IsóMeros+..

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Conceptos previos

4. Isomería

IES Miquel Martí i Pol

CRÈDIT 4: BIOQUÍMICA CLÍNICA

Lola Santos

4. Isomería

Cuando dos moléculas tienen la misma fórmula molecular (mismos átomos, misma masa molecular, …) pero están dispuestos de forma diferente en el espacio (y presentan características físicas o químicas que las hacen diferentes) se dice que son isómeros.

C4 Bioquímica Clínica

1 IES Miquel Martí i Pol

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b) ÓpticaEnantiómeros(Estereoisómerosque son imágenes especulares)

a) Geométrica Diastereoisómeros(Estereoisómerosque no son imágenes especulares (ej. Isomeros cis-trans))

b) Isomería conformacional

a) De cadena u ordenaciónb) De posiciónc) De función

a) Isomería

configuracional

2. Estereoisomeríao isomería en el espacio

1. Isomería estructural o constitucional o plana

Tipos deIsomería

1. Isomería estructural o plana

La isomería estructural o plana se debe a diferencias de estructura, es decir la secuencia de átomos es diferente.

a) Isomería de cadena u ordenación

Presentan isomería de cadena u ordenación aquellos compuestos que tienen distribuidos los átomos de C de la molécula de forma diferente.

Isómeros con fórmula molecular C4H10

Butano isobutano

(2-metil-propano)



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1. Isomería estructural o plana

b) Isomería de posición

La presentan aquellos compuestos que teniendo las mismas funciones químicas están enlazadas a átomos de carbono que tienen localizadores diferentes.

Isómeros con fórmula molecular C3H8O

1-propanol 2-propanol

1. Isomería estructural o planac) Isomería de función.

La presentan aquellos compuestos que tienen distinta función química.

Isómeros con fórmula molecular C2H6O

etanol metano-oxi-metano

propanal propanona



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Ejercicios:

1. Indicar los isómeros de cadena de C3H8

2. Indicar los isómeros de cadena de C5H12

3. Indicar los isómeros de posición de C4H10O2

4. Posibles isómeros de C3H8O

2. Estereoisomería o isomería en el espacio

a) Isomería configuracional

a) Estereoisomería geométrica o isomería CIS-TRANS

La presentan los compuestos que se diferencian únicamente en la disposición de sus átomos en el espacio. Moléculas con fórmulas moleculares idénticas pueden presentar estructuras espaciales diferentes.

Estas moléculas pueden ser:

Cadenas con dobles enlaces C=C

Compuestos cíclicos



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• La isomería geométrica desde un punto de vista mecánico, se debe a que la molécula tiene una estructura rígida, en general a que no es posible la rotación libre alrededor de un enlace carbono-carbono

• Para que pueda presentarse esta isomería, es preciso que los sustituyentes sobre cada uno de los carbonos implicados sean distintos

a) Estereoisomería geométrica o isomería CIS-TRANS



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Isomería cis-trans en ciclos

• Los cicloalcanos, debido al plano que contiene el esqueleto carbonado, tienen dos lados.

• Cuando en el ciclo hay dos sustituyentes en átomos de carbono distintos, existen dos isómeros– Isómero Cis: los sustituyentes están en el mismo plano– Isómero Trans: si están en lados opuestos

Isomería cis-trans en alquenos

El doble enlace impide la libre rotación alrededor de él, esto origina isomería cis-trans cuando los sustituyentes en cada uno de los carbonos del doble enlace son distintos.

C CHH

HCH3

C CHCH3

HCH3

Dos sustituyentes distintos: H y CH3

Dos sustituyentes distintos: H y CH3

En este compuesto hay isomería geométrica, pues se cumple la condición en ambos

carbonos.

En este carbono hay dos sustituyentes

iguales, por lo tanto, en este compuesto no

hay isomería geométrica.



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Un estereoisómero es cis cuando los dos sustituyentes iguales están del mismo lado del doble enlace.

Un estereoisómero es trans cuando los dos sustituyentes iguales están en lados opuestos del doble enlace

C CH

CH3

HCH3

Del mismo lado del plano

C CH

CH3

CH3H

De lados opuestos del plano

cis-2-buteno

trans-2-buteno

2. Estereoisomería o isomería en el espacio

a) Isomería configuracional

b) Isomería ópticaUn isómero óptico es aquel que tiene la propiedad de hacer girar el plano de la luz polarizada, hacia la derecha o hacia la izquierda.

Si el estereoisómero hace girar la luz hacia la derechase denomina dextrógiro, y se representa (+) y si lo hace girar hacia la izquierda se denomina levógiro. (-)

Actualmente se establece un sistema moderno que utiliza las letras R (rectus, derecha) y S (sinister, izquierda)



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Esquema de un polarímetro

Los isómeros ópticos tienen, por lo menos, un carbono quiral o asimétrico.

Se denomina carbono asimétrico o quiral aquel carbono que tiene los 4 sustituyentes distintos.

Una molécula es quiral cuando no presenta ningún elemento de simetría (plano, eje o centro de simetría).

La quilaridad es una propiedad importante en la naturaleza ya que la mayoría de los compuestos

biológicos son quirales.

b) Isomería óptica

La causa de la actividad óptica radica en la asimetría molecular



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*CH3 CHOH

CH2 CH3

2-butanol

El carbono 2, marcado con un asterisco, es quiral porque tiene 4 sustituyentes distintos: -OH, -CH2CH3, -CH3, -H. Hay dos estereoisómeros de este compuesto.

Espejo

C OH

CH3CH2

CH3

HCHO

CH2CH3

CH3

H

enantiómeros

Los estereoisómeros que son imágenes especulares no superponibles reciben el nombre de enantiómeros.


MEZCLA RACÉMICA

Se denomina mezcla racémica o racemato, a

aquella que contiene un par de enantiómeros en una

proporción del 50% de cada uno. Esta mezcla no

produce desviación de la luz polarizada, es decir, no

tiene actividad óptica.




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• Si una molécula tiene un único carbono quiral, sólo puede existir un par de enantiómeros.

• Si tiene dos carbonos quirales tiene un máximo de cuatro estereoisómeros (dos pares de enantiómeros).

• En general, una molécula con n carbonos quirales tiene un número máximo de 2n estereoisómeros posibles. ( 2n-1 pares de enantiómeros ).

Por ejemplo, el 3-bromo-2-butanol

1. ¿Cuántos carbonos asimétricos presenta?

2. ¿Cuántos esteroisómeros tiene?

3. ¿Cuántos pares de enantiómeros tiene?


C

C

HO CH3

CH3Br

H

H

C

C

OHH3C

H3C Br

H

H

C

C

HO CH3

CH3H

H

Br

C

C

OHH3C

H3C H

H

Br

Flechas horizontales: enantiómeros

Flechas verticales y oblicuas: diastereoisómeros

Los estereoisómerosque no son imágenes especulares se denominan diastereoisómeros.




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COMPUESTOS MESO

En ocasiones sustancias que en apariencia deberían ser ópticamente activas, por presentar carbonos asimétricos, no lo son debido a un fenómeno de compensación interna de la actividad óptica, por presentar un plano de simetría

Se denominan compuestos meso a aquéllos que, a pesar de tener carbonos quirales, son aquirales (no tienen actividad óptica) porque poseen un plano de simetría.

PLANO DE SIMETRÍA


Ácido tartárico

¿Cómo son estos isómeros?



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•Las tres moléculas son estereoisómeros puesto que difieren en la posición espacial de los átomos. •Las dos primeras serían enantiómeros puesto que una es la imagen especular de la otra.•La tercera sería un diastereomero de las dos primeras ya que no tiene relación de enantiomería con las primeras pero si de estereoisomería.Además la tercera no presenta actividad óptica aunque tiene carbonos asimétricos o quirales, debido al plano de simetría. FORMA MESO

Ácido tartárico

Dados los siguientes compuestos:

a) CH3COOCH2CH3b) CH3CONH2c) CH3CHOHCH3d) CH3CHOHCOOH

e)

a) Identifique los grupos funcionales presentes en cada uno de ellos.

b)¿Alguno posee átomos de carbono asimétrico? Indique con un asterisco todos los carbonos quirales de las siguientes moléculasRazone su respuesta.



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Proyección

• Proyectar consiste en dibujar en dos dimensiones una molécula.

• Tipos:– Representación de valencias (representaciones

tridimensionales o fórmulas en perspectiva)– Proyección de Fischer

Representación tridimensional

Mediante trazo normal se indican los enlaces que están sobre el plano del papel.

Mediante trazo grueso se indican los enlaces que salen del papel hacia el observador.

Mediante enlace a trazos discontinuos se indican los enlaces que salen del papel alejándose del observador



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En la proyección de Fischer la molécula se dibuja en forma de cruz con los sustituyentes que van al fondo del plano en la vertical y los grupos que salen hacia nosotros (acercándose o alejándose) en la horizontal, el punto intersección de ambas líneas representa el carbono proyectado.

Proyección de Fischer

Transformación de fórmulas en perspectivas a proyecciones en el plano



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Ejercicios

Realiza la proyección Fischer de las siguientes moléculas

Realiza la proyección tridimensional de las siguientes moléculas

Cuando se realiza la representación de Fisher, por convenio se denomina - isómero D cuando el C asimétrico presenta el –OH a la derecha - isómero L cuando lo tiene a la izquierda.

Se hizo así para el gliceraldehido y se sigue igual



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Es algo arbitrario y no tiene nada que ver con el desvío de la luz. Ejemplo el ácido D-Láctico es levógiro (-)

Se utiliza para glúcidos y AA.

La mayoría de los azúcares que se encuentran en la naturaleza son de la serie D.

Cuando hay más de un carbono asimétrico:- se numeran los carbonos según la nomenclatura de la IUPAC- se observa el C asimétrico con la mayor numeración

- OH a la derecha tienen configuración D - OH a la izquierda es L

Estas configuraciones son enantiomeros

Si en una proyección de Fisher, o tridimensional, se realiza un número par de permutaciones entre los sustituyentes, se obtiene la configuración original.

Si se realiza un número impar se obtiene la imagen especular de la configuración original.

Si hay más de un carbono asimétrico, todos tienen que tener la misma configuración después de los cambios:

Con un número par de cambios en cada carbono asimétrico, se obtiene la configuración original

Con un número impar de cambios en cada carbono asimétrico, se obtienen enantiómeros

¿Qué sucederá si se produce un cambio impar en un solo carbono asimétrico?



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Indicar como son

A y B A y D

B y C A y C

C y D B y D

Indicar como son

A y B C y B A y E

C y D D y A A y F

C y A D y B



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C

C

HO CH3

CH3Br

H

H

C

C

OHH3C

H3C Br

H

H

C

C

HO CH3

CH3H

H

Br

C

C

OHH3C

H3C H

H

Br

Cambios pares en los carbonos asimétricos: misma sustancia

Cambios inpares en los carbonos asimétricos: enantiomeros

Cambio impar en un solo carbono: diasteroisómeros

Los monosacáridos ciclados también presentan isomería espacial

Cuando se ciclan aparece un nuevo carbono asimétrico (Carbono anomérico) que da lugar a dos estructuras denominadas anómeros:

grupo hidroxilo del C-1 por debajo del anillo, anómero αgrupo hidroxilo por encima del anillo, anómero ß.

alfa-D-glucopiranosa Beta-D-glucopiranosa

Isomería en los monosacáridos ciclados

Ciclación de la D-glucosa



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