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Estereoquímica

Objetivos Describir y explicar el concepto de estereoquímica y su importancia

Identificar el tipo de Isomería (i. constitucional ó estructural: de cadena, funcional, de posición; ii. estereoisomería) que presenta un compuesto, mediante la observación del número y tipo de átomos, su distribución, así como su disposición espacial.

Describir las características de la Estereoisomería Conformacional para compuestos de cadena abierta y cicloalcanos, así como los conceptos de confórmero, ángulo diedro, sustituyentes axiales y ecuatoriales, así como la estabilidad relativa de los confórmeros.

Representar las diferentes conformaciones (eclipsadas, alternadas) por medio de proyecciones de Newman, caballete para compuestos de cadena abierta y de silla y de bote para cicloalcanos.

Describir las características de la Estereoisomería Configuracional (geométrica cis-trans) para alquenos, así como su importancia.

Identificar por medio de la aplicación de la Regla Canh Ingold Prelog (CIP) los isómeros geométricos cis-trans así como sus propiedades físicas.

Describir las características de la Estereoisomería Configuracional (óptica), los conceptos de imagen especular, quiralidad, aquiralidad, centro quiral (estereocentro), enantiómeros, diasterómeros, meso, actividad óptica, rotación óptica específica, mezcla racémica, resolución óptica y calcular el número de estereoisómeros posibles para un compuesto.

Asignar configuración absoluta R o S para estereoisómeros ópticos empleando reglas CIP.

Asignar configuración absoluta D y L para aminoácidos y carbohidratos, por analogía con el D-compuesto.

Identificar el tipo de Estereoisomería que presentan los compuestos orgánicos, mediante la observación del número, tipo y disposición espacial de los átomos y asignar sus configuraciones absolutas, según corresponda.

I. Isomería

1. Completa con la palabra correcta: a. El prefijo iso significa______________________________

b. Compuestos con propiedades distintas, pero con el mismo número y tipo de átomos _______________________________ c. Isómeros con un patrón de enlace distinto para los átomos de carbono __________________________________________ d. Isómeros con el mismo patrón de enlace de todos sus átomos, pero que guardan una orientación espacial distinta ____________________ e. Isómeros con un grupo funcional distinto _________________________________________________ f. Isómeros que difieren en la posición del grupo funcional _________________________________________________ 2. Identificar si cada uno de los pares de compuestos son isómeros o no, si es el caso indicar el tipo al que pertenecen, sean

constitucionales o estructurales (de cadena, de posición o funcionales) ó estereoisómeros.

a) CH3CH2CH(OH)CH3 y CH3CH(OH)CH2CH3 b) 2-heptanona y 3-heptanona

c) y d) n-pentanol y 2,2-dimetil-propanol e) etanol y éter dimetílico

f) CH3(CH2)5C CH y g) Metanol y formaldehído

h)

i) y j) CH2 =CH-CH3 y

Química Orgánica Química Orgánica Química Orgánica Química Orgánica Química Orgánica ITESM-cq, Depto. C.B. Academia Química

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3. Escribir las formulas estructurales y nombre IUPAC de todos los isómeros constitucionales que tengan las fórmulas y condiciones dadas:

a) C4H10

b) C2H4Cl2 c) C3H6O , con un doble enlace II. Estereoisomería Conformacional para compuestos de cadena abierta y cicloalcanos

1. Completa con la palabra adecuada: a. Las distintas disposiciones espaciales posibles para una molécula por rotación alrededor de un enlace simple se denominan _________________ b. Estudio de las diferencias de estabilidad y propiedades de las conformaciones ___________________________________ c. Al ángulo entre dos sustituyentes en una misma conformación, se le conoce como _________________________________ d. La conformación donde los sustituyentes más voluminosos se encuentran a 60° se le conoce como ___________________ e. La conformación eclipsada es ______________________________estable, que una conformación alternada f. La conformación más estable del butano es _____________________________________ g. La conformación más estable de un cicloalcano es ______________________________________________ h.Los enlaces C-H en la conformación de silla del ciclohexano no son equivalentes, sino que están divididos en dos conjuntos de seis enlaces cada uno llamado enlaces ____________________ y enlaces ______________________ i. Los sustituyentes en un anillo de ciclohexano son más estables cuando son ______________________ 2. Escribir el nombre IUPAC del compuesto representado por las siguientes proyecciones, indicar el tipo de conformación representada a.

.

b.

c.

d.

e.

f.

g.

h.

i.

3. Representar las conformaciones indicadas (proyección de Newman) para los siguientes compuestos: a. Conformación anti del nonano, vista a lo largo de los carbonos 2 y 3 b. Conformación Oblicua del Butanal c. Conformación eclipsada del 2,3-difluoropentano, vista a lo largo de los carbonos 2 y 3

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d. Conformación Gauché del 3-metil-1-hepteno, vista a lo largo de los carbonos 3 y 4 e. Conformación más estable del 1,2,3,4,5,6-hexahidroxiciclohexano f. Conformación de silla del 2-cloro-3,4-dietil-6-metil- 1-yodo-ciclohexano con sustituyentes halogenados en posición ecuatorial y los demás en posición axial 4. Determinar si las dos estructuras de cada una de las siguientes parejas representan isómeros constitucionales, distintas conformaciones del mismo compuesto o estereoisómeros que no pueden interconvertirse por rotación alrededor de un enlace sencillo o son idénticos: a.

y

b. y

c. y

d. y

e. y

f.

g. y

h. y

5. Considerar las siguientes proyecciones de Newman para contestar las preguntas:

a. ¿Las estructuras I, II y III representan moléculas iguales o diferentes? b. ¿Cuál es el nombre de la conformación representada por la proyección II? c. ¿Cuál es el ángulo diedro Cl-C-C-Cl en la proyección I? d. Partiendo de la proyección I y cambiando el ángulo diedro Cl-C-C-Cl en 120 grados resulta la proyección e. La proyección que representa la conformación mas estable es: 6. Elegir de cada par el confórmero más estable

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a)

b)

c)

d) III. Estereoisomería Geométrica para alquenos

1. Completa con falso o verdadero según corresponda: a. _____________ La isomería geométrica existe en cualquier compuesto con dobles enlaces b. _____________ La isomería geométrica tiene influencia en las propiedades físicas de los compuestos que la presentan c. _____________ El estereisómero cis tambien se identifica con la letra E d. _____________ El estereisómero Z puede interconvertirse en el estereoisómero E por medio de la rotación de un enlace simple e.______________ El estereoisómero E presenta menor punto de fusión

2. Indicar cual de los siguientes alquenos exhibe isomería geométrica, dibujar su estructura (si aplica)

a. 3-isopropil-1-hexeno

b. c. 3-metil-1,3,5-heptatrieno d. 2-metil-3-hexeno e. 2-butenato de etilo f. 1-cloro-2-metil-2-buteno

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g.

3. Escribir fórmulas estructurales para los alquenos de fórmula molecular C5H10 que exhiban isomería geométrica. Indicar las estructuras cis y trans 4. Dar los nombres IUPAC para cada uno de los siguientes compuestos:

a.

b.

c.

d.

e.

f.

g.

h.

i.

j.

k.

l.

m.

n.

5. Elegir de cada par, el compuesto con el punto de ebullición más alto

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1. a. y b.

2. a. y b.

6. Elegir de cada par, el compuesto con el mayor punto de fusión

a. y b.

a. y b.

7. Explicar la razón por la cual los nombres siguientes son incorrectos, proporcionar los nombres correctos. a. trans-1,1-diterbutil-eteno b. cis-3-penteno

c. (E,Z)-2-cloro-3-metil-2,4-pentadieno 8. Dibujar la estructura de cada uno de los siguientes compuestos, mostrando claramente su estereoquímica:

a. (E)-2-cloro-2-buteno b. (2Z,4Z)-nonadieno c. (E)-2-bromo-1-nitro-2-buteno

9. Indicar cuál de los siguientes ciclohexanos presenta isomería geométrica y determinar si ésta es cis o trans

a) b) c) 10. El atrayente sexual de la mariposa Cydia pomonella es el estereoisómero (Z,E) del 3-etil-1-hidroxi-7-metil-2,6-decadieno, escribir la estructura del compuesto que muestre claramente su estereoquímica. IV. Estereoisomería óptica

1. Completar con la(s) palabra(s) correcta(s): a. A la química en tres dimensiones se le conoce como ___________________________________ b. Término empleado para moléculas distintas no superponibles a su imagen especular __________________________ c. Un carbono quiral también es conocido con el nombre de ________________________________________________ d. Las moléculas ______________________________ son superponibles a su imagen en el espejo

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e. La _______________________________ es la descripción precisa de la disposición de sus átomos en el espacio f. Las reglas de __________________________se emplean para asignar configuración absoluta a un centro quiral g. Las líneas ____________________ en la proyección de Fisher representan enlaces dirigidos hacia el observador h. Propiedad física de las moléculas quirales que consiste en la capacidad de desviar el plano de luz polarizada se le conoce como _____________________________________ i. Un estereoisómero que no es superponible a su imagen en el espejo se le identifica como _______________________ j. La fórmula 2

n , permite el cálculo de ___________________________________ conociendo el número de centros quirales

(n) k. Un enantiómero que desvía el plano en el sentido de las manecillas del reloj se dice que es______________________ l. Una ________________________________ es ópticamente inactiva y contiene cantidades iguales de un par de enantiómeros m. Un compuesto _________________________ es una molécula aquiral que contiene centros quirales, por tanto ópticamente inactivas n. La ____________________________ es la separación de una mezcla racémica de sus enantiómeros 2. Identificar con un asterisco el o los centro(s) quirale(s) (si los hay) en las siguientes estructuras o dibujarlas en caso necesario a.

.

b.

c.

d.

e.

f.

g.

h. i. 2,3-pentanodiol j. 1,4-diclorociclohexano

k.

l.

3. Asignar la configuración absoluta a(los) centro(s) quiral(es) presente(s) en las siguientes estructuras:

a.

b.

c.

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d.

e.

f.

g.

h.

i.

4. Asignar la estereoquímica del(os) centro(s) quiral(es) presente(s) indicados con flechas, en las siguientes estructuras:

a.

b.

5. Dibujar las proyecciones de Fisher de los siguientes compuestos: a. (S)-1,2-propanodiol b. ( R) –2-bromo-1-butanol c.( 2S,3R)-2,3-butanodiamina d.(S)-1,2-dibromobutano e. Acido (2S,3S)-2,3-dicloro-butanodioico 6. Identifica si los siguientes compuestos son idénticos, enantiómeros, diasterómeros , isómeros constitucionales o no son isómeros: (sugerencia: identificar si son isómeros o no, si son ópticos asignar configuraciones y comparar)

a. y b. y

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c. y

d. y

e. y

f. y

7. ¿Cuáles de las siguientes proyecciones de Fisher representan enantiómeros, cuáles diasterómeros y cuál es una forma meso?

8. Considerando la estructura siguiente ¿cuál de las estructuras corresponde a su enantiómero?

a. b. c. d. 9. Completar la tabla con configuración absoluta de los centros quirales para las estructuras y posteriormente contestar la preguntas.

Configuración absoluta (R,R); (R,S); (S,S) ó (S,R)

a. ¿Cuáles son enantiómeros? b. ¿cuáles son estructuras idénticas? c.¿Cuáles son diasterómeros?

10. ¿Cuál de las siguientes estructuras corresponde a la (R,S,S)

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11. ¿Cuál de las estructuras (1, 2 ó 3) es enantiómero y cuál es diasterómero de la estructura (R,S,S) de la pregunta anterior? 12. Considerando la estructura de la amoxicilina (antibiótico quiral de amplio espectro) contestar las preguntas

a. ¿cuántos carbonos quirales presenta la amoxicilina? b. ¿cuántos estereoisómeros tiene el compuesto? c. ¿cuántos enantiómeros tiene? d. La configuración absoluta del carbono número 2 es___________ y la del número 6 es_____________ 13. Una disolución acuosa de (+)-gliceraldehído, cuya concentración es de 2% m/v, se introduce en una celda de un polarímetro de 100 mm de longitud. Usando la línea D del sodio, se mide una rotación del plano de polarización de +1.74° a 25°C. ¿Cuál es la rotación óptica específica del (+)-gliceraldehído? 14. Una disolución acuosa contiene 10 g de fructosa ópticamente pura, se diluyó a 500 mL con agua y se colocó en un tubo de un polarímetro de 20 cm de largo, usando una lámpara de sodio. La rotación medida fue de –5.20° a 298 K. Calcular la rotación óptica específica de la fructosa. 15. Asignar configuración absoluta en el esquema D y L para los compuestos representados por las siguientes estructuras:

a.

b.

c.

d.

16. Dibujar el aminoácido D-serina que tiene la fórmula semidesarrollada CH2OH-CHNH2-COOH. Asignar configuración absoluta R o S según corresponda 17. Dibujar la ácido -láctico, el cual tiene la fórmula semidesarrollada CH3CHOH-COOH. Asignar configuración absoluta R o S según corresponda Respuestas I. Isomería

1. a. Igual b. Isomeros c.De cadena

a. Estereoisómeros b. Funcionales c. De posición

2.

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a. No son isómeros, representan al mismo compuesto b. Isómeros de posición c. No son isómeros d. Isómeros de cadena e. Isómeros funcionales f. Isómeros funcionales g. No son isómeros h. Isómeros de cadena i. Estereoisómeros j. Isómeros funcionales

3. a. n-butano y 2-metil-propano b. 1,1-dicloroetano y 1,2-dicloroetano c. Propanal, 2-propenol-1; propanona, etenil-metil-éter y 1-propenol-1

II.Estereoisomería Conformacional para hidocarburos de cadena abierta y cicloalcanos

1. a. Conformaciones b. Análisis conformacional c. Diedro d. Gauché, también oblicua e. menos f. anti g. silla h. axiales y ecuatoriales i. Ecuatoriales 2. a. 2,3-butanodiol; Eclipsada b. 2,3-dimetil-2,3-butanodiol; Eclipsada c. 3-bromo-2-butanol; Gauché d. Acido 3-bromo-butanoico; Gauché e. 1,2-dibromo-1,2-difeniletano; Gauché f. 1,2-dimetilciclohexano; silla con sust. Ecuatoriales, isómero trans

d. 2-metil-butano; Gauché e. 2,2-dimetil-butano; anti f. 1,4-diclorociclohexano; conformación de silla con el cloro 1 ecuatorial y el cloro 4 axial

3.

a.

b.

c.

d.

C3H7

C2H3

H

HH

CH3

e.

f. . ;

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4.

a. Confórmeros b. Isómeros constitucionales (posición) c. Confórmeros d. Estereoisómeros e. Son idénticos f. Isómeros constitucionales (funcionales) g. Isómeros constitucionales (cadena) h. Estereoisómeros

5. a. iguales b. Eclipsada, los átomos se sobreponen unos detrás de otros c. El ángulo diedro Cl-C-C-Cl es de 180 grados d. III e. I, existe la mínima repulsión entre los átomos 6. a. B b. A c. Ambos compuestos presentan la misma estabilidad. d. B III. Estereoisomería Geométrica

1. a. Falso, sólo en los dobles enlaces, donde cada carbono del doble enlace tenga ambos sustituyentes distintos b. Verdadero c. Falso, con Z d. Falso, sólo por ruptura del enlace y su formación e. Falso 2. c,d,e y f 3.

(trans) y (cis)

4. a. (E)-1-fenil-4-heptenol-3 b. (E)-1-bromo-1,2-difenileteno c. (E)-3-metil-3-hexeno d. 3-etil-2-metil-2-penteno e. Acido (E)-2-butenoico f. (Z)-4-cloro-3-fluoro-3-hepteno g. (Z)-3-etil-1,-5-heptadieno

h. (E)-8-metil-6-eno-3-decino i. (E)-2-terbutil-2-butenal j. (E)-10-bromo-2-ciclodecenol k.(E)-4-ciclopentil-2-hexeno l. (E)-8-cloro-2,9-dihidroxi-4-deceno m. (Z)-1-bromo-1-cloro-2-deuterioeteno n. (Z)-3-etenil-4-metil-3-eno-1-hexino

5. 1. a 2. a 6. 1. b 2. b 7.

a. La cadena más larga es de 4 carbonos; 3,3-dimetil-2-terbutil-1-buteno b. El doble enlace debe tener el número 2; cis-2-penteno c. La numeración de los dobles enlaces debe ser la más baja, el primer doble enlace no tiene isomería

geométrica;E-4-cloro-3-metil-1,3-pentadieno

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8. a. Cl b c Br

NH2

9. a. Trans b. No presenta isomería geométrica c. cis

10.

IV. Estereoisomería óptica

1. a. Estereoquímica b. Enantiómero c. Centro quiral o centro estereomérico o esterocentro d. Aquirales e. Configuración absoluta f. Canh-Ingold-Prelog g. Horizontales h. Actividad óptica i. Enantiómero j. Estereoisómeros posibles k. Dextrorrotatorio ó (+) l. Mezcla racémica m. Meso n. Resolución 2. a.

b.

c.

d.

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e.

f. No tiene

g.

h. i. Carbonos 2 y 3 j. No tiene

k. No tiene

l. 3. a. R b. R c. S d. R

e. f. S

g. h.S i. S 4.

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a. b. 5.

a.

b.

c.

d.

e.

6. a. Enantiómeros. b. Diasterómeros c. Diasterómeros d.Isómeros de posición e.No son isómeros f.Son idénticos 7. Enantiómeros: 1 y 3 Diasterómeros: 1y 2 ; 2 y 3 Meso: 2 8. b y d 9. a. (R,R) y (S,S); (R,S) y (S,R) b. Ninguna c. (R,R) y (R,S); (R,R) y (S,R); (R,S) y (S,S); (S,R) y (S,S) 10. Estructura 4 11. Enantiómero: Estructura 1 (S,R,R) Diasterómero: Estructura 2 y 3 ((R,R,R) y (R,S,R) 12.

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a. 4 b. 2

4 = 16

c. 8 pares de enantiómeros d. C2 es R y C3 es S 13.

[ ]298

D = + 87°

14.

[ ]298

D = - 130° 15. Todos son L 16.

17.