quimica organica }

1. UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO
FACULTAD DE INGENIERIA QUIMICA
DEPARTAMENTO DE INGENIERIA QUIMICA
QUIMICA ORGANICA
ISOMERIA
Dr. ABEL INGA DIAZ

2. ESTEREOQUIMICA
Los isómeros son compuestos diferentes
que tienen la misma formula molecular.
ISOMERÍA: ISOMEROS ESTRUCTURALES Y
ESTEREOISOMEROS
La estereoquímica es el estudio de las moléculas en
tres dimensiones.

3. I. ISOMEROS ESTRUCTURALES
Los isómeros estructurales son isómeros que
difieren porque sus átomos se encuentran unidos en
un orden distinto.
En ocasiones los isómeros estructurales se clasifican
en subcategorías.

4. 1. ISOMEROS DE CADENA

5. 2. ISOMEROS DE POSICIÓN

6. 3. ISÓMEROS DE GRUPO FUNCIONAL

7. II. ESTEREOISOMEROS
• Los estéreoisómeros no son isómeros estructurales ya que
tienen sus átomos constituyentes fijos en el mismo orden.
• Los estéreoisómeros solo se diferencian por el orden de sus
átomos en el espacio.
• Los isómeros cis y trans de los alquenos son estereoisometrías;
esto se puede comprobar al ver los cis- y trans- 2- butenos
siguientes:

8. Los estereoisomeros se pueden subdividir en dos categorías
generales: enantiomeros y diastereomeros.
II.1 ENANTIOMEROS:
Son estereoisomeros cuyas moléculas son
imágenes especulares una de la otra.
II.2 DIASTEREOMEROS:
Son estereoisomeros cuyas moléculas son
reflexiones especulares mutuas.

9. ENANTIOMEROS Y MOLECULAS QUIRALES
• Los enantiómeros son imágenes
especulares no superponibles.
• se caracterizan por poseer un átomo
unido a cuatro grupos distintos
llamado asimétrico o quiral.
• Los enantiómeros solo se observan
entre compuestos cuyas moléculas son
quirales.
• Una molécula quiral se define como
aquella que no puede ser superpuesta
en su imagen especular.
• La palabra quiral se deriva del termino
latino cheiros, que significa mano.

10. Es decir, se considera que los objetos quirales (entre los que están
las moléculas) tiene el sentido izquierda–derecha.
El termino quiral se emplea para describir las moléculas de los
enantiomeros debido a que se relacionan entre si de igual manera
que la mano izquierda se relaciona con la mano derecha.
Si se observa su mano izquierda en un espejo, la imagen reflejada
es una mano derecha. Por otra parte no es posible superponer las
manos derecha e izquierda.
Este hecho se puede comprobar cuando alguien trata de ponerse
en la mano derecha un guante izquierdo o viceversa.
Mucho de los objetos de la vida diaria son quirales, lo que se hace
evidente cuando, al referirse a ellos, uno especifica si son
izquierdos o derechos

12. Así por ejemplo, se habla de tornillos y tuercas de rosca
izquierda o derecha o de que una hélice tiene aspas izquierdas o
derechas.
Los objetos ( moléculas) que si pueden superponerse en su
imagen especular son aquirales; casi todos los calcetines son
aquirales, mientras que los guantes son quirales.

13. Clasifique los siguientes objetos dividiéndolos en
quirales y aquirales.
a) Tornillo
b) Cuchara
c) Tenedor
d) Taza
e) Pie
f) Oreja
g) Zapato
h) Escalera de caracol.

15. La quiralidad de las moléculas se puede comprobar
mediante compuestos relativamente simples:
considérese por ejemplo, 2-butanol.
Hasta ahora la formula anterior se había escrito como si
solo representase un compuesto esto se debe a que no
se había mencionado que las moléculas del 2-butanol
son quirales.

16. En vista de lo anterior, existen en realidad dos
butanoles diferentes que son enantiomeros.
I
II
Como si el modelo I se sostiene a un espejo la imagen reflejada
corresponde al modelo II y viceversa.
Como los modelos I y II no pueden superponerse, las moléculas que
representan son enantiomeros.

17. Ejemplo:
H

CH3 – C – CH2 - CH3
OH
III CARBONO QUIRAL
Es un átomo de un elemento que presenta cuatro grupos
diferentes unidos a el.

18. Los cuatro grupos diferentes que existen en el
2–butanol son un grupo hidroxilo, un grupo metilo, un grupo
etilo y un átomo de hidrogeno.
Por convención los carbonos quirales suelen indicarse
mediante un asterisco.
Si dos o mas de los grupos que se encuentran fijos en un
átomo tetraédrico son iguales, la molécula puede ser
superpuesta en su imagen especular por consiguiente es
aquiral.
Ejemplo de este tipo de moléculas es el 2-propanol, ya que en
este hay dos grupos metilo idénticos en el carbono central.

19. Algunas de las moléculas que se mencionan enseguida
poseen carbonos quirales y otras no.
Escriba las formulas tridimensionales de los
enantiomeros cuyas moléculas posean carbonos
quirales.
a. 1-cloropropano
b. bromocloroyodometano
c. 1-Cloro-2-metilpropano
d. 2-cloro-2-metilpropano
e. 2-bromobutano
f. 1-Cloropentano.
g. 2-cloropentano
h. 3-cloropentano.

21. El 2-propanol y su imagen especular, cuando uno de ellos
es girado, las dos estructuras son superpuestas y en
consecuencia no representan enantiomeros. En realidad
se tratan de dos moléculas del mismo compuesto.
I II

22. III.1 ELEMENTOS DE SIMETRÍA: PLANOS DE
SIMETRÍA.
Una molécula será aquiral .
1.- Si posee un plano de simetría.
2.- Un centro de simetría
Un plano de simetría se define como un plano
imaginario que disecta una molécula de manera
que las dos mitades son imágenes especulares
mutuas.

23. PRUEBAS DE QUIRALIDAD: PLANOS DE SIMETRÍA

24. El cis-1,2-diclorociclopentano tiene un plano de simetría
especular.
Un plano de simetría divide la molécula en dos imágenes
especulares internas Cualquier compuesto con un
plano de simetría especular interno no puede ser
quiral.

25. El trans-1,2-diclorociclopentano no tiene plano de
simetría especular.
Por lo que estos dos compuestos son quirales

26. Cada compuesto debe tener un nombre propio, la IUPAC
asigna los nombres respectivos de los compuestos.
Como ejemplo el 2- butanol, es un enantiomero y debe
ser designado de forma correcta.
IV. NOMENCLATURA DE LOS ENANTIOMEROS:
SISTEMA R y S (Nomenclatura absoluta)
Tres químicos, los profesores R. S Cahn ( Inglaterra), C. K.
Ingold ( Inglaterra) y V. Prelog ( Suiza) , diseñaron un sistema
de nomenclatura que al sumarse al sistema IUPAC, resuelve
ambos problemas.
Este sistema, es denominado R-S o sistema Cahn-Ingold-
Prelog.
De acuerdo con ese sistema, uno de los enantiomeros del 2-
butanol seria designando R-2-butanol, mientras que el otro
recibiría el nombre de S-2-butanol.

27. Las abreviaturas R y S provienen de las palabras latinas
rectus, que significa derecha y sinister, izquierda.
Las designaciones R y S se basan en lo siguiente:
1. Cada grupo fijo al carbono quiral recibe una preferencia o
prioridad a, b, c o d. La preferencia se rige en primer lugar
por el numero atómico del átomo que esta directamente fijo
al carbono quiral.
2. El grupo con el menor numero atómico recibe la menor
preferencia d; el grupo con el menor numero atómico en
orden ascendente recibe el siguiente grado de preferencia,
c y así sucesivamente.

28. La aplicación de esta regla se puede ejemplificar con el
enantiomero I del 2-butanol, que se presenta a continuación.
El oxigeno tiene el numero atómico mas elevado de los
cuatro átomos fijos al carbono quiral, por lo que se le asigno
la preferencia mas alta a.
El hidrógeno tiene el numero atómico mas bajo, por lo que se
asigno la preferencia d.
Los grupos metilo y etilo no pueden recibir ningún grado de
preferencia, ya que el átomo fijo al carbono quiral es un
átomo de carbono en ambos grupos

29. 3. Cuando no se puede asignar una preferencia con base en el
numero atómico de los átomos fijos directamente al carbono
quiral, entonces se examinan las siguientes series de
átomos en los grupos no asignados, este proceso continua
hasta que puede tomarse una decisión. Se asigna una
preferencia en el primer punto de diferencia.
Cuando se examina el grupo metilo del enantiomero I, se
observa que la siguiente serie de átomos consta de tres
hidrógenos (H,H,H).
En el grupo etilo la siguiente serie de átomos consta de un
carbono y dos hidrógenos (C,H,H) . Como El carbono tiene un
numero atómico mayor que el hidrógeno, se asigna al grupo
etilo la siguiente preferencia b, mientras que el grupo metilo
recibe la preferencia c.

30. a
b
c
d
C,H,H,H
C,H,H,C

31. CH3 ©
(d) H (a) OH
CH3CH2
(b)
4. Ahora se hace girar la formula ( o modelo) de manera que el grupo
con la menor preferencia d, se encuentre lo mas lejos posible respecto
al observador.
Luego se traza una ruta por a, luego por b y por ultimo c. Si al hacerlo
la dirección en que gira el dedo o lápiz, es la misma que siguen las
manecillas del reloj, el enantiomero se designa R. Si la dirección es
opuesta a la de las manecillas, el enantiomero se designa S.

32. 5. Los grupos que contienen enlaces dobles o triples reciben
preferencias como si ambos átomos se hubiesen duplicado o
triplicado, es decir.

34. Las representaciones de Fischer son representaciones
codificadas del diagrama de cuñas, son muy útiles para
ilustrar estructuras que contienen más de un estereocentro.
Todas las uniones en las estructuras son líneas simples pero
se sigue una codificación.
Las líneas horizontales son uniones que se proyectan hacia
afuera del plano del papel y las líneas verticales son uniones
que se proyectan hacia atrás del plano del papel.
Cuando más de un centro estereogénico se muestra
normalmente están conectados por líneas verticales y estas
líneas verticales se consideran que se encuentran sobre el
mismo plano del papel.
PROYECCIONES DE FISCHER

38. Es muy fácil observar las diferencias que hay entre los
enantiomeros fijándose en su comportamiento ante la luz
polarizada en un plano.
V. PROPIEDADES DE LOS ENANTIOMEROS:
ACTIVIDAD ÓPTICA
La luz polarizada tiene propiedades quirales.
Cuando un rayo de luz polarizada pasa a través de un
enantiomero el plano de polarización gira.
Por otra parte los enantiomeros separados hacen girar el
mismo numero de grados el plano de la luz polarizada, pero en
direcciones opuestas
Debido a su efecto sobre la luz polarizada, se dice que los
enantiomeros separados son compuestos ópticamente activos.

39. La luz es un fenómeno electromagnético. Un rayo lumínico
esta formado por dos campos en oscilación mutuamente
perpendiculares: un campo eléctrico en oscilación y un
campo magnético en oscilación.
V.1. LUZ POLARIZADA
Los planos en los que ocurren las oscilaciones eléctrica y
magnética también son perpendiculares a la dirección de
propagación del haz de luz.
Si se pudiese ver un haz de luz ordinaria desde uno de sus
extremos y en este se apreciaran los planos de oscilación
eléctrica, se podrían observar que hay planos de oscilación
del campo eléctrico en todos los planos posibles
perpendiculares a la dirección de propagación.

40. Cuando la luz ordinaria pasa a través de polarizador, este
interactúa con el campo eléctrico de manera que el
campo eléctrico de la luz que emerge (y el campo
magnético perpendicular a aquel) solo oscila en el plano.
Se dice pues, que esa luz esta polarizada.

41. El analizador del polarímetro no es mas que otro
polarizador. Si el vial del polarímetro esta vacío o contiene
una sustancia ópticamente inactiva, los ejes de la luz
polarizada y el analizador serán exactamente paralelos
cuando el instrumento tiene una lectura 0°, de modo que
el observador percibe la máxima cantidad de luz que
puede pasar por el aparato.
Si por el contrario, el vial contiene una sustancia
ópticamente activa, por ejemplo, una solución de un
enantiomero, el plano de polarización de la luz gira
cuando esta pasa a través del vial.

42. Para poder observar de nuevo la máxima brillantez de la
luz, la persona que observa debe hacer girar el eje del
analizador en el sentido de las manecillas del reloj o en
sentido contrario. Si el analizador se debe hacer girar en
el sentido de las manecillas, se dice que la rotación, 
(medida en grado) es positiva (+), si el giro es en el
sentido opuesto al de las manecillas se dice que la
rotación es (-).
También se dice que una sustancia que hace girar el
plano de la luz polarizada en el sentido de las manecillas
es dextrorrotatoria, mientras que una sustancia que lo
hace girar en sentido contrario es levorrotatoria.

44. El numero de grados que gira el plano de polarización de la luz
cuando esta pasa a través de una solución de un enantiomero,
depende del numero de moléculas quirales que encuentre a su
paso.
V.2 ROTACIÓN ESPECIFICA
Esto es función de la longitud del vial y de la concentración del
enantiomero. A fin de estandarizar las rotaciones medidas, los
químicos determinan una cantidad llamada rotación especifica
,

45. mediante la siguiente ecuación:
 =  /c .l
Donde:
  = Rotación especifica.
 = Rotación observada
c = Concentración de la solución
en g/ml.
l = Longitud del vial en decímetros.

46. La rotación especifica también depende de la temperatura y la
longitud de onda de la luz que se utiliza. Las rotaciones
especificas se consignan de manera que incluyen esa
información.
25
D + 3,12°
Esto significa que se utilizo la longitud de onda de una
lámpara de sodio como fuente de luz (5896 Angstrons) que se
mantuvo a una temperatura de 25°C y que una muestra
contenía 1 g/ml de la sustancia ópticamente activa, en un
tubo de 1cm, produjo una rotación de 3,12° en el sentido de
las manecillas del reloj.

47. R-2-butanol
25
D - 13,52°
S-2-butanol
25
D + 13,52°

48. Los compuestos anteriores también son ejemplo de un
importante principio. No existe alguna correlación obvia entre
las configuraciones de los enantiomeros y la dirección en que
hacen girar la luz polarizada.
El R-(+)-2-metil-1-butanol y el R-(-)-1-cloro-2-metilbutano
tienen la misma configuración, es decir, tienen el mismo
orden general de sus átomos en el espacio, no obstante
producen un efecto en lo que se refiere a la dirección de
rotación del plano de la luz polarizada.

49. VI. MODIFICACIONES RACEMICAS
La rotación neta del plano de polarización que se observa en una solución de
moléculas de R-2-butanol no se manifiesta cuando se hace pasar un rayo a través
de una solución que contiene concentraciones iguales de R-2-butanol y S-2-
butanol.
Es este caso, las moléculas de S-2-butanol, estarán presentes en una cantidad
igual a la de las moléculas de R-2-butanol, de modo que para cada orientación
posible de un enantiomero existiría una molécula del otro enantiomero capaz de
compensar las rotaciones por el hecho de ser una imagen especular de la
primera, el resultado neto será la cancelación de las rotaciones, por lo que las
soluciones equimolares de enantiomeros son ópticamente inactivas.
Las mezclas equimolares de dos enantiomeros se denominan modificaciones
racemicas o racematos.
Las modificaciones racemicas no producen rotación del plano de polarización de
la luz por eso suele denominarse como ().Una modificación racemica del R-(-)-2-
butanol y el S-(+)-2- butanol, se podría indicar así: ()-2-butanol.

50. Cuando se tiene una muestra de una sustancia ópticamente
activa formada por un solo enantiomero, se dice que es
ópticamente pura. Una muestra ópticamente pura de S-(+)-2-
butanol manifiesta una rotación especifica de +13,52° (25
D +
13,52°) .
VII. PUREZA ÓPTICA
Suponer por ejemplo que la muestra manifestó una rotación
especifica de + 6,76°, en esta situación, se dice que la pureza
óptica del S-(+) - 2 - butanol es del 50%.

51. VIII. MOLÉCULAS CON MAS DE UN CARBONO QUIRAL
Muchas moléculas orgánicas contienen mas de un carbono quiral.
Considerar la estructura que se presenta en seguida, una estructura
que tiene dos carbonos quirales y que es característica de las
moléculas denominadas carbohidratos o azucares.
a
d
b
c
(2S,3R)
a
b
c
d

52. Existe una regla muy útil para determinar el numero de estéreo isómeros
que se pueden esperar como resultado de la sustitución de estructuras
como esta.
El numero total de estéreo isómeros no es superior a 2n cuando n es igual
al numero de carbonos quirales. En el caso anterior si se aplica la formula
no se pueden esperar mas de cuatros estéreo isómeros (22 = 4). La
siguiente labor por realizar es la escritura de las estructuras
tridimensionales de los estéreo isómeros del azúcar anterior.

54. Si un compuesto tiene mas de un carbono quiral es necesario
estudiar por separado cada centro y decidir si se trata de un
centro R y S. Enseguida, mediante el uso de números, se
define cual designación se refiere a cual carbono.

55. IX. COMPUESTOS MESO
Las estructuras con dos carbonos quirales no siempre dan
origen a cuatro estereoisomeros. En ocasiones solo se
forman tres; esto se debe a que algunas moléculas con
centros quirales son en forma global aquirales.