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Estereoquímica
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Estereoquímica
Es una rama de la Química que seencarga del estudio tridimensional de las
moléculas
QFB. A. Aguirre
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Isomería óptica
• Este tipo de isomería se presenta encompuestos orgánicos con hibridación sp3
• Al carbono con hibridación sp3 que estáunido a cuatro átomos o grupos de átomosdiferentes se le denomina estereocentro ocentro estereogénico.(carbón quiral)
• Condición necesaria pero no suficiente paraque una molécula pueda presentar actividadóptica.
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Configuración
Imágenes especulares
No se pueden superponer,
entonces son quirales
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Enantiómeros
Quiralidad
Estas moléculas también son quirales
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Configuración
Enantiómeros
Misma constitución, misma conectividadDiferente distribución de sus grupos en el espacio
La configuración de una molécula se refiere a todosaquellos arreglos que se obtienen por una diferente
distribución de los sustituyentes alrededor de uncentro de quiralidad
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Receptor Biológico Receptor Biológico
Enantiómeros y Actividad Biológica(Modelo de Easson-Stedman)
Easson, L. H., Stedman, E. Biochem. J. 1933, 27 , 1257
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Enantiómeros y Actividad Biológica(Modelo de Easson-Stedman)
Eutómero(Interacción eficiente)
Receptor Biológico
Distómero(Interacción no eficiente)
Receptor Biológico
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(R)-Ibuprofen(No es activo)
(S)-Ibuprofen(Antiinflamatorio)
Enantiómeros y Actividad Biológica
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(S)-(-)-Propranolol(Tratamiento de enfermedades cardiacas)
(R)-(+)-Propranolol(anticonceptivo)
Enantiómeros y Actividad Biológica
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(R)-Talidomida(sedante)
(S)-Talidomida(teratógeno)
Enantiómeros y Actividad Biológica
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Estereoisómeros
l número de estereoisómeros posibles se determina de acuerdo con la siguiente expresió
2n
Donde n, es el número de centros de quiralidad presentes en la molécula
Ejemplos
n=1, 2 estereoisómeros (enantiómeros)
n=2, 4 estereoisómeros, (2 pares de enantiómeros)n=3, 8 estereoisómeros, (4 pares de enantiómeros)
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A y B EnantiómerosC y D EnantiómerosA y C Diastereómeros
A y D DiastereómerosB y C DiastereómerosB y D Diastereómeros
OHH
OHH
CHO
CH2OH
HHO
HHO
CHO
CH2OH
OHH
HHO
CHO
CH2OH
HHO
OHH
CHO
CH2OH
A B C D
Los enantiómeros presentan las mismas propiedades físicas y nopueden ser separados por los métodos de purificaciónconvencionales.Los diastereómeros tienen diferentes propiedades físicas y sepueden separar mediante métodos convencionales depurificación.
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(S,S)-Aspartame(Dulce)
(R,R)-Aspartame(inactivo)
(S,R)-Aspartame(amargo)
(R,S)-Aspartame(inactivo)
Enantiómeros y Actividad Biológica
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Proyecciones de Fischer
Papel y pizarrón son medios de expresión bidimensionales
Fischer (1891) propone un tipo de proyección pararepresentar estructuras en tres dimensiones
CO2H
H
CH3
HO
CO2H
CHO
CH3
H
CO2H
C OHH
C HHO
CO2H
CO2H
OHH
HHO
CO2H
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RestriccionesLos giros de 180° son permitidos, ya que
interconvierten dos posiciones, sin embargo, los
giros de 90° sobre cualquier eje, no producen
estructuras válidas.
CO2H
HNH2
CH3
CO2H
HNH2
CH3
CH3
NH2H
CO2H
CH3
NH2H
CO2H
CH3
NH2 H
CO2H
NH2
CO2H
CH3
H
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Estereoisómeros del 2,3-dibromobutano
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Resolución química de enantiómeros.
Diagrama de flujo general
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Resolución química de
enantiómeros
• Resolución química. La resolución química consisteen la separación de los enantioméros de la mezclaracémica mediante su conversión en una mezcla dediastereoisómeros. Para ello, la mezcla deenantiómeros se hace reaccionar con compuesto quiralque recibe el nombre de agente de resolución.
• Supongamos que la mezcla racémica formada por el(R)-1-fenil-1-etanol y (S)-1-fenil-1-etanol se hace
reaccionar con el ácido (R)-2-fenilpropiónico. Lareacción de ácidos carboxílicos con alcoholesproporciona ésteres y en este caso se obtendrá unamezcla de dos ésteres diastereoisoméricos.
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Resolución de enantiómeros
separación de diatereoisómeros
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Proceso final
• Una vez separados los diastereoisómeros por cualquiera de las técnicas de separaciónanteriormente mencionadas, se procede a laeliminación del agente de resolución paraobtener cada uno de los enantiómeros puros.Por ejemplo, en el caso que nos ocupa cadauno de los ésteres diastereoisoméricos sepuede saponificar para obtener el alcohol
enantiomérico puro y el agente quiral deresolución.
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Resolución cromatográfica.
•Este procedimiento de resolución se basa en la utilizaciónde técnicas cromatográficas que emplean como faseestacionaria un compuesto quiral. El fenómeno que permiteexplicar la separación cromatográfica de mezclas racémicasse basa en las débiles interacciones que forman losenantiómeros con la fase estacionaria quiral. Estasinteracciones forman agregados o complejosdiastereoisoméricos que tienen diferentes propiedadesfísicas y por tanto diferentes energías de enlace y diferentesconstantes de equilibrio para el acomplejamiento. Elenantiómero que forma complejos más estables con la fase
estacionaria quiral se mueve más lentamente a lo largo dela columna, y emerge de ella después del enantiómero queforma complejos menos estables y que, por tanto, se muevemás rápidamente.
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Sistema Cahn-Ingold-Prelog (CIP)
En este método, se asigna una prioridad a cada uno de los cuatro
sustituyentes en torno al átomo estereogénico Cxyzw.
X
WY
Z4
3
2
1
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Una vez hecho esto, la molécula se ve desde el lado opuesto al grupo de menor
prioridad y entonces se observa en que dirección se pasa del grupo de mayor prioridad
al segundo y al tercero. Si dicha dirección es en el mismo sentido que el movimiento de
las manecillas del reloj, tal secuencia (configuración) es R ( del latín: rectus =
derecha). Cuando en cambio, el sentido de la secuencia es opuesto al movimiento de
las manecillas del reloj, tal configuración es S ( del latín: sinister = izquierda).
1
4
2 3
1
32
S
42
3
1
1
43 2
1
23
R
432
1ojo
ojo
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1.- El o los átomos directamente unido(s) al centro estereogénico de mayor número
atómico obtiene(n) mayor prioridad. Así, por ejemplo: I>Br>Cl>S>P>Si>F>O>N>C>H,
Asignación de la prioridad
I
FBr
Cl
I
Cl Br F
I
Br Cl
OH
CH3Br H2N
1
OH
H2N Br CH3
S
2
OH
H2N Br
3
2
1
3
4R
2
1
3
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2.- En el caso de haber mas de un sustituyente con el mismo número atómico en el átomo
directamente enlazado al centro estereogénico, se consideran los estados de sustitución de
dichos átomos, con el mismo orden de prioridad que en (1). Así, para varios grupos unidos
mediante el átomo de carbono al centro estereogénico:
CH2Br>CH2Cl>CH 2OH>CH 2CH3>CH3.
CH2Br
CH3
HOCH2
ClCH2
CH2Br
ClCH2 CH2OH
CH3
CH2Br
CH2OHClCH2
OH
CH3BrH2CH2NCH2
H2NCH2 CH2Br CH3
2
H2NCH2 CH2Br
1
3
1
S
4
R
2
OH OH
3
2
13
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3.- Los enlaces dobles o triples se duplican ó triplican según el caso. De esta forma,
el grupo formilo tendra prioridad ante el grupo hidroxilo y el grupo fenilo sobre un
grupo olefinico (doble enlace).
-CH(CH3)OH
-CH=CH2
-CH=NCH3
C
H
O C
O C
O
H
C
CH3
HO
H
C
CH=CH-
C
C C
C
CH2 C
C
H
C N C
N
N
N
C
C
C
N
N
N
CH3
C
>
>
>
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4.- En presencia de isótopos, aquel con mayor masa atómica tiene prioridad, por ejemplo: 3H
(T = tritio) > 2H (D = deuterio) > 1H (H = hidrogeno).
CH3
HD
T
CH3
T DH
CH3
DT
1
R
2 3
1
2
3
1
2 3
4
4
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10) -CH2 CH
11) -CH2C6H5
12) -CH(CH3)2
13) -CH=CH2
14) -CH(CH3)CH2CH3
15) -C6H11-c
16) -CH=CH-CH3
17) -C(CH3)3
18) -C CH19) -C6H5
20) -C6H2CH3-p
21) -C6H4NO2-p
22) -C6H4CH3-m
23) -C6H4NO2-m
24) -C C-CH3
25) -C6H4CH3-o
26) -C6H4Oo2-o
27) -C6H3(NO2)2
28) -CHO
29) -COCH3
30) -COC6H5
31) -CO2OH
32) -CO2CH3
33) -CO2CH
2CH
3
34) -CO2C6H5
35) -CO2C(CH3)3
36) -NH2
37) -NH3+
38) -NHCH3
39) -NHCH2CH3
40) -NHCOCH3
41) -NHCOC6H5
42) -N(CH3)2
43) -N+(CH3)3
44) -N=O
45) -NO2
46) -OH
47) -OCH3
48) -OCOCH3
49) -OSO2CH3
50) -F
51) -SH
52) -SCH3
53) -S(O)CH3
54) -SO2CH3
55) -CL
56) -Br
57) -I
2) -H
3) -CH34) -CH2CH2CH3
5) --CH2CH2CH2CH3
6) -CH2CH2CH2(CH3 )2
1) Par electronico
7) -CH2CH(CH)3
8) -CH2CH=CH2
9) -CH2C(CH3)3
Orden ascendente de prioridad para algunos grupos
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Conformaciones del etano
Conformación alternada
Conformación eclipsada
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Análisis Conformacional del Etano
0.8
1.2
1.6
2
2.4
2.8
3.2
3.6
0 50 100 150 200 250 300 350
Energía( K
cal/m
ol)
Angulo Diedro
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Eclipsada Gauche
Eclipsada Anti
Butano
áli i f i l d l
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2
2.5
3
3.5
4
4.5
5
5.5
6
6.5
7
0 50 100 150 200 250 300 350
Angulo Diedro
E n e r g í a / K c a l / m
Análisis Conformacional del Butano
Ci l h
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Ciclohexano
Conformación Bote Conformación Bote Torcido
Conformación Silla
Análisis Conformacional
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Análisis Conformacionaldel Ciclohexano