DEPARTAMENTO DE CIENCIAS & TECNOLOGÍA
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Química Orgánica I
Modelos moleculares II
Objetivo
El estudiante aprenderá a distinguir las diferencias que existen entre enantiómeros y disaterómeros por medio de ejercicios de construcción de moléculas con modelos; además se relacionará con la nomenclatura R S.
Materiales
Inspeccione la caja de modelos. Lo mínimo que debe contener es lo siguiente:
COLOR CANTIDAD ATOMO QUE REPRESENTA Negro 14 Carbono sp3 C
Negro 14 Carbono sp2 C
Negro 14 Carbono sp C
Blanco 28 Hidrógeno H
En lo referente a enlaces, la caja contiene:
TIPO DE ENLACE CANTIDAD ENLACE REPRESENTADO Enlaces verdes de
diferentes tamaños
40 Enlaces sencillos
Conectores cortos blancos para unir enlaces
4 Enlaces dobles y triples
Existen otros tipos de modelos pero se asemejan al presentado
Para el sistema de referencia los modelos moleculares se construyen insertando los enlaces apropiados en las esferas que representan los átomos.
Los enlaces dobles se construyen insertando el enlace en el hueco del C - sp2 .
Los enlaces triples se construyen insertando dos enlaces en el hueco del C - sp .
Recordemos los tipos de isómeros
Todos los isómeros
Isómeros Estructurales Estereoisómeros
(Isómero. Constitucionales) (Isómero Configuracional)
diastereómeros Enantiómeros
Isómeros Geométricos Otros diasterómeros
I ENANTIOMEROS.
Este tipo de estereoisómero incluye moléculas cuyos átomos están unidos en la
misma secuencia pero que difieren en la orientación de los átomos en el espacio. Estos isómeros poseen idénticas propiedades químicas y físicas y solo difieren en la dirección en que giran el plano de la luz polarizada. Por lo tanto son ópticamente activos. En la
mayoría de los casos estos compuestos poseen un C quiral, o sea, un C que posee cuatro sustituyen tes diferentes. Ejemplo de esto es bromocloroyodometano.
Construya los modelos de ambos enantiómeros de bromocloroyodometano como se indica en la figura 1 abajo:
C Br
I Cl
H C
Br
I
Cl H
Enantiómero A Enantiómero B
Fig. 1 Enantiómeros de bromocloroyodometano
Trate de superponerlos, átomo por átomo, haciendo que, por lo menos el C y dos de los átomos coincidan
• ¿Qué observa al tratar de superponer todos los átomos de los enantiómeros A y B ?
Colóquelos uno frente al otro hasta que note que uno es la imagen de espejo del otro. Ahora sustituya el átomo de bromo por otro de cloro en ambas moléculas. Trate de superponerlos y colóquelos uno frente al otro, como hiciera en el caso anterior
• Qué observa al tratar de superponer todos los átomos en los dos modelos de
dicloroyodometano?
II NOMENCLATURA DE COMPUESTOS QUIRALES.
Se puede utilizar un sistema para indicar el arreglo espacial de cuatro grupos alrededor de un carbono: es decir su configuración , utilizando los prefijos R o S delante del nombre del compuesto. Este método se conoce como sistema Cahn -Ingold-Prelog y asigna un orden de prioridad para indicar la secuencia característica de los grupos unidos al C quiral. Para esto, el número atómico de cada átomo unido al carbono quiral. La prioridad aumenta según aumenta el número atómico de dichos átomos, por ejemplo: la prioridad aumenta si se va de C a Cl, a yodo, etc. En caso de encontrar que es un mismo átomo (por ejemplo C) el que conecta al C quiral en dos sustituyentes diferentes, se comparan las ramificaciones de tales sustituyentes, estos se expanden introduciendo los mismos átomos que componen dicho enlace hasta "saturarlo" y se comparan entonces los átomos involucrados por su número atómico como se observa en la Fig. 8-2.
a) C C C C
O
b) C C
O O
C
c) C C
C C
C C
C C
FIG 2 Formas de saturar un enlace múltiple para asignarle prioridad.
El C quiral se visualiza luego de modo que el grupo de menor prioridad apunte hacia atrás Se observa entonces la secuencia que llevan los demás grupos. Si la secuencia de mayor a menor prioridad de los tres grupos restantes es a favor de los punteros del reloj se dice que ese es el enantiómero R . De ser al contrario, se dice que es el enantiómero S. A continuación de ilustran algunos ejemplos:
C Br
H CH
3 F
C CH
2CH2CH 3
H CH
2CH3
CH 3
C
OH C(CH
3 ) 3 H
CH CH2
• ¿Cual es la configuración (R o S ) del enantiómero designado A en la FIG 8-1?
• ¿Cual es la del B?
Practique asignando solamente la configuración de las siguientes moléculas, construyéndolas primero y luego rotándolas como se indicó ubicando el grupo de menor prioridad hacia atrás.
C Cl
CH 3 CH 2 OH H
______________
C H
CH 2 I CH 3
I
_____________
O C
H
C
Br C
CH H
________________
FIG 8-4 Asigne la configuración R o S a las estructuras ilustradas
Dibuje en el espacio en blanco correspondiente la estructura que representa a los siguientes compuestos:
_________________________ ____________________________ S- 3-cloro-1-penteno R-1,2-dibromo-1-yodoetano
III DIASTEROMEROS.
Este tipo de estereoisómero incluye a todas las estructuras que, aunque difieren en el arreglo espacial de susu átomos, no son imágenes de espejo unas de otras. Esto sucede
por ejemplo, en el caso de isómeros cis-trans. Construya las estructuras que se indican a
C C Cl H H Cl C C Cl Cl H H
Fig. 5 Isómeros cis/trans de 1,2-dicloroeteno
Ahora veremos que lo mismo puede suceder si hay más de un C quiral en una molécula. Se sabe que una especie que tiene n C quirales podría tener hasta un máximo de
2n estereoisómeros con la misma fórmula estructural. Por ejemplo, 2-bromo-3-clorobutano
posee dos centros quirales y, por lo tanto puede exhibir hasta cuatro posibles estereoisómeros según se ilustra en la fig 8-6.
CH3 CH3 H H Br Cl Br Cl H H CH3 CH 3 CH3 CH3 H Cl Br H CH 3 CH 3 Br H H Cl
FIG. 6 . Estereoisómeros de 2-bromo-3-clorobutano
Ahora construya los estereoisómeros ilustrados y trate de superponerlos:
OH OH Cl H Cl H OH OH H Cl Cl H 1 2 1 2
Estructura C Estructura D FIG. 7 . Dos posibles estereoisómeros de 1,2-dicloro-etanodiol
¿Cual es la configuración de los C marcados 1 y 2 en las estructuras C y D
Carbono Estructura Configuración
1 C
2 C
1 D
2 D
Estas estructuras representan enantiómeros, ya que una es la imagen de espejo de la otra, pero no son superponibles.
Transforme uno de sus dos modelos en el otro estereoisómero de igual fórmula, como se ilustra en la fig 8-8.
OH OH
Cl H
1
2 H
Cl
FIG 8. Estereoisómeros meso de 1,2-dicloro-1,2-etanodiol
Asigne la configuración de cada uno de los estereoisómeros de la FIG 8-8
Carbono Configuración
1 2
En el caso de la FIG 8 la especie no es ópticamente activa aunque posee C quirales. Esto es debido a que existe un elemento de simetría, un plano horizontal que divide la molécula en dos partes iguales:
OH OH
Cl H
1
2 H
En resumen, pueden existir estructuras que, aún teniendo C quirales no son ópticamente activas. A estas estructuras se les llama compuestos meso. Igualmente, podemos encontrar especies que no poseen C quirales y sin embargo son ópticamente activas, pues no poseen elementos de simetría. Un ejemplo lo son los siguientes enantiómeros > Constrúyalos y trate de superponerlos y vea por qué se consideran imagen de espejo uno del otro.
Cl
C C C
Cl
H H
Cl
C C C
Cl
H H
FIG 9. Enantiómeros opticamente activos de 1,3-dicloroaleno IV PROYECCION DE FISHER.
Esta proyección se usa para simplificar la representación de C quirales en especial, si hay muchos en una estructura. En esta , en vez de usar cuñas y rayas se representa el C quiral como la intersección de dos rayas perpendiculares entre si. Los sustituyentes que se colocan en posiciones horizontales son los que proyectan fuera del plano del papel en que se representa la estructura y los verticales, los que apuntan hacia atrás al orientar la molécula como se indica en la FIG 8-10
C Cl H Br I C H I Cl Br Br H I Cl
FIG 10. Transformación de una proyección de cuña en una proyección de Fisher.
Es importante observar que se pueden escribir muchas proyecciones de Fisher para representar una molécula. A veces es necesario comparar dos diferentes proyecciones para ver si representan los mismos o diferentes enantiómeros. Para comprobar si son, o no idénticas, estas proyecciones se pueden " mover en el papel". solo de dos modos distintos
1. Se puede rotar la proyección de Fisher sobre el papel 180 grados, pero no 90 o
270 grados ya que cambia su configuración, Es decir:
180 F H Cl Br Br F H Cl H 90 F H Cl (S) (R)
2. Se puede fijar un grupo y rotar los otros tres a favor o en contra de los punteros del reloj, como se indica en la FIG 12.
H H
CH
3 COOH
Fijo
H H
O
OH CH
3 COO
Fijo
C
H OH
3
HOO CH
FIG. 12. Otras formas en que se pueden hacer girar en el papel los grupos funcionales en una estructura Fisher manteniendo su configuración constante.
Estos son los únicos tipos de movimiento permitidos. Si se mueve una proyección Fisher en cualquier otra forma se representa el enantiómero de la proyección original. Por ejemplo si una proyección Fisher de R-bromocloroyodometano se rotara 90 grados resulta la proyección del enantiómero Scomo de ilustra en la FIG 9-12.
Br
I
H
Cl Br
H
Cl I
90
(R) (S)
FIG. 13 . Interconversión de proyecciones Fisher de bromocloroyodometano
Construya modelos de los dos enantiómeros de bromocloroyodometano y compare el modelo con su proyección de Fisher.
Conociendo estas reglas podemos entonces tratar de superponer moléculas mentalmente. La manera más fácil de determinar si dos proyecciones de Fisher representan o no el mismo enantiómero es llevar a cabo movimientos permitidos hasta que dos grupos coincidan. Entonces, si los otros dos grupos lo hacen también, las proyecciones son idénticas; si no, representan diferentes compuestos. Por ejemplo, se puede mantener la
proyección E fija y mover la F de manera que los grupos CH3 y H coincidan con los que
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INFORME LABORATORIO
ste informe consiste en informar todo lo realizado en esta
práctica. Además deberá incluir los dibujos que correspondan así como las respuestas a las diferentes preguntas planteadas en el procedimiento al llevar a cabo los ejercicios. Sea creativo. Use la
Internet para dar información adicional sobre los modelos moleculares construidos y ventajas y desventajas de los mismos.
Aug-Dec, 2009
