LOS ASPECTOS MÁS GENERALES QUE
DEFINEN LA ESTRUCTURA DE LA MOLÉCULA
DE UN COMPUESTO ORGÁNICO SON
CUATRO:
1) Constitución
2) Conectividad
3) Configuración
1. Constitución
Establece
que tipo
de átomos y enque cantidad
se encuentran dentro de la molécula.Esto se puede determinar en función de 5 parámetros: A. Análisis químico cualitativo
B. Análisis químico cuantitativo C. Su masa molecular
D. Su fórmula empírica
E. Su fórmula molecular
Por ejemplo, al analizar el etanol, se determinó la siguiente fórmula molecular:
C
2H
6O
Esta fórmula establece que una molécula de etanol esta constituida por dos átomos de carbono, seis de
hidrógeno y un átomo de oxígeno.
2. Conectividad
Describe como están
unidos
los
átomos entre sí. No obstante que las
moléculas del etanol y el éter
metílico tienen la misma
constitución, la manera en que están
unidos (o conectados) los átomos
H C H H C H H O H H C H H O C H H H
PARA LA MISMA CONSTITUCIÓN: C2H6O SE OBSERVA DIFERENTE CONECTIVIDAD:
Misma fórmula molecular: C6H14
• Diferente conectividad (secuencia de enlaces):
isómeros estructurales (constitucionales)
• Los estereoisómeros son isómeros con la misma fórmula molecular y la misma conectividad entre los átomos pero con un diferente arreglo de los átomos en el espacio
3. Configuración
Una vez que se conocen la
constitución
y
la
conectividad
en una molécula, la
configuración
se refiere al arreglo en el
espacio que tienen sus átomos y/o grupos
funcionales
HOCH2 C OH H O H C CH2OH HO H O HESTEREOISÓMEROS
HOCH2 C OH H O H C CH2OH HO H O H
HOCH2 C OH H O H C CH2OH HO H O H
En el caso de las drogas, quiralidad es muy importante, ya que el recononocimiento quiral por lo receptores de estas moléculas es a través de una interacción en tres puntos del agonista o sustrato con el receptor o sitio activo de la enzima
Discriminación entre Enantiómeros por
moléculas biológicas
ENANTIÓMERO R ENANTIÓMERO S
SITIO DE UNIÓN DEL RECEPTOR
SITIO DE UNIÓN DEL RECEPTOR
Ejemplo: solo el (-) enantiómero de la epinefrina tiene el grupo OH en el sitio de unión, y en consecuencia tiene una actividad como broncodilatador más potente
(-)-epinefrina / más activa (+)-epinefrina / menos activa
Receptor no ocupado Receptor Sitio aniónico Sitio aniónico Área plana Área plana
La D-(-)- lactoilcolina es hidrolizada mucho más lentamente que el isómero L-(+)-isómero debido a un enlace favorable del grupo –OH en el último caso
Otro tipo de estereoisómeros
H HO C C OH H O O C C O O H H O H O HOtro tipo de estereoisómeros
H HO C C OH H O O C C O O H H O H O H4. Conformación
Se refiere a diferentes arreglos que se obtienen
cuando se efectúan giros alrededor de enlaces
sencillos carbono-carbono
H H Cl H H Cl Cl H H Cl H H Cl Cl H H H H CONFORMACIÒN ANTIPERIPLANAR Cl Cl H H H H CONFORMACIÒN ECLIPSADAEtano.
Conformación alternada
: los enlaces C-H
en carbonos adyecentes están lo más alejados
entre sí, tanto como es posible. El dibujo a la
derecha se llama una proyección de Newman
El ángulo dihedro () entre estos hidrógenos
Conformación eclipsada
: todos los
enlaces C-H en los carbonos adyacentes
están directamente en lo alto de los dos
carbonos
El ángulo dihedro () entre estos hidrógenos es de 0ºEspecificación del ángulo torsional (Klyne-Prelog)
Conformación a Proyección de Newman Proyección de Newman Conformación b Observador Observador
Energía Potencial (E, Kcal/mol)
Energía Potencial del etano como una función del ángulo de torsión
Ángulo de torsión
Energía Potencial (E, Kcal/mol)
Energía Potencial del butano como una función del ángulo de torsión
Ángulo de torsión
Ángulo Nombre
Otro Nombre
Abreviación
sinperiplanar + sinclinal + anticlinal + antiperiplanar - anticlinal - sinclinal eclipsada + gauche trans, anti - gauche
sp + sc + ac ap - ac - sc
Especificación del ángulo torsional
Proyecciones de Newman
Formulas en perspectiva Proyecciones en caballete Proyecciones de Newman
Conformación alternada para la rotación alrededor del enlace C-C en el
etano
Conformación eclipsada para la rotación alrededor del enlace C-C en
Grados de rotación En er g ía p o ten ci al Conformeros alternados Conformeros eclipsados
Energía Potencial (E, Kcal/mol)
Energía Potencial del etano como una función del ángulo de torsión
Ángulo de torsión
Propano
Análisis conformacional
H y Me están eclispsados Conformación eclispsada Conformación alternada Propano Considerar la rotación el enlace C1 – C2 3 H unidos a este C 2 H y un CH3 unidos a este CPropano
Análisis conformacional
H – Me ligeramente más eclipsados que dos H – H Alternado Eclipsado Alternado EclipsadoAnálisis conformacional - Propano
Grados de rotación (ángulo diedro)
Energía po ten cial eclipsada eclipsada alternada
ROTAR 60 ROTAR 60 ROTAR 60 ROT A R 6 0 ROTAR 60 SINPERIPLANAR (sp) + SINCLINAL (sc) - SINCLINAL (sc) + ANTICLINAL (+ ac) - ANTICLINAL (- ac) ANTIPERIPLANAR (ap)
Energía Potencial (E, Kcal/mol)
Energía Potencial del butano como una función del ángulo de torsión
Ángulo de torsión
Ángulo Nombre
Otro Nombre
Abreviación
sinperiplanar + sinclinal + anticlinal + antiperiplanar - anticlinal - sinclinal eclipsada + gauche trans, anti - gauche
sp + sc + ac ap - ac - sc
Conformación a Proyección de Newman Proyección de Newman Conformación b Observador Observador
Johann Friedrich Wilhelm Adolf von Baeyer
A la muerte de Justus von Liebig en 1873, Baeyer ocupó su puesto en la Universidad de Munich y fue ahí donde propuso su
Tamaño del anillo Nombre del cicloalcano Calor molar de combustión (Kcal) A Calor de combustión por grupo -CH2- (Kcal) Bn = A/n Tensión anular por grupo -CH2- (Kcal) D = Bn - C Tensión total en el anillo (Kcal) E = D * n 3 ciclopropano 499.8 166.6 9.2 27.6 4 ciclobutano 655.9 164.0 6.6 26.4 5 ciclopentano 793.5 158.7 1.3 6.5 6 ciclohexano 944.5 157.4 0.0 0.0 7 cicloheptano 1108.3 158.3 0.9 6.3 8 ciclooctano 1268.9 158.6 1.2 9.6 Referencia Alcano de cadena larga C = 157.4 0.0 0.0
CICLOALCANOS
CICLOPROPANO CICLOBUTANO CICLOPENTANO CICLOHEXANO
Tensión total en el anillo: (Kcal/mol)
CICLOHEPTANO CICLOOCTANO
Tensión total en el anillo: (Kcal/mol)
ÁNGULO TETRAHÉDRICO 109.5 ÁNGULO DE COMPRESIÓN 49.5 ENLACES DOBLADOS TRASLAPO NO LINEAL
CICLOPROPANO
CICLOPROPANO
PROYECCIÓN DE
NEWMAN DELCICLOPROPANO PLANO
CICLOBUTANO
ÁNGULO TETRAHÉDRICO DE COMPRESIÓN ÁNGULO ECLIPSADOS ECLIPSADOS PROYECCIÓN DECONFORMACIÓN LIGERAMENTE PLEGADA PROYECCIÓN DE NEWMAN DE UN ENLACE ÁNGULOS DE ENLACE DE 88º NO ESTÁN MUY
ECLIPSADOS
ECLIPSADOS NO ESTÁN MUY
PROYECCIÓN DE NEWMAN QUE MUESTRA LA LIBERACIÓN DE LOS ENLACES ECLIPSADOS OBSERVADOR
CARBONO PLEGADO HACIA ARRIBA
Zona ecuatorial
Zona del eje
Norte
Sustituyentes b
Sur
CONFORMACIÓN DE SILLA
PROYECCIÓN DE NEWMAN
VISTA FRONTAL A LO LARGO DE LOS ENLACES DEL ASIENTO DE LA SILLA
b axial a axial b axial a axial b ecuatorial a ecuatorial a ecuatorial b ecuatorial
CONFORMACIÓN DE BOTE BOTE SIMÉTRICO
BOTE TORCIDO PROYECCIÓN DE NEWMAN
ECLIPSADOS
Bote torcido
Silla Silla
Silla
Bote
Media silla Media silla
En
er
g
ecuatorial ecuatorial ecuatorial axial axial axial eje
Estructura plana
Ángulo de tensión anular severo (120 °C) Confórmero eclipsado: todos los anlaces
Impedimento estérico: ´pequeño
Conformación de bote
Ángulo de tensión anular: ligero
Confórmero eclipsado: dos enlaces
Conformación de bote retorcido Ángulo de tensión anular: ligero
Confórmero eclipsado: pequeña
Impedimento estérico: ´pequeño
Conformación de silla
Ángulo de tensión anular: no hay
Confórmero eclipsado: no hay
Conformación de silla
Conformación de bote
La silla de puede escribir dibujando los lados opuestos de tres conjuntos de dos líneas paralelas
Primero dibuje el primer conjunto de líneas paralelas de la posición media
Después dibuje en la primera mitad de cada extremo
Finalmente una los dos extremos Finalmente una los dos extremos Finalmente una los dos extremos
Inclinada Horizontal
SEGUNDO: SE DIBUJAN LOS SUSTITUYENTES AXIALES
TERCERO: SE DIBUJAN LOS SUSTITUYENTES ECUATORIALES
Media silla
Bote
Bote torcido
Silla Silla
Perfil de Energía [ H★ kcal/mol (kJ/mol)] para la inversión del anillo en el ciclohexano
PROYECCIÓN DE NEWMAN PROYECCIÓN DE NEWMAN
PROYECCIÓN DE NEWMAN
CONFORMACIONES
DEL a-METILCICLOHEXANO
ecuatorial-metilciclohexano axial-metilciclohexano
E = 1.8 Kcal/mol E = 0.0 Kcal/mol
Nota: La interacción 1,3-diaxial,
genera el impedimento estérico,
con lo cual se desestabiliza
Isómeros
ISÓMERO TRANS
E = 0.9 Kcal/mol E = 3.6 Kcal/mol
Dos grupos metilo axiales:
2 x 1.8 Kcal/mol = 3.6 Kcal/mol
CONFORMACIONES
DEL 1,2-DIMETILCICLOHEXANO
En esta conformación, no hay metilos
axiales, pero si hay una conformación tipo
gauche entre los dos grupos metilo
El isómero trans es más estable en la conformación de silla e,e, pero aún en esta conformación hay una desestabilización estérica
(gauche)
CH3CH3
CH3
CH3 ecuatorial, ecuatorial axial, axial
ISÓMERO CIS
E = 1.8 Kcal/mol
E = 1.8 Kcal/mol E = 1.8 Kcal/mol
ecuatorial, axial axial, ecuatorial CH3
INTERACCIÓN 1,3-DIAXIAL
DIAXIAL, MUY DESFAVORABLE DIECUATORIAL, MUCHO MÁS ESTABLE
ecuatorial
ecuatorial
CONFORMACIONES Y ESTEREOISÓMEROS DEL 1,3-DIMETILCICLOHEXANO
ISÓMERO CIS
e,e-1,3-dimetilciclohexano a,a-1,3-dimetilciclohexano
E = 0.0 Kcal/mol
E = muy grande (interacción Me/Me diaxiales (1.8 x 2 Kcal/mol)
AXIAL
AXIAL
ECUATORIAL
ECUATORIAL
MISMA ENERGÍA
CONFORMACIÓN DE SILLA DEL TRANS-1,3-DIMETILCICLOHEXANO
ISÓMERO TRANS
e,a-1,3-dimetilciclohexano a,e-1,3-dimetilciclohexano
E = 1.8 Kcal/mol E = 1.8 Kcal/mol
Nota: los diastereoisóemros CIS y TRANS no se pueden interconvertir
por giros de enlaces sencillos C-C, pero el isómero cis es más estable que el isómero TRANS (su calor de cambustión es 1.8 Kcal/mol menos que el isómero trans
Nota: El conformero más estable y el isómero más estable están determinados por el
ISÓMERO TRANS CONFORMACIONES Y ESTEREOISÓMEROS DEL 1,4-DIMETILCICLOHEXANO a,a-1,4-dimetilciclohexano e,e-1,4-dimetilciclohexano E = 0.0 Kcal/mol E = 3.6 Kcal/mol
Nota: Por cada grupo metilo axial hay una contribución de E = 1.8 Kcal/mol
axial
axial
e,a-1,4-dimetilciclohexano a,e-1,4-dimetilciclohexano Nota: estas dos conformaciones tienen un grupo metilo axial
y tienen energías idénticas E = 1.8 Kcal/mol
El isómero TRANS es más estable que el isómero CIS
E = 0.0 Kcal/mol E = 1.8 Kcal/mol
COMPARACIÓN DE LOS ISÓMEROS CIS Y TRANS DEL 4-DIMETILCICLOHEXANO
Confórmero más estable Las dos conformaciones tienen la misma estabilidad
Isómero CIS
ECUATORIAL
MUY IMPEDIDOS CONFORMACIÓN MÁS ESTABLE
EL GRUPO ter-BUTILO PASA A LA POSICIÓN AXIAL Bote torcido
Compuesto
Orientación -H°
►
cis-1,2-dimetil
ax-eq
5223
trans-1,2-dimetil
eq-eq
5217*
►
cis-1,3-dimetil
eq-eq
5212*
trans-1,3-dimetil
ax-eq
5219
►
cis-1,4-dimetil
ax-eq
5219
trans-1,4-dimetil
eq-eq
5212*
*esteroisómero más estable del par
Calores de Combustión de los
Dimetilciclohexanos Isomeros
DIFERENCIAS DE ENERGÍA PARA CICLOHEXANOS MONOSUSTITUÍDOS ENTRE CONFORMACIONES AXIAL-ECUATORIAL
H X H X AXIAL ECUATORIAL X: - F
E axial - E ecuatorial (Kcal/mol)
-CN -Cl -Br -OH -COOH -CH3 -CH2CH3 -C(CH3)3 0.2 0.2 1.8 1.7 1.4 1.0 0.6 0.5 5.4 2.1 -CH(CH3)2