- Objetivos
- Información
Teórica - Materiales y reactivos usados.
Ficha de Seguridad - Observaciones
- Conclusiones
- Cuestionario
- Ver las disposiciones espaciales de los átomos
de una molécula. - Construir diferentes modelos de
moléculas para comprender la isomería
geométrica, las conformaciones y la configuración
absoluta. - Construir modelos de moléculas con el fin de
observarlas en tres dimensiones.
II.- Información Teórica
Estereoquímica
La ciencia de la
química
orgánica, como hemos dicho, se basa en la relación
entre estructura
molecular y propiedades. Aquella parte de la ciencia que
se ocupa de la estructura en tres dimensiones se denomina
estereoquímica (del griego stereos,
"sólido").
Un aspecto de la estereoquímica es la
estéreo isomería. Recordemos que los
isómeros son compuestos diferentes que tienen la misma
fórmula molecular.
La clase
particular de isómeros que sólo se diferencian por
la orientación espacial de sus átomos (pero que son
iguales entre sí en cuanto a qué átomos
están unidos a cuáles otros) se llaman
estereoisómeros.
Clases de estereoisomería
Isomería geométrica, son aquellos
isómeros que se generan debido a la rigidez del doble
enlace y existen dos clases: Cis (a un mismo lado) y trans (a
lados opuestos). Para que existan isómeros
geométricos (Cis/trans), los grupos ligados a
un mismo carbono del
doble enlace deben ser diferentes.
Los isómeros Cis y trans también se
presentan en los compuestos cíclicos.
Isomería óptica,
son isómeros que se diferencian en la distribución espacial de sus enlaces y que
tienen diferente actividad óptica.
Explicación sobre la actividad
óptica
La luz natural vibra
en todas las direcciones, pero al hacer pasar por un prisma
polarizador, vibra en un solo plano; en este caso la luz se
denomina luz polarizada. Cuando se hace pasar la luz polarizada a
través de una sustancia a través de una sustancia
óptimamente activa, ésta hace girar al plano de la
luz polarizada un determinado ángulo α hacia la
derecha o hacia la izquierda.
En resumen, una sustancia tiene actividad óptica
cuando tiene la característica de hacer girar el plano de
la luz polarizada. En la práctica la actividad
óptica de una sustancia se determina con el
polarímetro.
¿Qué es un carbono asimétrico, o
carbono quiral?
Es aquel carbono enlazado a cuatro átomos o
grupos diferentes.
¿Se puede asegurar que es ópticamente
activo, si en su estructura contiene carbono
asimétrico?
No, existen algunos compuestos que tienen varios
carbonos asimétricos y plano de simetría,
éstos son ópticamente inactivos, se denominan
Mesoisómeros.
Clases de isómeros
ópticos
Enantiómeros o enantiomorfos.- Son
aquellos isómeros que corresponden a objeto e imagen (se
diferencian en la distribución espacial de los grupos
enlazados a carbonos asimétricos).
Diastereoisómeros.- Son aquellos
isómeros ópticos que no son objeto a
imagen.
Efímeros.- Son aquellos isómeros
que sólo se diferencian en la disposición espacial
de un carbono asimétrico.
La rotación de los grupos alrededor de los
enlaces sigma da como resultado conformaciones diferentes, como
la eclipsada, gauche y alternada. Predominan los
confórmeros de menor energía. Los
confórmeros son interconvertibles a temperatura
ambiente y por
lo tanto no son isómeros que se puedan aislar.Un compuesto
cíclico adopta conformaciones plegadas para disminuir la
tensión de los ángulos de enlace y minimizar las
repulsiones de los sustituyentes.
Una molécula quiral es una molécula que no
se puede superponer con su imagen especular. El par de imágenes
especulares que no se superponen se llaman enantiómeros.
Cada miembro de un par de enantiómeros desvía el
plano de la luz polarizada en igual magnitud pero en dirección opuesta.
La quiralidad generalmente surge de la presencia de un
átomo
de carbono con cuatro átomos o grupos diferentes unidos a
él. La disposición de estos grupos alrededor del
carbono quiral se llama configuración absoluta y pueden
describirse como (R) o (S).
Pureza Óptica
Las reacciones en las que no se rompen enlaces con
centros quirales pueden emplearse para obtener otro tipo de
información de gran importancia: las rotaciones
específicas de compuestos óptimamente puros.
Así, por ejemplo, el 2-metil-1-butanol obtenido del
aceite de
fusel (que tiene una rotación específica de
-5,90°) es ópticamente puro; es decir, se compone
enteramente de uno de los enantiómeros, sin ninguna
contaminación de su imagen especular.
Cuando se trata el material con cloruro de hidrógeno, el 1-cloro-2-metilbutano
obtenido resulta tener una rotación específica de
+1,67°. Puesto que no se ha roto ningún enlace con el
centro quiral, cada molécula de alcohol con
configuración III es convertida en una de cloruro con
configuración IV; como el primero es ópticamente
puro, el segundo, con rotación máxima, cualquiera
puede precisar la pureza óptica de una muestra del
1-cloro-2-metilbutano en unos minutos con sólo medir su
rotación específica
III.- Materiales y
reactivos usados
- Caja de modelos moleculares.
IV.- Ficha de Seguridad
- Piridina
A.- Construya los modelos estereoquímicos de los
siguientes compuestos:
a)
b)
c)
d)
e)
f)
g)
h)
i)
j)
k)
l)
m)
1.- ¿Cuáles tienen rotación libre
entre sus enlaces?
Respuesta.-
Tienen rotación libre: Butano;
Isobutano; Propano; 1,2-Diyoetano.
2.- ¿Cuáles presentan isomería
cis-trans?
Respuesta.-
2-Buteno; 1,2-Dicloroeteno;
1,2-Difluoro-1,2-dicloroeteno.
3.- ¿Cuáles presentan confórmeros
y cuáles no?
Respuesta.-
Butano; Isobutano; Propano; 1,2-Diyodoetano;
ciclohexano; 2-Penteno
4.- En aquellos que presentan confórmeros, haga
el análisis correspondiente a fin de encontrar
las diferencias de estabilidad.
Butano
Isobutano
Propano
1,2-Diyodoetano
Ciclohexano
2-Penteno
Desarrollo de la parte "B":
- Ácido (R)-2-bromopropanoico
- 1-Bromo-1,2difenilpropano
- Configuraciones (R) y (S) del 2-Butanol
- Configuraciones (R) y (S) del 2-Metil-1-Butanol
- Configuraciones (R) y (S) del
1-Cloro-2-MetilButano - Configuraciones (R) y (S) del ácido
láctico
- Tener cuidado al armar las moléculas, no
insertar los enlaces de madera muy
fuertes, ya que será muy dificultoso poder
sacarlos después. - Hay que pensar que la molécula armada es solo
una de las tantas formas que puede adoptar una
molécula.
- Este tipo de ensayo es
muy favorable debido a la visión de la molécula
en tres dimensiones. - Mediante este experimento hemos podido observar las
diferentes posiciones de los átomos en la
molécula, diferenciando unas posiciones de
otras. - Los modelos ayudan para visualizar la molécula
de tal modo que podemos interpretar fácilmente que
configuración tiene. - Estos modelos también ayudan al
análisis conformacional ya que es posible visualizar
todas las interacciones competentes. - El uso de material didáctico nos ayuda
además a visualizar algunas propiedades como son
distancia de enlace, tamaños de los sustituyentes,
posibles isómeros, los cuales nos permite comprender
mejor a la molécula tratada. - Podemos concluir que de todos los confórmeros
posibles, la molécula adoptara la mayor parte de
tiempo solo
un de ellos. La molécula buscara la conformación
mas cómoda o mas
estable, o sea la conformación en donde las
interacciones sean mínimas. - Para cada compuesto nuevo que se descubre
sería bueno tratar de llevarlo a modelos moleculares ya
que no podría dar una ayuda acerca de los efectos
estéricos que pueda tener en relación con otras
moléculas adyacentes. - Actualmente se vienen des cubriendo infinidad de
compuestos y de cadena o anillos muy grandes lo que hace
prácticamente imposible hacer su correspondiente
modelo
molecular.
1.- Explique los siguientes conceptos:
Actividad óptica.- Es la propiedad que
tiene un compuesto para hacer rotar el plano de la luz un
determinado ángulo.
Dextrógiro.- Si un compuesto hace rotar el
plano de la luz hacia la derecha (en el sentido de las manecillas
del reloj).
Levógiro.- Si un compuesto hace rotar el
plano de la luz hacia la izquierda (en el sentido contrario a las
manecillas del reloj).
Rotación específica.- Es el
número observado de grados de rotación si se emplea
un tubo de 1 dm (10 cm.) de largo y si el compuesto examinado
está presente en la cantidad de 1gr/mL.
Quiralidad.- Es la presencia de un átomo
de carbono con cuatro átomos o grupos diferentes unidos a
él.
Molécula quiral.- Se dice que una
molécula es quiral si puede escribirse de dos formas que
sean una la imagen especular de la otra.
Centro quiral.- Es un átomo unido a cuatro
grupos diferentes (puede ser Carbono, Nitrógeno,
Fósforo, etc).
Superponible.- Que se puede acomodar
(espacialmente) en una forma idéntica a otro compuesto
isómero.
Enantiómeros.- Son aquellos
isómeros que corresponden a objeto e imagen (se
diferencian en la distribución espacial de los grupos
enlazados a carbonos asimétricos).
Diastereómeros.- Son aquellos
isómeros ópticos que no son objeto e imagen
especular.
Compuesto meso.- Son compuestos que tienen varios
carbonos asimétricos y planos de simetría, estos
son ópticamente inactivos.
Modificación racémica.- Es una
mezcla equimolecular de enantiómeros del mismo compuesto y
que al mezclarse pierden su actividad óptica, se
representan con (± ).
Configuración e isómeros
configuracionales.- Las configuraciones son las disposiciones
relativas cuando para una misma constitución existe más de una
posible disposición espacial, isomeros configuracionales
son los estereoisómeros como los diastereómeros y
los enantiómeros.
Conformaciones, disposiciones espaciales originadas por
giros alrededor de enlaces simples. Una de las conformaciones es
la más estable.
R.- Si visualizando la molécula orientada
de modo que el ligando de prioridad más baja se aleje, y
luego observamos el ordenamiento de los ligandos restantes. Si,
procediendo desde el ligando de prioridad máxima hacia el
de segunda y luego al de tercera, nuestra vista sigue una
trayectoria en el sentido de las manecillas del reloj, la
configuración se especifica por R (del latín
rectus, "derecha").
S.- Si lo hace en el sentido contrario es S (del
latín sinister, "izquierda").
"+".- Sentido de
rotación derecha (en el sentido de las manecillas del
reloj) de la luz polarizada cuando se pasa la luz por una
sustancia ópticamente activa.
"-".- sentido izquierdo
(en el sentido contrario de las manecillas del reloj).
Isómeros conformacionales.- Son las
conformaciones diferentes que corresponden a mínimos de
energía, también denominados
confórmeros.
Polarímetro.- Es un aparato que sirve para
medir el grado de rotación del plano de la luz
polarizada.
Haz de luz polarizada.- Es el haz que vibra en
ciertos planos, en los cuales tienen una sola
dirección.
2.- ¿Cuáles son las condiciones
estructurales para que exista la isomería
geométrica?
Respuesta.-
Para que exista la isomería
geométrica los átomos ligados al carbono con
doble enlace deben ser diferentes, pero un átomo de este
par debe estar también en el otro par del otro carbono
unido por el enlace doble.
3.- ¿Cuáles de los siguientes compuestos
exhiben isomería geométrica?
a) CH3-CH=CH2
b) CH3-CH=CH-Cl
c) CH3-CH=CH-CH3
d) CH3-CH=C-CH2-CH3
CH3
Respuesta.-
El primero no posee isomería
(cis/trans) ya que los atómos ligados a un carbono son
iguales.
El segundo si posee isomería ya
que tiene átomos diferentes en cada par.
El tercero también posee
isomería, debido ambos carbonos tienen el mismo par,
cuyos átomos de cada par son diferentes.
El cuarto también posee isomería
geométrica ya que tiene un grupo metil
en cada carbono enlazado doblemente.
4.- Escriba las formas cis y trans de los compuestos
anteriores que exhiban isomería
geométrica.
Respuesta.-
b)
c)
d)
5.- Dibuje las proyecciones de Newman para los
carbonos 2 y 3 del Butano e Isobutano. Asigne el nombre a los
confórmeros resultantes.
Respuesta.-
6.- Escriba las fórmulas de diez
moléculas quirales. Utilice modelos
tridimensionales.
Respuesta.-
7.- Represente las configuraciones (R) y (S) para los
siguientes compuestos.
a) b)
Configuraciones (R) y (S) para (a):
Configuraciones (R) y (S) para (b):
Trabajo realizado por
Giancarlo Cristiam Joo Ayala
Estudiante de la Universidad
Nacional de Ingeniería
Facultad de Ingeniería de Petróleo y Petroquímica
Lima – Perú