simétrico proquiral
(opticamente inactivo)
(opticamente inactivo)
Quiral racémico
(opticamente inactivo)
Mezcla de diastereómeros racémicos
(opticamente inactivo)
Mezcla de diastereómeros
enantioméricamente puros
(opticamente activo)
Quiral enantioméricamente puro (opticamente activo)

57. 10.- RESOLUCIÓN DE RACEMATOS
La separación de enantiómeros de mezclas racémicas se denomina
resolución. Hay diferentes procedimientos para la resoluciónde mezclas
racémicas pero los más utilizados son la resolución química y la resolución
cromatográfica.
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.

58. La resolución de una mezcla racémica puede llevarse a
cabo aprovechando las diferencias en las propiedades
físicas y/o químicas de los diastereoisómeros.
Una tuerca de una helicidad determinada sólo casará bien con los tornillos de su misma helicidad.

59. 1º.- Formación diastereómeros

60. 2º.- Separación diastereómeros
3º.- Eliminación del agente de resolución

61. Método de resolucíón química: Resumen