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Practica 6: Estereoqumica
ESTEREOQUMICA
Nombres E-mail
Sambony Ordoez Yomira Elisa [email protected]
Velasco Mosquera Sharon Gisella [email protected]
Canencio Salgado Juan Carlos [email protected]
Laboratorio de qumica orgnica, Ingeniera Ambiental, Ingeniera
Civil, Universidad del
Cauca
Grupo No: 6
Fecha de realizacin de la prctica: 06/04 /2015
Fecha de entrega de informe: 13/04/2015
1. RESUMEN
En el laboratorio se ejecut todo lo relacionado a lo
estereoqumica, con la utilizacin de las
representaciones moleculares (Cuas-Caballetes-Newman-Fischer) de
manera que se construyeron
molculas manualmente con plastilina y palillos para reflejar
como se observaran de manera
tridimensional. La prctica se distribuy en cuatro
procedimientos, tales como, molculas sin
carbonos quirales, conformaciones del ciclohexano, molcula con
un carbn quiral, y por ultimo
molculas con dos carbonos quirales. Se analiz las conformaciones
ms estables, junto con el
plano de simetra de las molculas y su respectiva quiralidad,
adems de las configuraciones (R-S)
de los carbonos quirales.
Concluimos con que la estereoqumica es el estudio de los
compuestos orgnicos en el espacio.
Que nos permite comprender sus propiedades considerarando las
tres dimensiones espaciales.
Dicha disposicin tetradrica de los sustituyentes de un carbono
sp3 da lugar a la existencia de dos
posibles compuestos, que son imgenes especulares no
superponibles, llamados enantimeros. En
general a las molculas que se diferencian por la disposicin
espacial de sus tomos, se les
denomina estereoismeros. La estereoqumica es de gran relevancia
en el rea de polmeros, e
incluso en ramas de la medicina.
2. RESULTADOS
Tabla 1. Representacin de Newman de conformacin eclipsada de las
molculas de etano,
propano y 2-bromo-1-etanol
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Practica 6: Estereoqumica
Etano Propano 2-bromo-1-etanol
Tabla 2. Representacin de Newman de conformacin alternada de las
molculas de etano,
propano y 2-bromo-1-etanol
Etano Propano 2-bromo-1-etanol
Tabla 3. Representacin de las conformaciones de silla y bote del
ciclohexano en Newman
Silla Bote
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Practica 6: Estereoqumica
Tabla 4. Representaciones en cuas de los ismeros del
bromocloroyodometano
Objeto Imagen
Configuracin carbono quiral: R Configuracin carbono quiral:
S
Tabla 5. Representacin en cuas y Fisher de la molcula de
2,3-dibromobutano
Cuas objeto Cuas Imagen
Fisher objeto Fisher Imagen
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Practica 6: Estereoqumica
Tabla 6. Representacin en cuas y Fisher de la molcula del cido
2,3-dihidroxibutanoico
Cuas objeto Cuas Imagen
Fisher objeto Fisher Imagen
2.1. OBSERVACIONES
Tabla 7. Molculas sin carbonos quirales
CONFORMACIN ESTABILIDAD NGULO
Eclipsada Menos estable Diedro = 0
Alternada Ms estable Diedro = 60
Tabla 8. Conformaciones del ciclohexano
CONFORMACIN ESTABILIDAD NGULO
Silla Ms estable 109.5
Bote Menos estable Son prximos a la
disposicin tetradrica
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Practica 6: Estereoqumica
Molculas con un carbono quiral
Representacin en cuas de los ismeros del
bromocloroyodometano
Molcula quiral: Si
Existe plano de simetra: No
Molculas con dos carbonos quirales
Representacin en cuas y Fisher de la molecula
2,3-dibromobutano
Molcula quiral: Si
Existe plano de simetra: Si
Asigne configuracin a los carbones quirales
Objeto: 2R Y 3S
Imagen: 2S y 3R
Representacin en cuas y Fisher de la molecula cido
2,3-dihidroxibutanoico
Molcula quiral: Si
Existe plano de simetra: No
Asigne configuracin a los carbones quirales
Objeto: 2R Y 3S
Imagen: 2S y 3R
3. ANALISIS DE RESULTADOS
Molculas sin carbonos quirales
Representacin en Newman de conformaciones Eclipsadas
En esta representacin los sustituyentes del tomo de carbono de
delante se superpone
con los del tomo de detrs, las conformaciones eclipsadas so
menos estables. Esta
conformacin tiene mayor contenido energtico debido a que la
repulsin entre los
tomos de hidrgeno es mxima.
Representacin en Newman de conformaciones alternadas
Las conformaciones alternadas se caracterizan porque los
sustituyentes de ambos
carbonos de ambos carbonos se encuentran lo ms alejados
posibles. Este tipo de
conformaciones son ms estables. En esta conformacin el contenido
energtico es
mnimo.
Conformaciones del ciclohexano
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Practica 6: Estereoqumica
Representacin en Newman de las conformaciones de silla y bote
del ciclohexano
En una conformacin de silla existen dos tipos de sustituyentes.
Los sustituyentes
axiales son todos ellos paralelos entre si y se sitan
perpendicularmente al plano
medio definido por el ciclo. Los sustituyentes ecuatoriales se
sitan
aproximadamente paralelos al plano medio del ciclo.
La mayor parte de las interacciones estricas desfavorables se
producen cuando los
grupos estn en posicin axial. Un grupo tiene ms espacio libre a
su alrededor cuando
est en posicin ecuatorial que cuando est en posicin axial. Como
consecuencia, las
dos conformaciones de silla de un ciclohexano sustituido no
tendrn la misma
estabilidad. Con carcter general, en un ciclohexano la
conformacin ms estable es
aquella en que los sustituyentes ms voluminosos del anillo son
ecuatoriales.
Imagen 1: Conformacion en silla del ciclohexano.Sustityentes
axiales (ax) y
ecuatoriales (eq).
El ciclohexano tambin puede adoptar otras conformaciones menos
estables. Una es
la conformacin de bote en la cual los carbonos 1 y 4 se hallan
fuera del plano pero
en la misma cara. La forma de bote es menos estable que la de
silla debido al eclipsa
miento de los 8 hidrgenos que se encuentran en la base del bote
y a la repulsin entre
los hidrgenos que se proyectan hacia el interior de bote. Esta
interaccin se conoce
como tensin transanular.
Molculas con un carbono quiral
Representacin en cuas de los ismeros del
bromocloroyodometano
- Configuracin:
El objeto es de configuracin R y su imagen de configuracin S, en
la molcula de
Bromocloroyodometano, el yodo es el grupo de mayor prioridad,
que representamos
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Practica 6: Estereoqumica
por a y el hidrgeno el de menor
prioridad, que representamos por
d. Ahora dibujamos una flecha
que recorre los grupos en orden a
b c. Como el recorrido es en el
sentido de las agujas del reloj, el
carbono asimtrico tiene notacin
R. por ende como este enantimero
tiene notacin R su imagen especular ser S.
Quiralidad y plano de simetra :
El carbono est unido a bromo, cloro, yodo e hidrgeno, cuatro
sustituyentes diferentes
que lo convierten en quiral o asimtrico. La molcula y su imagen
en un espejo son
diferentes, ningn giro permite superponerlas. La relacin entre
una molcula y su
imagen especular no superponible es de enantimeros.
Ademadas de lo anterior poder constatar que no tiene plano de
simetra debido a que
las molculas que tienen plano de simetra son superponibles con
su imagen especular.
Se dice que son molculas aquirales. Y esta es claramente una
quiral, la explicacin es
que al dividir a la molcula en dos mitades, no son imgenes
especulares una de la otra.
Molculas con dos carbonos quirales
1. 2,3-dibromobutano
Representacin en cuas y Fisher de la molcula
En una proyeccin Fischer los cuatro enlaces de un carbono
tetradrico se representa en
un plano con ngulos de 90 entre si, los enlaces que se dibujan
en la vertical estn
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Practica 6: Estereoqumica
situados por debajo del plano de papel (C-CH3), y los que se
dibujan en la horizontal
estn por debajo del plano (C-Br, C-H).
En la representacin por cuas:
Las cuas rellenas representan enlaces que salen del plano (El CH
unido al Br y al
CH3)
Las cuas discontinuas representan enlaces que entran en el plano
(H)
Las lneas representan enlaces contenidos en el plano del papel
en este caso CH3, Br.
Quiralidad y plano de simetra 2,3-dibromobutano:
En este caso es una molcula quiral, al no suponerse el objeto
con su
imagen, lo particular es que en las representaciones Fisher se
ve
claramente un plano simetra pues a cortar en un punto los
extremos son
exactamente iguales. Si Hacemos un trazo horizontal, en la parte
superior
hay un carbono enlazado a un bromo, hidrogeno y un metilo; al
igual que
en la parte inferior.
Configuracin de los carbonos.
Es una molcula quiral con carbonos aquirales pues si observamos
cada carbono estos no
estn unidos a diferentes sustituyentes en los dos se repite dos
enlaces con carbonos.
3
1
2
3
1
1
2
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Practica 6: Estereoqumica
La configuracin del objeto es 2R, en sentido de las manecillas
de reloj, y las de su imagen
es 2S. si tomamos el carbono indicado con el punto rojo, si
escogiramos el otro los
resultados seran distintos el objeto seria S, y su imagen R.
2. 2,3-dihidroxibutanoico
Representacin en cuas y Fisher de la molcula
En cuas los enlaces que salen del plano son el del carbono
principal con la ramificacin
(Carbono unido a un hidrogeno, COOH, OH).
Los enlaces C-CH3, C-OH estn contenidos en el plano. Y le enlace
C-H, entran en el
plano estn hacia atrs de la molcula.
En Fischer se ven ms claramente los enlaces, los que estn
situados por debajo del
plano de papel (C-CH3, C-COOH), y los que se dibujan en la
horizontal estn por
debajo del plano (C-OH, C-H).
Quiralidad y plano de simetra 2,3-dihidroxibutanoico:
Es una molcula Quiral pues no se superpone el objeto y su
imagen, adems no tienes plano de simetra porque, al hacer
el corte horizontal el carbono superior no esta unido a los
mismos sustituyentes que el inferior.
Configuracin de los carbonos
1
1
1
2
1
3
1
1
1
2
1
3
1
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Practica 6: Estereoqumica
La configuracin del objeto es 3S (Contra las manecillas el
reloj) y de su imagen es 3R (A
favor del reloj) en el carbono Indicado, como en el anlisis
anterior si escogemos el otro
carbono la configuracin ser de manera inversa.
4. CONCLUSIONES
La conformacin alternada es ms estable ya que la repulsin es
menor, debido a la
disposicin del ngulo el cual es de 60; en cambio la conformacin
eclipsada es menos
estable ya que la disposicin del ngulo es 0, lo que significa
que los sustituyentes
tienden a repelerse.
Las molculas presentadas todas fueron de carcter quiral, de
manera prctica se
comprendi el concepto de quiralidad, la cual es una propiedad
donde un objeto no es
superponible con su imagen especular.
Las representaciones nos arroja como es la estabilidad de las
molculas por ejemplo
las cuas y Fisher define si las molculas son quirales o no,
ayudndonos a decir si es
R o S entre los enantiomeros.
Existen carbonos quirales es decir asimtricos, que tienen sus
cuatro sustituyentes
diferentes. Tambin esta las molculas quirales, que tienen que
ver con su imagen
especular. Se debe saber que un carbono puede ser quiral dentro
de una molcula
aquiral, y una molcula quiral puede contener carbonos
aquirales.
Se perfeccion el manejo de las representaciones moleculares,
sabiendo en qu clase de
molculas se puede emplear y como hacerle sus respectivos
anlisis.
5. PREGUNTAS COMPLEMENTARIAS
9. 1. Qu es actividad ptica? Qu es configuracin? Qu es un
carbono?
Actividad ptica: es una propiedad de los cuerpos que hacen girar
el plano de polarizacin
de la luz que les atraviesa. Tambin es llamada rotacin
ptica.
Es un fenmeno que suele ocurrir en soluciones que tienen
molculas quirales, por ejemplo:
la sacarosa (azcar), slidos con planos cristalinos rotado (ej.:
cuarzo) y la polarizacin
circular de gases atmicos o moleculares.
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Practica 6: Estereoqumica
La configuracin electrnica: Al referirnos a la configuracin
electrnica (o peridica)
estamos hablando de la descripcin de la ubicacin de los
electrones en los distintos niveles
(con subniveles y orbitales) de un determinado tomo.
Configurar significa "ordenar" o "acomodar", y electrnico deriva
de "electrn"; as,
configuracin electrnica es la manera ordenada de repartir los
electrones en los niveles y
subniveles de energa.
Carbono quiral: Un carbono asimtrico o carbono quiral es un tomo
de carbono que est
enlazado con cuatro sustituyentes o elementos diferentes. Puede
presentarse en algunos
compuestos orgnicos, es decir, en aquellos que estn presentes en
los seres vivos, como los
glcidos.
La presencia de uno o varios tomos de carbono asimtrico en un
compuesto qumico es
responsable de la existencia de isomera ptica. Cada una de las
dos estructuras diferentes
que pueden formarse tiene los mismos tomos y los mismos enlaces
pero no pueden
superponerse una sobre otra, como ocurre con las dos manos de
una persona. Se llaman
enantimeros y se diferencian en la direccin en la que desvan la
luz polarizada por lo que
se llaman formas pticamente activas.
9.2. Qu significa cada uno de los siguientes trminos: R, S,
cis-trans, D-L, +/- d-l, eritro-
treo, E-Z
Nomenclatura R y S.
Siempre habr solo dos enantimeros, por lo que debemos de usar
algn mtodo para poderlos
diferenciarlos. Para lograr esto se les antepone R o S
colocndolo entre parntesis antes del nombre
del compuesto.
Para determinar cundo un ismero particular es R o S se
desarrollaron las reglas de prioridad
llamadas Cahn-Ingold-Prelog.
Rotar la molcula de tal forma que el grupo de la prioridad menor
est apuntando directamente en
direccin opuesta a donde estamos. Si vemos a la molcula
observaremos tres uniones y la cuarta
(la de menor prioridad se encontrar hacia atrs).
Los otros tres grupos se ordenan de mayor a menor prioridad y se
traza una lnea en la direccin
que muestre de mayor a menor.
- Si la direccin es en el sentido de las manecillas del reloj se
utiliza R (Rectus).
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Practica 6: Estereoqumica
- Si la direccin es en contra de las manecillas del reloj se
utiliza S (siniestro).
- El prefijo R o S se antepone al nombre del compuesto.
Los ismeros cis-trans
Tienen la misma cadena con las mismas funciones en las mismas
posiciones, pero debido a que la
molcula es rgida, cabe la posibilidad de que dos grupos
funcionales estn ms prximos en el
espacio (cis) o ms alejados (trans). La rigidez de la molcula se
debe normalmente a la presencia
de:
- un doble enlace
- un anillo
En el caso del anillo, determinados sustituyentes pueden quedar
del mismo lado del anillo (ismero
cis) o en lados opuestos (ismero trans).
En el caso de un doble enlace, los sustituyentes ms voluminosos
pueden quedar del mismo lado
del doble enlace y estar ms prximos en el espacio (ismero cis) o
en distintos lados del doble
enlace, ms alejados (ismero trans).
La nomenclatura D-L
Permite designar la configuracin espacial absoluta de un
enantimero que posee un solo carbono
asimtrico. Estos compuestos poseen dos formas estereoismeras que
son imgenes especulares no
superponibles (como las dos manos de una persona), y se designan
con las letras D- y L-, delante
del nombre del compuesto. Estas letras proceden de las palabras
latinas dextro y levo, pero no se
debe confundir con la nomenclatura relativa que clasifica a los
enantimeros en formas dextrgiras
y levgiras.
Eritro / treo
Dos prefijos comunes utilizados para distinguir los
diastereoismeros son eritro y treo (que
corresponden a las etiquetas anti y syn respectivamente). Cuando
se dibuja en la proyeccin de
Fischer el ismero eritro tiene dos sustituyentes idnticas en el
mismo lado y el ismero Treo las
tiene en lados opuestos. Cuando se dibuja como una cadena en
zig-zag, el ismero eritro tiene dos
sustituyentes idnticos en distintos lados del plano (ismero
anti). Los nombres eritro y treo se
derivan de aldosa eritrosa (un jarabe) y aldosa treosa (punto de
fusin 126 C). Un compuesto con
una proyeccin de Fisher del tipo eritro (sustituyentes del mismo
lado), mostrar en la proyeccin
de cuas la etiqueta anti (sustituyentes a lados diferentes del
plano). En cambio, un compuesto con
una proyeccin de Fisher del tipo treo (sustituyentes en lados
opuestos), mostrar en la proyeccin
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Practica 6: Estereoqumica
de cuas la etiqueta sin (sustituyentes a lados diferentes del
plano). Como es lgico, al pasar una
Fisher con sustituyentes del mismo lado a proyeccin en cuas,
obtendremos los sustituyentes en
lados opuestos del plano, y lo contrario si en Fisher se
encuentran en lados opuestos.
Las etiquetas eritro y treo estn en desuso, prcticamente se
emplean slo anti y sin.
Nomenclatura E-Z. Esta nomenclatura est basada en las palabras
alemanas
- E = entgegen (separados)
- Z = zusammen (juntos)
Para designar cul es el ismero E y cul es el ismero Z se siguen
reglas muy precisas. En cada
carbono, al sustituyente de mayor nmero atmico se le asigna el
nmero 1 y al otro el nmero 2.
En caso de empate, se sigue el mismo criterio con los tomos
unidos a ellos, hasta desempatar.
En consecuencia:
- El ismero Z (zusammen) ser el que tenga los dos sustituyentes
de mayor jerarqua
(a los que se ha asignado el nmero 1) del mismo lado del doble
enlace (ms
prximos en el espacio)
- El ismero E (entgegen) ser el que los tenga los dos
sustituyentes de mayor
jerarqua a distinto lado del doble enlace (ms separados en el
espacio)
3. Qu es la luz polarizada? Qu es un polarmetro? Cmo funciona? Y
consulte
algunos usos.
La luz polarizada: puede ser definida como un conjunto de ondas
luminosas que vibran
todas ellas en un solo plano, mientras que en la luz no
polarizada el plano de vibracin
vara rpidamente, a razn de cien millones de veces por
segundo.
El polarmetro es un instrumento mediante el cual podemos
determinar el valor de la
desviacin de la luz polarizada por un estereoismero pticamente
activo
(enantimero). A partir de un rayo de luz, a travs de un filtro
polarizador obtenemos
un rayo de luz polarizada plana, que al pasar por un porta
muestras que contiene un
enantimero en disolucin, se desva. Segn la orientacin relativa
entre los ejes de los
dos filtros polarizantes, la luz polarizada pasar por el segundo
filtro o no.
- Funcionamiento: La luz introducida es polarizada en un plano
determinado
mediante el polarizador (A) y luego se hace pasar a travs de la
disolucin de la
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Practica 6: Estereoqumica
sustancia que se pretende analizar. A continuacin, esta luz pasa
por un nuevo
polarizador (C) que deber estar colocado en la posicin adecuada
para permitir el
paso de la luz hasta el objetivo (F), para lo cual se dispone de
un sistema que permite
girarlo alrededor de un eje.
Gracias a la lente (D), se puede leer en el crculo (EE) el ngulo
que es necesario
girar el segundo polarizador para obtener un mximo de intensidad
luminosa. Si se
mide este ngulo cuando el recipiente est vaco y cuando el
recipiente est lleno
con una sustancia opticamente activa, la diferencia entre ambos
valores permite
calcular el poder rotatorio de la disolucin.
- Usos:
Uno de los aparatos ms usados para determinar la rotacin de la
luz polarizada causada
por los ismeros pticos.
Para determinar la concentracin de sustancias pticamente
activas, este polarmetro
est basado en el principio de balance fotoelctrico. Puede usarse
para calcular la
pureza, la concentracin y el porcentaje de contenido de una
sustancia midiendo la
composicin qumica de la solucin. Muy til para anlisis de
azucares
9.4. Qu importancia tienen la quiralidad a nivel biolgico,
comente al menos tres ejemplos.
La quiralidad es un fenmeno comn en el universo. Un objeto
quiral es un objeto que posee la
propiedad de no ser superponible a pesar de tener la misma
forma. Por ejemplo, si colocamos una
imagen de una mano y su reflejo e intentamos superponerlas, nos
daremos cuenta que por ms que
lo intentemos, jams podremos hacer que todas las partes
coincidan.
En otras palabras, un objeto quiral no es superponible con su
imagen reflejada. Por ejemplo, el
cuerpo humano es quiral, puesto que tiene su corazn levemente
hacia el costado izquierdo y su
hgado hacia el costado derecho. Los caparazones de conchas
marinas helicoidales son quirales y
la mayora son espirales.
La quiralidad en las molculas biolgicas es an ms ubicua, por
ejemplo todos menos uno
de los 20 aminocidos que conforman a las protenas son quirales y
clasificadas como de
sentido izquierdo. Las molculas de los azucares biolgicos por el
contrario se clasifican
como de giro derecho. De hecho la mayora de las molculas de
importancia biolgica son
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Practica 6: Estereoqumica
quirales y la mayora son encontradas preferentemente solo en una
de sus versiones, o
derecha o izquierda.
Componentes con actividad biolgica como los farmacuticos tambin
son quirales, y sus
ismeros de giro opuesto muchas veces en el mejor de los casos no
son funcionales o tienen
una menor funcionalidad; en otras ocasiones poseen efectos
secundarios ms severos que
los del farmacutico deseado.
Nuestros sentidos del olfato y del gusto pueden de hecho sentir
la diferencia, mientras la
versin derecha puede tener cierto olor y sabor, la versin
izquierda de dicha molcula
puede tener un olor y sabor completamente diferente
9.5. Consulte al menos tres ejemplos de molculas que sean
quirales a pesar de no tener
carbonos quirales, en cada caso explique cul es la razn de la
quiralidad.
Esta molcula es quiral pues el objeto
y su imagen no se superponen, sin
embargo se ve que sus carbonos son
aquirales, pues al ser aromticos los
carbonos estn enlazados a
sustituyentes repetidos, se enlazan
carias veces a otros carbonos. Es
decir rompen la regla de los carbonos
quirales.
Como en el caso anterior la molcula es claramente quiral, pero
sus carbonos son aquirales pues
sus cuatro posibles sustituyentes no son diferentes en su
totalidad.
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Practica 6: Estereoqumica
2,3-pentadieno, el tomo
de carbono central de un
aleno tiene hibridacin sp y
es lineal, mientras que los
tomos de carbono de los
extremos tienen
hibridacin sp2 y son
trigonales. Los alenos son
quirales cuando cada uno de los tomos de carbono tiene al final
dos sustituyentes diferentes
6. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
Osorio, R. Manual de tcnicas de laboratorio qumico. Editorial
Universidad de
Antioquia. Medelln, 2009, Pag.3 a 9
Luis, S.V.; Burguete, M. I.; Altabaca, B. Introduccin a la
qumica Orgnica; Ed.
Universidad de Jaume I. Castelln, 1997, p 118.
Garca P. Estereoqumica. Editorial Universidad de Murcia. Murcia,
1991, P 40
http://www.quiral.es/quiralidad.htm (11/04/2015)
http://rabfis15.uco.es/lvct/tutorial/30/informacion%20web/73frame1.htm!(08/04/2015)
(08/04/2015)
http://www.quimicaorganica.org/foro/1-introduccion-a-la-quimica-organica-/4314-
carbono-quiral.html (12/04/2015)
