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Practica 6: Estereoquímica
ESTEREOQUÍMICA
Nombres E-mail
Sambony Ordoñez Yomira Elisa [email protected]
Velasco Mosquera Sharon Gisella [email protected]
Canencio Salgado Juan Carlos [email protected]
Laboratorio de química orgánica, Ingeniería Ambiental, Ingeniería Civil, Universidad del
Cauca
Grupo No: 6
Fecha de realización de la práctica: 06/04 /2015
Fecha de entrega de informe: 13/04/2015
1. RESUMEN
En el laboratorio se ejecutó todo lo relacionado a lo estereoquímica, con la utilización de las
representaciones moleculares (Cuñas-Caballetes-Newman-Fischer) de manera que se construyeron
moléculas manualmente con plastilina y palillos para reflejar como se observarían de manera
tridimensional. La práctica se distribuyó en cuatro procedimientos, tales como, moléculas sin
carbonos quirales, conformaciones del ciclohexano, molécula con un carbón quiral, y por ultimo
moléculas con dos carbonos quirales. Se analizó las conformaciones más estables, junto con el
plano de simetría de las moléculas y su respectiva quiralidad, además de las configuraciones (R-S)
de los carbonos quirales.
Concluimos con que la estereoquímica es el estudio de los compuestos orgánicos en el espacio.
Que nos permite comprender sus propiedades considerarando las tres dimensiones espaciales.
Dicha disposición tetraédrica de los sustituyentes de un carbono sp3 da lugar a la existencia de dos
posibles compuestos, que son imágenes especulares no superponibles, llamados enantiómeros. En
general a las moléculas que se diferencian por la disposición espacial de sus átomos, se les
denomina estereoisómeros. La estereoquímica es de gran relevancia en el área de polímeros, e
incluso en ramas de la medicina.
2. RESULTADOS
Tabla 1. Representación de Newman de conformación eclipsada de las moléculas de etano,
propano y 2-bromo-1-etanol
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Etano Propano 2-bromo-1-etanol
Tabla 2. Representación de Newman de conformación alternada de las moléculas de etano,
propano y 2-bromo-1-etanol
Etano Propano 2-bromo-1-etanol
Tabla 3. Representación de las conformaciones de silla y bote del ciclohexano en Newman
Silla Bote
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Tabla 4. Representaciones en cuñas de los isómeros del bromocloroyodometano
Objeto Imagen
Configuración carbono quiral: R Configuración carbono quiral: S
Tabla 5. Representación en cuñas y Fisher de la molécula de 2,3-dibromobutano
Cuñas objeto Cuñas Imagen
Fisher objeto Fisher Imagen
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Tabla 6. Representación en cuñas y Fisher de la molécula del ácido 2,3-dihidroxibutanoico
Cuñas objeto Cuñas Imagen
Fisher objeto Fisher Imagen
2.1. OBSERVACIONES
Tabla 7. Moléculas sin carbonos quirales
CONFORMACIÓN ESTABILIDAD ÁNGULO
Eclipsada Menos estable Diedro = 0°
Alternada Más estable Diedro = 60°
Tabla 8. Conformaciones del ciclohexano
CONFORMACIÓN ESTABILIDAD ÁNGULO
Silla Más estable 109.5°
Bote Menos estable Son próximos a la
disposición tetraédrica
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Practica 6: Estereoquímica
Moléculas con un carbono quiral
Representación en cuñas de los isómeros del bromocloroyodometano
Molécula quiral: Si
Existe plano de simetría: No
Moléculas con dos carbonos quirales
Representación en cuñas y Fisher de la molecula 2,3-dibromobutano
Molécula quiral: Si
Existe plano de simetría: Si
Asigne configuración a los carbones quirales
Objeto: 2R Y 3S
Imagen: 2S y 3R
Representación en cuñas y Fisher de la molecula ácido 2,3-dihidroxibutanoico
Molécula quiral: Si
Existe plano de simetría: No
Asigne configuración a los carbones quirales
Objeto: 2R Y 3S
Imagen: 2S y 3R
3. ANALISIS DE RESULTADOS
Moléculas sin carbonos quirales
Representación en Newman de conformaciones Eclipsadas
En esta representación los sustituyentes del átomo de carbono de delante se superpone
con los del átomo de detrás, las conformaciones eclipsadas so menos estables. Esta
conformación tiene mayor contenido energético debido a que la repulsión entre los
átomos de hidrógeno es máxima.
Representación en Newman de conformaciones alternadas
Las conformaciones alternadas se caracterizan porque los sustituyentes de ambos
carbonos de ambos carbonos se encuentran lo más alejados posibles. Este tipo de
conformaciones son más estables. En esta conformación el contenido energético es
mínimo.
Conformaciones del ciclohexano
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Representación en Newman de las conformaciones de silla y bote del ciclohexano
En una conformación de silla existen dos tipos de sustituyentes. Los sustituyentes
axiales son todos ellos paralelos entre si y se sitúan perpendicularmente al plano
medio definido por el ciclo. Los sustituyentes ecuatoriales se sitúan
aproximadamente paralelos al plano medio del ciclo.
La mayor parte de las interacciones estéricas desfavorables se producen cuando los
grupos están en posición axial. Un grupo tiene más espacio libre a su alrededor cuando
está en posición ecuatorial que cuando está en posición axial. Como consecuencia, las
dos conformaciones de silla de un ciclohexano sustituido no tendrán la misma
estabilidad. Con carácter general, en un ciclohexano la conformación más estable es
aquella en que los sustituyentes más voluminosos del anillo son ecuatoriales.
Imagen 1: Conformacion en silla del ciclohexano.Sustityentes axiales (ax) y
ecuatoriales (eq).
El ciclohexano también puede adoptar otras conformaciones menos estables. Una es
la conformación 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 hidrógenos que se encuentran en la base del bote y a la repulsión entre
los hidrógenos que se proyectan hacia el interior de bote. Esta interacción se conoce
como tensión transanular.
Moléculas con un carbono quiral
Representación en cuñas de los isómeros del bromocloroyodometano
- Configuración:
El objeto es de configuración R y su imagen de configuración S, en la molécula de
Bromocloroyodometano, el yodo es el grupo de mayor prioridad, que representamos
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por “a” y el hidrógeno 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 asimétrico tiene notación
R. por ende como este enantiómero
tiene notación R su imagen especular será S.
Quiralidad y plano de simetría :
El carbono está unido a bromo, cloro, yodo e hidrógeno, cuatro sustituyentes diferentes
que lo convierten en quiral o asimétrico. La molécula y su imagen en un espejo son
diferentes, ningún giro permite superponerlas. La relación entre una molécula y su
imagen especular no superponible es de enantiómeros.
Ademadas de lo anterior poder constatar que no tiene plano de simetría debido a que
las moléculas que tienen plano de simetría son superponibles con su imagen especular.
Se dice que son moléculas aquirales. Y esta es claramente una quiral, la explicación es
que al dividir a la molécula en dos mitades, no son imágenes especulares una de la otra.
Moléculas con dos carbonos quirales
1. 2,3-dibromobutano
Representación en cuñas y Fisher de la molécula
En una proyección Fischer los cuatro enlaces de un carbono tetraédrico se representa en
un plano con ángulos de 90° entre si, los enlaces que se dibujan en la vertical están
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situados por debajo del plano de papel (C-CH3), y los que se dibujan en la horizontal
están por debajo del plano (C-Br, C-H).
En la representación por cuñas:
Las cuñas rellenas representan enlaces que salen del plano (El CH unido al Br y al
CH3)
Las cuñas discontinuas representan enlaces que entran en el plano (H)
Las líneas representan enlaces contenidos en el plano del papel en este caso CH3, Br.
Quiralidad y plano de simetría 2,3-dibromobutano:
En este caso es una molécula quiral, al no suponerse el objeto con su
imagen, lo particular es que en las representaciones Fisher se ve
claramente un plano simetría 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.
Configuración de los carbonos.
Es una molécula quiral con carbonos aquirales pues si observamos cada carbono estos no
están unidos a diferentes sustituyentes en los dos se repite dos enlaces con carbonos.
3
1
2
3
1
1
2
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La configuración 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 escogiéramos el otro los
resultados serían distintos el objeto seria S, y su imagen R.
2. 2,3-dihidroxibutanoico
Representación en cuñas y Fisher de la molécula
En cuñas los enlaces que salen del plano son el del carbono principal con la ramificación
(Carbono unido a un hidrogeno, COOH, OH).
Los enlaces C-CH3, C-OH están contenidos en el plano. Y le enlace C-H, entran en el
plano están hacia atrás de la molécula.
En Fischer se ven más claramente los enlaces, los que están situados por debajo del
plano de papel (C-CH3, C-COOH), y los que se dibujan en la horizontal están por
debajo del plano (C-OH, C-H).
Quiralidad y plano de simetría 2,3-dihidroxibutanoico:
Es una molécula Quiral pues no se superpone el objeto y su
imagen, además no tienes plano de simetría porque, al hacer
el corte horizontal el carbono superior no esta unido a los
mismos sustituyentes que el inferior.
Configuración de los carbonos
1
1
1
2
1
3
1
1
1
2
1
3
1
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La configuración 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 análisis anterior si escogemos el otro
carbono la configuración será de manera inversa.
4. CONCLUSIONES
La conformación alternada es más estable ya que la repulsión es menor, debido a la
disposición del ángulo el cual es de 60°; en cambio la conformación eclipsada es menos
estable ya que la disposición del ángulo es 0°, lo que significa que los sustituyentes
tienden a repelerse.
Las moléculas presentadas todas fueron de carácter quiral, de manera práctica se
comprendió 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 moléculas por ejemplo
las cuñas y Fisher define si las moléculas son quirales o no, ayudándonos a decir si es
R o S entre los enantiomeros.
Existen carbonos quirales es decir asimétricos, que tienen sus cuatro sustituyentes
diferentes. También esta las moléculas quirales, que tienen que ver con su imagen
especular. Se debe saber que un carbono puede ser quiral dentro de una molécula
aquiral, y una molécula quiral puede contener carbonos aquirales.
Se perfeccionó el manejo de las representaciones moleculares, sabiendo en qué clase de
moléculas se puede emplear y como hacerle sus respectivos análisis.
5. PREGUNTAS COMPLEMENTARIAS
9. 1. ¿Qué es actividad óptica? ¿Qué es configuración? ¿Qué es un carbono?
Actividad óptica: es una propiedad de los cuerpos que hacen girar el plano de polarización
de la luz que les atraviesa. También es llamada rotación óptica.
Es un fenómeno que suele ocurrir en soluciones que tienen moléculas quirales, por ejemplo:
la sacarosa (azúcar), sólidos con planos cristalinos rotado (ej.: cuarzo) y la polarización
circular de gases atómicos o moleculares.
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La configuración electrónica: Al referirnos a la configuración electrónica (o periódica)
estamos hablando de la descripción de la ubicación de los electrones en los distintos niveles
(con subniveles y orbitales) de un determinado átomo.
Configurar significa "ordenar" o "acomodar", y electrónico deriva de "electrón"; así,
configuración electrónica es la manera ordenada de repartir los electrones en los niveles y
subniveles de energía.
Carbono quiral: Un carbono asimétrico o carbono quiral es un átomo de carbono que está
enlazado con cuatro sustituyentes o elementos diferentes. Puede presentarse en algunos
compuestos orgánicos, es decir, en aquellos que están presentes en los seres vivos, como los
glúcidos.
La presencia de uno o varios átomos de carbono asimétrico en un compuesto químico es
responsable de la existencia de isomería óptica. Cada una de las dos estructuras diferentes
que pueden formarse tiene los mismos átomos y los mismos enlaces pero no pueden
superponerse una sobre otra, como ocurre con las dos manos de una persona. Se llaman
enantiómeros y se diferencian en la dirección en la que desvían la luz polarizada por lo que
se llaman formas ópticamente activas.
9.2. Qué significa cada uno de los siguientes términos: R, S, cis-trans, D-L, +/- d-l, eritro-
treo, E-Z
Nomenclatura R y S.
Siempre habrá solo dos enantiómeros, por lo que debemos de usar algún método para poderlos
diferenciarlos. Para lograr esto se les antepone R o S colocándolo entre paréntesis antes del nombre
del compuesto.
Para determinar cuándo un isómero particular es R o S se desarrollaron las reglas de prioridad
llamadas Cahn-Ingold-Prelog.
Rotar la molécula de tal forma que el grupo de la prioridad menor esté apuntando directamente en
dirección opuesta a donde estamos. Si vemos a la molécula observaremos tres uniones y la cuarta
(la de menor prioridad se encontrará hacia atrás).
Los otros tres grupos se ordenan de mayor a menor prioridad y se traza una línea en la dirección
que muestre de mayor a menor.
- Si la dirección es en el sentido de las manecillas del reloj se utiliza R (Rectus).
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- Si la dirección es en contra de las manecillas del reloj se utiliza S (siniestro).
- El prefijo R o S se antepone al nombre del compuesto.
Los isómeros cis-trans
Tienen la misma cadena con las mismas funciones en las mismas posiciones, pero debido a que la
molécula es rígida, cabe la posibilidad de que dos grupos funcionales estén más próximos en el
espacio (cis) o más alejados (trans). La rigidez de la molécula 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 (isómero
cis) o en lados opuestos (isómero trans).
En el caso de un doble enlace, los sustituyentes más voluminosos pueden quedar del mismo lado
del doble enlace y estar más próximos en el espacio (isómero cis) o en distintos lados del doble
enlace, más alejados (isómero trans).
La nomenclatura D-L
Permite designar la configuración espacial absoluta de un enantiómero que posee un solo carbono
asimétrico. Estos compuestos poseen dos formas estereoisómeras que son imágenes 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 enantiómeros en formas dextrógiras
y levógiras.
Eritro / treo
Dos prefijos comunes utilizados para distinguir los diastereoisómeros son eritro y treo (que
corresponden a las etiquetas anti y syn respectivamente). Cuando se dibuja en la proyección de
Fischer el isómero eritro tiene dos sustituyentes idénticas en el mismo lado y el isómero Treo las
tiene en lados opuestos. Cuando se dibuja como una cadena en zig-zag, el isómero eritro tiene dos
sustituyentes idénticos en distintos lados del plano (isómero anti). Los nombres eritro y treo se
derivan de aldosa eritrosa (un jarabe) y aldosa treosa (punto de fusión 126° C). Un compuesto con
una proyección de Fisher del tipo eritro (sustituyentes del mismo lado), mostrará en la proyección
de cuñas la etiqueta anti (sustituyentes a lados diferentes del plano). En cambio, un compuesto con
una proyección de Fisher del tipo treo (sustituyentes en lados opuestos), mostrará en la proyección
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de cuñas la etiqueta sin (sustituyentes a lados diferentes del plano). Como es lógico, al pasar una
Fisher con sustituyentes del mismo lado a proyección en cuñas, obtendremos los sustituyentes en
lados opuestos del plano, y lo contrario si en Fisher se encuentran en lados opuestos.
Las etiquetas eritro y treo están en desuso, prácticamente se emplean sólo anti y sin.
Nomenclatura E-Z. Esta nomenclatura está basada en las palabras alemanas
- E = entgegen (separados)
- Z = zusammen (juntos)
Para designar cuál es el isómero E y cuál es el isómero Z se siguen reglas muy precisas. En cada
carbono, al sustituyente de mayor número atómico se le asigna el número 1 y al otro el número 2.
En caso de empate, se sigue el mismo criterio con los átomos unidos a ellos, hasta desempatar.
En consecuencia:
- El isómero Z (zusammen) será el que tenga los dos sustituyentes de mayor jerarquía
(a los que se ha asignado el número 1) del mismo lado del doble enlace (más
próximos en el espacio)
- El isómero E (entgegen) será el que los tenga los dos sustituyentes de mayor
jerarquía a distinto lado del doble enlace (más separados en el espacio)
3. ¿Qué es la luz polarizada? ¿Qué es un polarímetro? ¿Cómo 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 vibración
varía rápidamente, a razón de cien millones de veces por segundo.
El polarímetro es un instrumento mediante el cual podemos determinar el valor de la
desviación de la luz polarizada por un estereoisómero ópticamente activo
(enantiómero). A partir de un rayo de luz, a través de un filtro polarizador obtenemos
un rayo de luz polarizada plana, que al pasar por un porta muestras que contiene un
enantiómero en disolución, se desvía. Según la orientación relativa entre los ejes de los
dos filtros polarizantes, la luz polarizada pasará 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 través de la disolución de la
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sustancia que se pretende analizar. A continuación, esta luz pasa por un nuevo
polarizador (C) que deberá estar colocado en la posición 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 círculo (EE) el ángulo que es necesario
girar el segundo polarizador para obtener un máximo de intensidad luminosa. Si se
mide este ángulo cuando el recipiente está vacío y cuando el recipiente está lleno
con una sustancia opticamente activa, la diferencia entre ambos valores permite
calcular el poder rotatorio de la disolución.
- Usos:
Uno de los aparatos más usados para determinar la rotación de la luz polarizada causada
por los isómeros ópticos.
Para determinar la concentración de sustancias ópticamente activas, este polarímetro
está basado en el principio de balance fotoeléctrico. Puede usarse para calcular la
pureza, la concentración y el porcentaje de contenido de una sustancia midiendo la
composición química de la solución. Muy útil para análisis de azucares
9.4. Qué importancia tienen la quiralidad a nivel biológico, comente al menos tres ejemplos.
La quiralidad es un fenómeno común 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 más que
lo intentemos, jamás 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 corazón levemente hacia el costado izquierdo y su
hígado hacia el costado derecho. Los caparazones de conchas marinas helicoidales son quirales y
la mayoría son espirales.
La quiralidad en las moléculas biológicas es aún más ubicua, por ejemplo todos menos uno
de los 20 aminoácidos que conforman a las proteínas son quirales y clasificadas como de
sentido izquierdo. Las moléculas de los azucares biológicos por el contrario se clasifican
como de giro derecho. De hecho la mayoría de las moléculas de importancia biológica son
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quirales y la mayoría son encontradas preferentemente solo en una de sus versiones, o
derecha o izquierda.
Componentes con actividad biológica como los farmacéuticos también son quirales, y sus
isómeros 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 más severos que
los del farmacéutico deseado.
Nuestros sentidos del olfato y del gusto pueden de hecho sentir la diferencia, mientras la
versión derecha puede tener cierto olor y sabor, la versión izquierda de dicha molécula
puede tener un olor y sabor completamente diferente
9.5. Consulte al menos tres ejemplos de moléculas que sean quirales a pesar de no tener
carbonos quirales, en cada caso explique cuál es la razón de la quiralidad.
Esta molécula es quiral pues el objeto
y su imagen no se superponen, sin
embargo se ve que sus carbonos son
aquirales, pues al ser aromáticos los
carbonos están 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 molécula 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: Estereoquímica
2,3-pentadieno, el átomo
de carbono central de un
aleno tiene hibridación sp y
es lineal, mientras que los
átomos de carbono de los
extremos tienen
hibridación sp2 y son
trigonales. Los alenos son
quirales cuando cada uno de los átomos de carbono tiene al final dos sustituyentes diferentes
6. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
Osorio, R. Manual de técnicas de laboratorio químico. Editorial Universidad de
Antioquia. Medellín, 2009, Pag.3 a 9
Luis, S.V.; Burguete, M. I.; Altabaca, B. Introducción a la química Orgánica; Ed.
Universidad de Jaume I. Castellón, 1997, p 118.
García P. Estereoquímica. 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)
