QUIRALIDAD

INTRODUCCION

La estereoquímica es el estudio de los compuestos orgánicos en el espacio. Para comprender las propiedades de los compuestos orgánicas es necesario considerar las tres dimensiones espaciales. La base de lal estereoquímica fueron puestas por Jacobus Van’t Hoff y Le Bel, en el año 1874. De forma independiente propusieron que los cuatro sustituyentes de un carbono se dirigen hacia los vértices de un tetraedro, con el carbono en el centro del mismo.

La disposición tetraédrica de los sustituyentes de un carbono sp3 de un carbono da lugar a la existencia de dos posibles compuestos, que son imagen especular no superponibles, llamados enentiómeros.

En general a las moléculas que se diferencian por la disposición espacial de sus átomos, se los denomina estereisómeros.

Estereoisómeros: son aquellos que teniendo la misma fórmula molecular, tienen sus átomos colocados de igual manera, pero su disposición en el espacio es diferente. Se subdividen en:

Enantiomeros: si uno es la imagen especular del otro y no pueden superponerse.

Isómeros Geométricos o Diastereoisómeros: son aquellos que no guardan entre si una relación objeto-imagen en el espejo. Corresponden a dobles enlaces y a la colocación de los sustituyentes iguales, los dos al mismo lado CIS u opuesto TRANS.

Ejemplos:

Quiralidad: La palabra quiral fue introducida por William Thomson (Lord Kelvin) en 1894 para designar objetos que no son superponibles con su imagen especular. Aplicando a la química orgánica, podemos decir que una molécula es quiral cuando ella y su imagen en un espejo no son superponibles.

La quiralidad está a menudo a asociada a la presencia de carbonos asimétricos. UN carbono asimétrico es aquel que se une a cuatro sustituyentes diferentes. Un ejemplo de carbono asimétrico lo tenemos en la molécula de Bromocloroyodometano. El carbono está unido a bromo, cloro, yodo e hidrogeno, 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 enentiómeros.

En este dibujo podemos ver la molécula y su enentiómero reflejado en el espejo.

CONCEPTO

La quiralidad es la propiedad de un objeto de no ser superponible con su imagen especular. Como ejemplo sencillo, la mano izquierda humana no es superponible con su imagen especular (la mano derecha).

Con este sencillo ejemplo en dos dimensiones podemos entender el significado de la definición antes vista, teniendo en cuenta dos dimensiones.

Aplicado a la química orgánica, podemos decir que una molécula es quiral cuando ella y su imagen en un espejo no son superponibles.

¿Pero qué hace que una molécula sea quiral? La característica más común (aunque no la única) que da pie a la quiralidad es un átomo de carbono que está enlazado a cuatro grupos diferentes. Tales átomos de carbono se conocen como átomos de carbono asimétricos o átomos de carbono quirales, y por lo general se denotan con un as terisco (*).

El átomo de carbono 2 del 2-bromobutano está enlazado a un átomo de hidrógeno, a uno de bromo, a un grupo metilo y a un grupo etilo. Es un átomo de carbono asimétrico y es el responsable de la quiralidad del 2-bromobutano.

Un átomo de carbono asimétrico es el ejemplo más común de un centro quiral, el término IUPAC para cualquier átomo que tiene un conjunto de grupos funcionales en una distribución espacial que no es superponible con su imagen especular.

Los centros quirales pertenecen a un grupo todavía más amplio llamado estereocentros. Un estereocentro (o átomo estereogénico) es cualquier átomo en el que el intercambio de dos grupos genera un es- tereoisómero.

Los carbonos asimétricos y los átomos de carbono con enlaces dobles de los isómeros cis-trans, son los tipos más comunes de estereocentros. La figura 5-5 compara estas definiciones.

ISOAMERIA OPTICA

Compuestos que tienen fórmulas moleculares idénticas y sus átomos presentan la misma distribución, pero se observa distinta distribución espacial (en tres dimensiones) de los grupos unidos a un átomo de carbono.

Para que haya isómeros ópticos es necesario que los cuatro sustituyentes unidos a un átomo de carbono sean “distintos” (carbono asimétrico).

Se asigna un orden de prioridad a los grupos (por número atómico). Si dos de ellos fueran el mismo átomo el orden se determina por la prioridad de sus sustituyentes.

Se sitúa el sustituyente 4 hacia atrás y se observa el triángulo que forman los otros tres. Si el orden 1-2-3 sigue las agujas del reloj el isómero se denomina R y si sigue el contrario se denomina S.

Si una molécula tiene n átomos de Carbono asimétricos, tendrá un total de 2n isómeros ópticos

Los compuestos con un carbono asimétrico, como puede ser el 2-clorobutano, pueden existir en forma de dos isómeros (son compuestos que tienen la misma composición atómica pero diferente fórmula estructural).

El carbono 2 es asimétrico, se une a cuatro sustituyentes diferentes, que son: cloro, metilo, etilo e hidrógeno. La presencia del carbono asimétrico (centro quiral) permite la existencia de dos estereoisómeros que se diferencian por la diferente disposición espacial de los sustituyentes entorno al carbono asimétrico.

La molécula que resulta de poner el cloro hacia nosotros no es igual a la molécula que tiene el cloro al fondo. Estas moléculas no se pueden superponer mediante giros, son diferentes. Colocadas de forma adecuada puede verse que son imágenes especulares.

Es necesaria una nomenclatura que distinga los estereoisómeros de una molécula. Así, en el caso del 2-Clorobutano la notación debe distinguir un enentiómero del otro. Cahn, Ingold y Prelog desarrollaron unas reglas que permiten distinguir unos estereoisómeros de otros, escrita a continuación.

Regla 1.- Dar prioridades a cada uno de los cuatro átomos o grupos de átomos enlazados directamente al carbono asimétrico. Esta prioridad se da por número atómico. En la molécula de Bromocloroyodometano, el yodo es el grupo de mayor prioridad, que representamos por “a” y el hidrógeno el de menor prioridad, que respresentamos por “d”.

Regla 2.- Orientar la molécula con el grupo de menor prioridad hacia el fondo del papel. En el ejemplo anterior el grupo de menor prioridad es el hidrógeno (grupo d) y está como puede verse en la figura al fondo del papel (línea discontinua). Ahora dibujamos una flecha que recorre los grupos en orden a

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