Estereoqumica, del Griego stereo, que significa slido, se refiere a la qumica en las tres dimensiones

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ESTEREOQUIMICA

Estereoqumica, del Griego stereo, que significa slido, se refiere a la qumica en las tres dimensiones. Como la mayora de las molculas estn en las tres dimensiones, la estereoqumica, de hecho esta presente en toda la qumica.

En los ltimos 30 aos, se ha desarrollado decisivamente esta materia de forma tal que no se puede comprender el problema qumico en su totalidad sino se hace un anlisis de la estereoqumica de los compuestos involucrados.

Se acostumbra a dividir la estereoqumica en estereoqumica esttica y estereoqumica dinmica. La primera, quizs mejor denominada como estereoqumica de las molculas, se dedica al estudio de la molcula en el espacio, su arquitectura, su energa y sus propiedades fsicas. La estereoqumica dinmica, o estereoqumica de las reacciones informa de los requerimientos y los resultados estereoqumicos de las reacciones.ESTEREOQUIMICA ESTATICA

Isomera.

Los ismeros son diferentes compuestos que tienen igual formula molecular. En la Figura 1 aparece la subdivisin de ismeros.

Figura 1. Subdivisin de ismeros.Los ismeros constitucionales son ismeros que se diferencian debido a que sus tomos estn conectados en un orden diferente. Se dice que ellos tienen diferente conectividad. Algunos ejemplos aparecen la Figura 2.

Figura 2. Ismeros constitucionalesLos estereoismeros tienen sus tomos conectados de la misma forma y difieren solamente en el ordenamiento de sus tomos en el espacio. La estereoisomera estudia los ismeros que solamente se diferencian en la orientacin de sus tomos o grupos en el espacio.

Los estereoismeros comprenden los ismeros conformacionales y los ismeros configuracionales. Los ismeros conformacionales son estereoismeros que se interconvierten rpidamente a temperatura ambiente, debido a esto no pueden ser separados. Hay dos clases de ismeros conformacionales, aquellos debido a la rotacin alrededor del simple enlace carbono-carbono y aquellos debido a la inversin de una amina. (Ver Figura 3).

ISOMEROS CONFORMACIONALES

(Se interconvierten a temperatura ambiente)

alternada eclipsada

Figura 3 Ismeros conformacionales

Los ismeros configuracionales (Ver Figura 4) son aquellos que no pueden interconvertirse a menos que se rompan enlaces covalentes, lo cual solo ocurre bajo condiciones vigorosas, por lo ellos pueden ser separados. Como ejemplo tenemos los ya estudiados en los alquenos y cicloalcanos.

Figura 4. Ismeros configuracionales

. Los estereoismeros configuracionales se pueden dividir segn aparecen en la Figura 5 en:

Figura 5 Divisin de estereoismeros configuracionalesConcepto de quiralidad.

Otro tipo importante de isomera configuracional es la relacionada con la quiralidad o disimetra molecular. El trmino quiral deriva de la palabra griega (((( (cheir) que significa mano y cuando cualquier molcula u objeto se califica de quiral, se quiere indicar que su simetra es similar a la de la mano, es decir no idntica a su imagen especular. Un objeto o una molcula es quiral cuando no es superponible con su imagen especular.

Los objetos y molculas que son idnticos y por lo tanto superponibles son aquirales.Para conocer si una molcula es quiral es necesario construir un modelo de su imagen especular y tratar de superponerlas. Si no se superponen la molcula es quiral. Como esto en todos los casos no es posible es muy til conocer los elementos de simetra de inters de la estereoqumica que facilitan la determinacin de la quiralidad o no de una molcula.

ELEMENTOS DE SIMETRIA

EJE SIMPLE DE SIMETRA

PLANO DE SIMETRA (PLANO DE REFLEXION)

CENTRO DE SIMETRIA

EJE ALTERNANTE DE SIMETRIA (ROTACION-REFLEXION)

El eje de simetra simple corresponde a una operacin de simetra de primera clase y los tres restantes a operaciones de simetra de segunda clase u operaciones impropias debido a que en vez de obtener modelos que coinciden con el original lo que hacen es obtener modelos que reflejan el original.

Cualquier estructura con plano, centro o eje alternante de simetra (eje de rotacin reflexin) se superpone con su imagen especular y es aquiral.

Enantimeros

Existen estereoismeros configuracionales cuya relacin entre s, es el de objeto-imagen. Su existencia es solo posible si la molcula es quiral. Una molcula quiral es aquella que no es idntica a su imagen especular. Estos estereoismeros (la molcula y su imagen especular) se conocen como enantimeros y el fenmeno recibe el nombre de enantiomera.

Como todas las parejas de estereoismeros, los enantimeros poseen la misma constitucin pero diferente configuracin. Las configuraciones que son imgenes especulares no idnticas se definen como configuraciones opuestas.La palabra enantimero se deriva de los trminos griegos (((((((( (contrario, opuesto, frente a) y ((((( (parte) queriendo significar con esto que ambos ismeros son partes opuestas.

Por ese motivo se puede definir los enantimeros como las parejas de estereoismeros que poseen configuracin totalmente opuesta.Aquellas molculas que tienen un carbono con cuatro tomos o grupos de tomos diferentes unidos a l se conoce como carbono estereognico. Estas molculas no tienen elementos de simetra, son asimtricas.

Como se dibujan los enantimeros. Se pueden utilizar la formulas en perspectivas. Se dibuja el primer enantimero poniendo los cuatro grupos unidos al carbono en cualquier orden. El otro se dibuja como su imagen especular.

La representacin en un plano de un centro estereognico (estereocentro), de estructura tetradrica suele hacerse mediante la proyeccin de Fischer, consistente en la proyeccin de la molcula en el plano de representacin, situando los cuatro sustituyentes a la derecha, a la izquierda, arriba y abajo del tomo de carbono, pero de tal forma que a la derecha y a la izquierda queden los sustituyentes que realmente estn por encima y por debajo del plano en el que se sita el tomo de carbono. As, la siguiente estructura del 2-butanol puede representarse como aparece en la figura.

Como se indica, se puede pasar de la representacin en cua a la de Fischer girando la molcula unos 90 en torno al enlace C-C sealado e inclinando ligeramente el grupo etilo hacia detrs con lo que al tomo de hidrgeno y el grupo hidroxilo quedan a la izquierda y derecha y hacia delante, mientras que los grupos etilo y metilo quedan arriba y abajo y hacia detrs. (Ver Figura 8).

La representacin de Fischer se puede hacer marcando los enlaces que estn hacia delante con un trazo grueso y los que estn hacia detrs con un trazo discontinuo, pero generalmente se representan con un trazo normal aunque sobreentendiendo que los sustituyentes que estn a la derecha y a la izquierda estn por encima del plano de representacin y los representados hacia arriba y abajo, por detrs de ese plano.

Figura 8Hay que tener precaucin con el manejo de las formulas de Fischer que han de reproducirse siempre con el mismo ordenamiento de los sustituyentes y si hay que cambiarla hay que hacerlo siguiendo ciertas normas.

En primer lugar hay que tener en cuenta que cada configuracin supone una distribucin en el espacio determinada de las dos posibles para los cuatro sustituyentes unidos al centro estereognico y que el intercambio de lugar de un grupo por otro cualquiera de los tres restantes, supone un cambio de la configuracin en el estereocentro modificado, transformando en la configuracin opuesta.

Esto puede apreciarse fcilmente en la pareja de enantimeros del cido 2-hidroxipropinico (cido lctico) (Figura 9)

Figura 9

Aqu, si se intercambian el tomo de hidrgeno y el grupo hidroxilo entre s, I se transforma en II y viceversa. Lo mismo sucede con otro cambio, aunque no vea tan fcilmente, sino es con la ayuda de modelos moleculares.

Consecuentemente si en una configuracin determinada se hacen dos intercambios sucesivos, se vuelve ala configuracin primitiva y en general un nmero impar de intercambios supone un cambio en la configuracin y un nmero par no supone cambio (Ver Figura 10). Por consiguiente si se desea saber si dos proyecciones de Fischer de una molcula poseen la misma configuracin o la opuesta basta con contar el numero de combinaciones para transformar una en la otra. Si el nmero es par son idnticas si es impar son opuestas.

Rotacin de 180 en el plano, se obtiene la misma configuracin (DOS INTERCAMBIOS, PAR):

Figura 10Rotacin 90 en el plano, da lugar a un cambio en la configuracin Figura 11. (TRES INTERCAMBIOS, IMPAR)

Figura 11Como se indica un giro de 180 (Figura 10) sin salirse del plano de representacin transforma I en la formula de la derecha, para pasar de esa forma de nuevo a la forma I hay que hacer dos intercambios. Luego esta operacin (giro de 180 en el plano) se puede hacer ya que los dos grupos que estaban a la derecha y a la izquierda (es decir hacia delante) siguen ocupando esta misma posicin y los que estaban hacia arriba y hacia abajo (hacia detrs) tambin. Al girar 90 en el plano (Figura 11) se cambia la configuracin la configuracin a la opuesta ya que hay que hacer tres cambios para volver a la primera configuracin.Tampoco se deben comparar dos formulas en Proyeccin de Fischer sacando esta del plano de representacin y girndola 180 por encima del mismo superponindola a la otra. Este vuelco de 180 supone pasar los grupos que estn hacia adelanta hacia detrs y viceversa es cambiar la configuracin, como pone en evidencia que en la nueva formula se produce un nico intercambio entre los sustituyentes situados a derecha e izquierda. Si con la formula I se hace la operacin descrita se obtiene la II. Resumiendo la nica operacin posible con una formula de Fischer es el giro de 180 sin levantar la formula del plano de representacin.

Especificacin de la configuracin. Nomenclatura R/S.

Figura 12

Si se quisiera nombrar los enantimeros que aparecen en la Figura 12 (Qu relacin hay entre ellos?), ambos tienen el mismo nombre, 2-butanol. En este caso ambos compuestos se diferencian en la configuracin del tomo de carbono estereognico, por lo que fue necesario desarrollar un sistema para nombrarlos. Para esto Cahn, Ingold y Prelog establecieron un sistema de nomenclatura que cuando se adiciona al de la IUPAC resuelve el problema. Este sistema se conoce como sistema Cahn, Ingold y Prelog o sistema R/S.

De acuerdo a este sistema un enantimero del 2-butanol se le denomina R y al otro s. R y S vienen de las palabras latinas rectus (derecha) y sinister (izquierda).

Para realizar las designaciones R y S se sigue el siguiente procedimiento.

a) Los cuatro tomos o grupos unidos al centro estereognico se ordenen en orden de prioridad siguiendo las reglas de secuencia.

b) Se visualiza el centro estereognico de forma tal que el de menor prioridad se sita lo ms alejado posible de la vista del observador y se observa la orientacin de los restantes.

Si la vista sigue la direccin de las agujas del reloj es R y si es en contra es S.

Figura 13Existen varias reglas mnemotcnicas que permiten determinar la configuracin utilizando las proyecciones de Fischer, una de ellas es colocando el grupo de menor prioridad hacia abajo (Ver Figura 14.

Figura 14Propiedades de los enantimeros. Actividad Optica.

Las molculas de enantimeros no se superponen con su imagen especular y por lo tanto son diferentes compuestos. Cun diferentes ellos son?. Debido a que una pareja de enantimeros esta constituida por dos compuestos muy parecidos la mayora de sus propiedades son idnticas. Ambos tienen igual contenido energtico y su diferenciacin qumica solo es posible cuando ellos reaccionan con reactivos quirales, pero los reactivos aquirales no distinguen un ismero de otro y reaccionan de igual manera con los dos.Las propiedades fsicas de ambos son tambin idnticas. Sola hay una propiedad que es caracterstica solo de las parejas de enantimeros y que sirve para diferenciarlos, se trata de su comportamiento frente a al luz polarizada en un plano.

Cuando un rayo de luz polarizada en un plano pasa a travs de un enantimero el plano de polarizacin rota. Cada enantimero rota el plano de la luz polarizada en igual cantidad pero en direccin opuesta. Debido a su interaccin con la luz polarizada en un plano se dice que ellos son compuestos pticamente activos.

Luz Polarizada Plana.

La luz es un fenmeno electromagntico. Un rayo de luz consiste en dos campos oscilantes mutuamente perpendiculares: un campo elctrico y un campo magntico.

Si se pudiera observar un rayo de luz ordinaria en un extremo, pudiramos ver que los planos en los cuales la oscilacin elctrica se produce, estn en todas direcciones y perpendiculares a la direccin de la propagacin. Cuando la luz ordinaria pasa a travs de un polarizador, el polarizador interacta con el campo elctrico de forma tal que el campo elctrico de la luz que emerge del polarizador (y el campo magntico asociado a l) esta oscilando en un plano. Tal luz es llamada luz polarizada en un plano. Luz ordinaria Luz polarizada en un plano

El polarmetro es el equipo (Figura 15) que se utiliza para determinar actividad ptica.

Figura 15

Si el analizador rota en el sentido de las agujas del reloj se dice que es positiva (+) y si lo hace en sentido contrario es negativa (-).

Rotacin especifica.

El nmero de grados que el plano de polarizacin rota cuando la luz pasa a travs de un enantimero depende del nmero de molculas quirales que l encuentra a su paso. Esto, por supuesto, depende de la concentracin del enantimero y de la longitud del tubo. Con el objetivo de estandarizar estas mediciones la cantidad que el qumico calcula es la rotacin especfica.

La rotacin especfica tambin depende de la temperatura y de la longitud de onda de la luz empleada. Por lo que incorporan estos trminos a la expresin.

Por ejemplo la medicin se hizo a una temperatura de 25oC utilizando una lampara de sodio (lnea D del sodio, ( = 599.6 nm) como fuente de luz. Tambin depende del solvente y hay que reportarlo.

Los siguientes ejemplos muestran que no existe una correlacin obvia entre la configuracin del enantimero y la direccin [(+) (-)] en la cual l rota el plano de la luz polarizada en un plano.

El (R)-(+)-2-metil-1-butanol y el (R)-(-)-1-cloro-2-metilbutano tienen la misma configuracin, es decir el mismo ordenamiento general de sus tomos en el espacio, pero sin embargo un efecto opuesto sobre la direccin de rotacin del plano de la luz polarizada en un plano.Origen de la actividad ptica.

Por qu los compuestos quirales rotan el plano de la luz polarizada en un plano y los aquirales no?

La mayora de las molculas individuales, ya sean quiral o no, deben ser tericamente capaces de producir una ligera rotacin en el plano de la luz polarizada en un plano. La magnitud de la rotacin producida por una molcula individual depender en parte de su orientacin en el preciso momento en que se produce el encuentro con el rayo de luz. En una solucin, por supuesto billones de molculas estn en el camino del rayo de luz y en cualquier momento dado, estas molculas pueden presentar todas las orientaciones posibles. Si el rayo de luz polarizada en un plano pasa a travs de una disolucin de un compuesto aquiral, por ejemplo el 2-propanol, el debe encontrar al menos dos molculas en la orientacin exacta mostrada en la Figura 16.

El efecto del primer encuentro puede producir una ligera rotacin del plano de la luz polarizada en un plano a la derecha. Antes de que el rayo de luz emerja de la disolucin, sin embargo, el debe encontrar al menos una molcula de 2-propanol que esta exactamente en una orientacin de imagen especular de la primera. El efecto de este segundo encuentro debe producir una rotacin igual y opuesta del plano: una rotacin que exactamente anula la primera rotacin. El rayo, por lo tanto emerge sin ninguna rotacin neta.

Figura 16Lo que hemos descrito para los dos encuentros mostrados en la Figura 16 puede decirse de todos los posibles encuentros del rayo con molculas del 2-propanol. Debido a que muchas molculas estn presentes es estadsticamente cierto que para cada encuentro con una orientacin particular debe existir un encuentro con una molcula cuya orientacin sea imagen especular. El resultado de todos estos encuentros debe ser tal que las rotaciones producidas por una molcula individual debe ser cancelada y el 2-propanol debe ser pticamente inactivo.Cuando el rayo de luz polarizada plana pasa a travs de una disolucin de (R)-2-butanol, ninguna molcula presente esta orientada como su imagen especular. La nica molcula que tendra estas caractersticas seria el (S)-2-butanol y ellas son estn presentes. No puede existir la cancelacin de las rotaciones y por lo tanto el (R)-2-butanol es pticamente activo. (Ver Figura 17).

Figura 17

Cuando hay iguales cantidades de los dos enentiomeros la mezcla es pticamente inactiva y se le llama mezcla racmica, forma racmica o racemato. Se simboliza (()-2-butanol.Pureza enantiomrica. Pureza ptica y exceso enantiomrico.

Una muestra de una sustancia pticamente activa que consiste en un solo enantimero se dice que es enantiomericamente pura.

Una muestra del (S) que contenga menos de una cantidad equimolar del (R), [(] debe tener una rotacin entre + 13.52 y 0. Esta muestra se dice que tienen una pureza enantiomrica menor del 100 %

El porcentaje de pureza enantiomrica se define como:

El porciento de pureza enantiomrica es a veces llamado exceso enantiomrico (ee) y es igual al porciento de pureza ptica. El porciento de pureza ptica se define en trminos de rotacin especfica.

Por ejemplo una muestra de una mezcla muestra una [(] = + 6.76

Cuando se dice que la pureza de la mezcla es un 50 % eso implica que el 50 % de la mezcla consiste en la forma racmica (()-2-butanol y que el otro 50 % consiste en el enantimero puro (S)-2-butanol. Por lo tanto se puede decir que el ee de la mezcla es 50 %.Molculas con dos centros estereognicos.

Por carecer de elementos de simetra y ser asimtricas, todas las molculas con solo un centro estereognico son quirales y presentan el fenmeno de la enantiomera. Esta situacin puede cambiar si existe en la molcula mas de un centro capaz de generar quiralidad.

Un caso lo es el 2,3-dibromopentano:

donde los tomos 2 y 3 son estereocentros distintos entre s. Como los cuatro sustituyentes pueden orientarse en configuraciones distintas, la R y la S, el nmero de combinaciones posibles es cuatro: (2R,3R), (2S,3S), (2R,3S) y (2S,3R) y este ser el numero de estereoismeros posibles.Para representarlos se pueden utilizar la proyeccin de Fischer (Ver Figura 18) colocando la cadena hidrocarbonada verticalmente y segn el convenio establecido en este tipo de proyeccin los grupos o tomos situados por encima del plano de representacin quedan a la derecha y a la izquierda y los situados por detrs del plano se representaran abajo y arriba. Los cuatro estereoismeros son:

Figura 18Si construyramos los modelos moleculares de las cuatro molculas se puede comprobar fcilmente que ninguna es superponible con cualquiera de las otras tres. Tambin se observa, sin ninguna dificultad que cualquiera de las formulas tal y como esta representada o girndola 180 sin sacarla del plano, no coincide con cualquiera de las otras tres; son cuatro compuestos distintos. En resumen una estructura con dos centros estereognicos distintos da origen a cuatro estereoismeros.

La observacin de las estructuras I y II por una parte y III y IV por la otra, muestran que los cuatro estereoismeros constituyen dos parejas de enantimeros, pues I y II son imgenes especulares no superponibles, as como lo son tambin III y IV. Tambin podemos observar que II y III constituyen una pareja de estereoismeros que no son imgenes especulares. En la misma situacin se encuentra II con respecto a IV y I con respecto a III y IV. Estas parejas de estereoismeros que no son imgenes especulares reciben el nombre de diastereoismeros o diasteremeros, ya que este nombre por definicin se aplica a aquellas parejas de estereoismeros que no son enantimeros.

Esta definicin de diasteremeros ( diastereoismeros) como aquellos estereoismeros que no son enantimeros, incluye no solo la relacin entre un componente de una pareja de enantimero con otro de otra pareja, sino tambin los estereoismeros cis-trans ( Z/E) constituyen una pareja de estereoismeros que no son enantimeros, es decir imgenes especulares (Ver Figura 19).

Figura 19Es importante darse cuenta de que los conceptos de enantimero y de diasteremero carecen de sentido considerados aisladamente. Se aplican cuando se comparan dos estereoismeros que puedan ser una cosa u otra entre s, pero no aisladamente. As, II es enantimero de II y diasteremero de III. La distincin de una pareja de enantimeros y diastereoismeros es clara. Una pareja de enantimeros tienen configuraciones totalmente opuesta en sus estereocentros como I y II que son (2S,3R) y (2R,3S) mientras que en una pareja de diastereoismeros un centro estereognico tiene la misma configuracin y opuesta en el otro, as II y III son respectivamente (2R,3R)y (2S,3S) Figura 20.

Figura 20 Empleo de distintos tipos de representacin.

Cuando en la molcula existen dos m o ms centros estereognicos su representacin en el plano puede resultar algo ms difcil, por la mayor complejidad molecular.

Como sucede con las molculas que slo tienen un centro estereognico, las que tienen dos o ms se pueden representar de varias maneras, utilizndose unas y otras segn el aspecto que se quiera destacar. Normalmente se usa la Proyeccin de Fischer, pero se pueden utilizar la proyeccin de Newman, la de caballete o la de cua. Por ejemplo en el caso de 2,3-dicloropenteno (Ver Figura 21).

Para representarlo en la Proyeccin de Newman manteniendo la misma disposicin espacial relativa de sus tomos que por convenio tienen en la proyeccin de Fischer, habra que utilizar la conformacin de Newman ms inestable (la eclipsada), mientras que normalmente en estas representaciones se utilizan conformaciones alternadas, ms estables y abundantes como la anti. Este contraste hace parecer que ambas proyecciones (la de Fischer y la de Newman) representan estereoismeros distintos, cuando en realidad se trate del mismo compuesto aunque en distintas conformaciones.

En la conformacin de cua se observa la molcula de lado y puede representarse tanto en conformacin eclipsada como en alternada.

En la representacin de caballete, se observa la molcula desde un cierto ngulo, por lo que tambin se le llama proyeccin en perspectiva.

Figura 21Formas meso.Cuando en la molcula existen centros estereognicos constitucionalmente iguales, el nmero de estereoismeros disminuye y adems algunos son compuestos meso o forma meso. Por ejemplo el caso del 2,3-ciclobutano (Figura 22)

Figura 22

Una forma o compuesto meso es todo estereoismero cuya molcula no es quiral a pesar de poseer centros estereognicos. Es un compuesto aquiral superponible con su imagen especular ya que tiene un plano de simetria (.Otros ejemplos de compuestos meso aparecen en la Figura 23.

Figura 23

Nomenclatura eritro-treo.Cuando en una estructura existen dos centros estereognicos se admite y as lo acepta la IUPAC, el uso de los prefijos eritro y treo para nombrar cada una de las parejas de enantimeros posible. Una pareja es la eritro y la otra es la treo.Los compuestos de referencia para el desarrollo de esta nomenclatura son las aldotetrosas (hidratos de carbono de cuatro tomos de carbono). CH2OH-CHOH-CHOH-CHOH-CHO de los que por poseer cuatro centros estereognicos distintos existen cuatro estereoismeros, dos parejas de enantimeros.(Ver Figura 24

Figura 24En la proyeccin de Fischer los grupos iguales o ms parecidos estn en un mismo lado (ERITRO o a lados distintos (TREO).

Por ejemplo en la Figura 25se observan la asignacin para los 2,3-dicloropentanos:

Figura 25Esta nomenclatura no se aplica cuando los tomos son muy diferentes.Molculas con dos o ms centros estereognicos.

Al aumentar el nmero de estereocentros aumenta el nmero de estereoismeros. En la Figura 26aparece el ejemplo para tres centros estereognicos diferentes.

Figura 26Epmeros. Clases de diasteremeros.

Los diastereoismeros que teniendo dos o ms centros se diferencian nicamente en la configuracin de uno solo de sus centros estereognicos reciben el nombre de epmeros. En al Figura 27se observa esta relacin.

Figura 27Atomos pseudoasimtricos.

Un tomo se denomina pseudoasimtrico cuando esta unido tetraedricamente a un par de grupos enantiomricos entre s y a dos tomos o grupos aquirales. Un ejemplo aparece en la Figura 28 Esto da lugar a un compuesto meso pticamente inactivo.

Figura 28Separacin de enantimeros. Resolucin.Los enantimeros no pueden ser separados por las tcnicas usuales tales como recristalizacin y destilacin. Ellos tienen temperaturas de ebullicin iguales e igual solubilidad por lo que cristalizan y destilan juntos. Luis Pasteur fue el primero en separar una mezcla de enantimeros de cristales de la sal doble de sodio y amonio del cido tartrico, utilizando unas pinzas. Esta separacin se conoce como resolucin mecnica.

La resolucin de enantimeros puede realizarse mediante mtodos qumicos, biolgicos y cromatogrficos. Uno de los mtodos que ms se utilizan para la separacin de enantimeros es la resolucin qumica, por formacin de diastereoismeros. Los diastereoismeros son estereoismeros que no guardan relacin de imgenes especulares entre s. Ellos tienen propiedades qumicas similares ya que contienen los mismos grupos funcionales, pero sus velocidades de reaccin son diferentes. En cuanto a las propiedades fsicas son diferentes ya que son compuestos diferentes.

La resolucin qumica se basa en la preparacin de diasteremeros.

Frmacos enantiomericamente puros.Alrededor de un 50 % de los frmacos que se utilizan hoy en da son compuestos que presentan en la molcula uno o ms estereocentros. Histricamente ellos se han vendido como mezclas racmicas debido al alto costo de la separacin de los enantimeros. Los enantimeros pueden tener iguales propiedades filolgicas, diferente grado de la misma actividad o muy diferente actividad. Ejemplo de esto ltimo lo tenemos en el caso de la talidomida, frmaco que se utiliz a principios de la dcada del 60 para el tratamiento de las nauseas de mujeres embarazadas. Los hijos que nacieron de las pacientes que tomaron el frmaco sufrieron de problemas fsicos congnitos. Esto fue debido a que uno de los enantimeros era teratognico. Actualmente es necesario el estudio de la actividad de los dos enantimeros para poder comercializar el frmaco y mucho mejor si se vende como enantimero puro.

Configuracin absoluta y relativa

Al estudiar la estereoqumica se han dibujado los compuestos en representaciones tridimensionales y con representaciones de Fischer y se ha hablado de tomos de carbonos estereognicos que tienen configuracin R y S. Estas formas de describir la configuracin del estereocentro es absoluta, esto es, ellas especifican la orientacin de los tomos en el espacio. Estos mtodos especifican la configuracin absoluta de la molcula. Antes de 1951 no existan mtodos para determinar la orientacin de los tomos en el espacio. Lo que se hacia era determinar la configuracin relativa, correlacionando la misma con la de un compuesto conocido.

Configuracin absoluta. Cuadro estereoqumico detallado de una molcula, incluyendo como los tomos estn ordenados en el espacio, asignacin de la configuracin R o S a cada estereocentro.

Configuracin relativa. Relacin experimental determinada entre las configuraciones de dos molculas aun cuando no pueda conocerse la configuracin absoluta.ESTEREOQUIMICA DINAMICA

Estereoqumica de las reacciones.

Cuando se estudia la estereoqumica de las reacciones hay que responderse las siguientes preguntas:

a) Si como productos de una reaccin es posible la obtencin de estereoismeros, cuales se producirn, un solo estereoismero, un set particular de estereoismeros o todos los estereoismeros posibles?b) Si para el reaccionante existen estereoismeros, ambos reaccionaran para dar lugar a la formacin del mismo estereoismero o cada reaccionante formar un estereoismero diferente?.

Trminos utilizados en estereoqumica.Reaccin regioselectiva. Es aquella en la cual dos ismeros constitucionales pueden ser obtenidos como productos de la reaccin, pero uno se obtiene en mayor proporcin que el otro. Una reaccin puede ser moderadamente regioselectiva, altamente regioselectiva o completamente regioselectiva, dependiendo de la cantidad de ismeros constitucionales formados en la reaccin.

El trmino estereoselectivo es similar, pero se refiere a la formacin preferencial de un solo estereoismero. Si una reaccin que genera un doble enlace o un centro estereognico da un estereoismero sobre otro, es una reaccin estereoselectiva. Dependiendo del grado de preferencia por un estereoismero particular la reaccin puede ser descrita como moderadamente, altamente o completamente estereoselectiva.

Una reaccin es estereoespecfica si el reaccionante puede existir como estereoismeros y cada estereoismero que reacciona produce un producto estereomericamente diferente. En otras palabras cada reaccionante tiene un comportamiento especfico.

Ntese que en la reaccin esteroespecfica, debido a que el estereoismero A forma B pero no forma D, la reaccin es estereoselectiva adems de estereoespecfica.

Todas las reacciones estereoespecficas son estereoselectiva. Todas las reacciones estereoselectivas no son estereoespecficas debido a que hay reacciones estereoselectivas en las cuales el reacccionante no tiene ni doble enlace ni centro estereognico, de forma tal que no puede existir como estereoismero.Hidrgenos enantiotpicos y diasterotpicos.

Si un carbono tiene unido dos hidrgenos y dos grupos diferentes, los hidrgenos se denominan enantiotpicos.

Esta nomenclatura se explica debido a que si se sustituye uno de los tomos enantiotpicos por otro tomo (por ejemplo Deuterio) el tomo de carbono es estereognico.

Si el Ha se sustituye por deuterio el centro estereognico tienen configuracin R. As, el Ha se llama hidrgeno pro-R. Hb ser por tanto el hidrgeno pro-S.El carbono al cual los hidrgenos enantiotpicos esta unido se le llama carbono pro-estereognico debido a que l ser u carbono estereognico si se reemplaza alguno de estos hidrgenos. A estas molculas que tienen estos elementos se le conoce como pro-quiral.Estos hidrgenos son qumicamente equivalentes por lo que si reaccionan con un reactivo aquiral no sern distinguibles. Sin embargo si reaccionan con una enzima ellos no son qumicamente equivalentes debido a que la enzima es quiral.

Si el carbono esta unido a dos hidrgenos y el reemplazamiento por turno de cada uno de ellos, por otro tomo da lugar a un par de disteremeros, los hidrgenos son llamados hidrgenos diastereotpicos.

Los hidrgenos distereotpicos no son qumicamente equivalentes. Ellos reaccionan de forma diferente tanto con reactivos quirales como con reactivos aquirales. Por ejemplo la siguiente reaccin da lugar a dos alquenos, el cis y el trans a velocidades diferentes se obtiene ms rpidamente el ms estable.

Reacciones con compuestos que contienen un centro estereognico.

Cuando un compuesto que contiene un centro estereognico experimenta una reaccin, lo que ocurre con la configuracin del estereocentro depende de la reaccin especfica que se produzca.

Si en la reaccin no se rompe ninguno de los cuatro enlaces del centro estereognico es obvio que la configuracin del estereocentro no cambia. Por ejemplo en la reaccin del (S)-1-cloro-3-metilhexano con OH- la configuracin del carbono estereognico permanece porque la reaccin no conlleva la ruptura de un enlace del estereocentro.

Que se mantenga la configuracin de la molcula significa que los cuatro grupos unidos al centro estereognico mantengan sus posiciones relativas. Esto no necesariamente significa que un reaccionante S siempre d el producto S. Por ejemplo en la siguiente reaccin, la posicin relativa de los grupos se mantiene en el final de la reaccin, pero el producto tiene invertida la configuracin (el LiAlH4 es un reactivo que sustituye el Cl por el H). En otras palabras, los grupos mantienen sus posiciones relativas pero sus prioridades varan. No es el cambio de posicin lo que causa que el reaccionante S de un producto R, sino el cambio de prioridad.

Si en la reaccin se rompe un enlace del centro estereognico la configuracin del mismo depender del mecanismo de la reaccin. As por ejemplo si el (S)-2-bromobutano reacciona por un mecanismo SN1 (carbocatin planar intermediario) se producen los estereoismeros R y S.

Si por otra parte, la reaccin se produce por un mecanismo SN2 (reaccin concertada, se invierte la configuracin) solo se forma el estereoismero R.

Estereoqumica de las reacciones de adicin.Se conoce que el producto mayoritario de la reaccin de adicin de HBr a un alqueno puede predecirse haciendo uso de la regla de Markovnikov. Por ejemplo el producto mayoritario obtenido de la reaccin del propeno con HBr es el 2-bromopropano. Este producto no tiene estereoismeros. La reaccin es regioselectiva.

Por otro lado, si la reaccin crea un producto con un centro estereognico es necesario saber que producto se ha formado. Por ejemplo la reaccin de HBr con el 1-buteno forma el 2-bromobutano, el cual presenta un centro estereognico. Cul es la estereoqumica del producto?. Se obtendr el R el S? O los dos?.

Reacciones de adicin que forman un producto con un centro estereognico.

Cuando el reaccionante que no tiene centro estereognico, experimenta una reaccin en la que se forma un producto con un estereocentro, el producto es una mezcla racmica. Estas reacciones no son estereoselectivas, porque no se obtiene un estereoismero particular. Si se examina la reaccin se observa que el intermediario es un carbocatin planar que puede ser atacado por el Br- por cualquiera de las dos caras dando iguales cantidades de los dos enantimeros R y S.

Cuando el HBr se adiciona al 2-metil-1-buteno en presencia de perxidos el producto tiene un centro estereognico, por lo que se concluye que se obtienen cantidades equimoleculares de los dos enantimeros, por lo que se concluye que se obtienen cantidades equimoleculares de los enantimeros R y S.

El producto es una mezcla racmica debido a que el tomo de carbono en el intermediario radical tiene hibridacin sp2. Esto significa que los tres sustituyentes unidos al carbono estn en el mismo plano. Consecuentemente el enantimero R se obtiene en igual cantidad debido a que el HBr tiene igual acceso por ambos sitios del radical.

Si una reaccin de adicin crea un centro estereognico en un compuesto que ya tiene un estereocentro se pueden formar un par de diastereoismeros. Debido a que ningn enlace del centro estereognico ya existente se rompe durante la reaccin, la configuracin del tomo de carbono estereognico no cambia.

Como el in haluro ataca al carbocatin intermediario planar por cualquiera de las dos caras en el proceso de crear un nuevo estereocentro se obtienen dos estereoismeros que son diasteremeros debido a que uno de los centros estereognicos tiene la misma configuracin y el otro tiene la configuracin opuesta.

Una de las caras del carbocatin estar ms impedida que la otra y estos diasteremeros se obtendrn en diferentes proporciones. Se obtiene en mayor proporcin el ms estable.

Reacciones de adicin que involucran un intermediario del tipo carbocatin o radical libre.

Si se crean dos estereocentros en la reaccin se obtienen cuatro estereoismeros.

Debido a que el alqueno es una molcula plana el protn puede acercarse por arriba o por debajo del plano en el primer paso de la reaccin. Una vez el carbocatin formado el anin cloruro puede atacar por encima o por debajo. Como resultado se obtienen cuatro estereosimeros como producto. Se pueden producir adiciones anti (adicin de los reaccionantes por lados contrarios) y adiciones syn (adicin de los reaccionantes por el mismo lado). Cuando se producen se producen adicciones syn y anti en un alqueno las reacciones que se producen lo hacen a travs de un carbocatin. Debido a que el ismero cis y el ismero trans forman los mismos productos esta reaccin no es estereoespecfica.Reacciones que involucran la formacin de un in bromonio intermediario.Si los dos centros estereognicos se crean como resultado de una reaccin de adicin que forma un in bromonio como intermediario solo se forma un par de enantimeros. Del par de enantimeros que se obtiene depende de que la reaccin se produzca con un cis o un trans-alqueno, por lo que la reaccin es estereoespecfica. Por ejemplo con el cis-2-penteno.

La adicin de bromo al trans-ismero forma el par eritro solamente.

La reaccin de bromo es estereoespecfica pues se produce a travs de un in bromonio cclico.

Esta adicin se puede comprender mejor utilizando las proyecciones de caballete.

En el caso del ismero trans se obtienen los enantimeros eritro.

Estereoqumica de la adicin de hidrgeno.

La adicin de hidrgeno es tambin una reaccin estereoespecfica, el producto que se obtiene a partir de la adicin al ismero cis es diferente del producto que se obtiene por la adicin de hidrgeno al ismero trans.

Cuando el hidrgeno se adiciona al alqueno lo hace por el mismo lado (adicin syn). As,

Adicin syn al alqueno trans:

ESTEREOQUIMICA DE LAS REACCIONES DE ADICION

REACCIONTIPO DE ADICIONPRODUCTO QUE SE FORMA

Reaccin de adicin que crea un solo centro estereognico en los productosSi el reaccionante no tiene estereocentro se forma un par de enantimeros en iguales cantidades de R y S.

Si el reaccionante tiene un centro estereognico se forman diferentes cantidades de diastereoismeros.

Reaccin de adicin que crea dos centros estereognicos en el producto.

Adicin de un reactivo electroflico (Por ejemplo HCl, H2O, HBr + H2O2)

syn y anti

4 estereoismeros.

Adicin de Br2

anti

cis- enantimeros treo

trans- enantiomeros eritro

Adicin de H2syncis- enantiomeros eritro

trans- enantiomeros treo

Estereoqumica de las reacciones por radicales libres.

Si la reaccin de sustitucin por radicales libres crea un centro estereognico en el producto, se obtiene el par de enantimeros R y S.

Estereoqumica del producto:

Ambos enantimeros se forman en igual proporcin debido al carcter planar del radical libre intermediario. El comportamiento estereoqumico de esta reaccin es anlogo al de las reacciones de adicin por radicales libres, debido al mismo carcter del intermediario de ambas reacciones.

Si ya existe un centro estereognico se forma un par de diastereoismeros como era de esperarse.

Se obtiene mayor cantidad de un diastereoismero que del otro, ya que una cara del radical esta bloqueada por los sustituyentes voluminosos.