Masterton, Isomería de Los Compuestos Orgánicos

8/9/2017

Gale Virtual Reference Library - Documento - Isomería de los Compuestos Orgánicos

Isomería de los Compuestos Orgánicos Química: Principios y reacciones. reacciones . W. L. Masterton and C. N. Hurley. 4 th ed. Madrid: Paraninfo, 2003. p627-633. Copyright: COPYRIGHT 2003 Cengage Learning Paraninfo, S.A. Texto completo: Página 627

22.5 Isomería de los Compuestos Orgánicos Isómeros geométricos Isómeros ópticos Los isómeros son compuestos diferentes, con propiedades distintas, que tienen la misma fórmula molecular. molecular. En Sección 22.1 se trataron los isómeros estructurales de los alcanos. Recordará que el butano y el 2-metilpropano tienen la misma fórmula molecular, molecular, C 4H10, pero diferentes fórmulas estructurales. En estos, como en todos los isómeros estructurales, el orden en que se unen los átomos entre sí es distinto. Página 628 | Inicio del artículo La isomería estructural es bastante habitual para todos los tipos de compuestos orgánicos. Por ejemplo, hay 1. Tres isómeros estructurales del alqueno C 4H8:

2. Tres isómeros estructurales con la fórmula molecular C 3H8O. Dos de ellos son alcoholes, el tercero es un éter.

EJEMPLO 22.5 22.5 Considere Considere la molécula C 3 H6Cl2, que es un derivado del propano, C 3 H8, por sustitución de dos átomos de H por dos átomos de Cl. Represente los isómeros estructurales de C 3 H6 Cl2. Estrategia To Estrategia Todos dos estos compuestos tienen el mismo esqueleto de carbono, —C—C—C—. Para obtener los isómeros, observe que los dos átomos de carbono de los extremos de la cadena son equivalentes. El átomo de carbono del centro de la cadena es distinto porque está unido a dos átomos de carbono en lugar de uno. Solución Hay Solución Hay cuatro isómeros. En uno, ambos átomos de Cl están unidos a un átomo de carbono del extremo de la cadena. En otro, ambos átomos de Cl están unidos al átomo central del carbono:

En los otros dos isómeros, los átomos de Cl están unidos a diferentes carbonos:

http://bibliotecavirtual.unad.edu.co:2 http://bibliotecavirtual.unad.edu.co:2081/ps/i.do?id=GA 081/ps/i.do?id=GALE%7CCX405630020 LE%7CCX4056300202&v=2.1&u=unad&i 2&v=2.1&u=unad&it=r&p=GVRL&sw= t=r&p=GVRL&sw=w&asid=9f430daad6 w&asid=9f430daad6203a7261… 203a7261… 1/6

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Isómeros geométricos Como se vio anteriormente, hay tres isómeros estructurales del alqueno C 4H8. Puede sorprenderse al conocer que realmente hay cuatro alquenos distintos con esta fórmula molecular. El compuesto “extra” surge debido a un fenómeno denominado isomería geométrica. Hay dos isómeros geométricos distintos de la estructura mostrada en la parte superior izquierda de esta página.

Página 629 | Inicio del artículo En el isómero cis, los dos grupos CH3 (o los dos átomos de H) están situados lo más cercanos que es posible uno de otro. En el isómero trans, los dos grupos idénticos están lo más alejados posible. Existen las dos formas ya que no hay rotación libre alrededor del enlace doble carbono-carbono. La situación es análoga a la de los isómeros cis-trans de los complejos plano cuadrados (Capítulo 15). En ambos casos, la diferencia en la geometría es la responsable de la isomería; los átomos están unidos entre s í de la misma forma. La isomería geométrica o cis-trans es habitual entre los alquenos. Tiene lugar cuando ambos carbonos del doble enlace están unidos a dos átomos o grupos distintos. Los otros dos isómeros estructurales del C 4H8 que se muestran en la página 628 no presentan isomería cis-trans. En ambos casos el átomo de carbono de la izquierda está unido a dos átomos de hidrógeno idénticos. EJEMPLO 22.6 Represente todos los isómeros de la molécula C2H2Cl2 en la que dos de los átomos de H del etileno se sustituyen por átomos de cloro. Estrategia Comience con el etileno y vea cuántos isómeros, estructurales o geométricos, pueden obtenerse sustituyendo los dos átomos de cloro por hidrógeno. Solución Los isómeros del C2H2Cl2 son:

Comprobación Observe que el isómero estructural mostrado a la iz quierda no presenta isomería cis-trans debido a

que los dos átomos de cloro están unidos al mismo carbono.

Los isómeros cis y trans difieren uno del otro en sus propiedades físicas y, en menor extensión, en sus propiedades químicas. También pueden diferir en su comportamiento fisiológico. Por ejemplo, el compuesto cis-9-tricoseno

es una feromona secretada por la mosca hembra. El isómero trans es totalmente ineficaz en este campo.

Isómeros ópticos Los isómeros ópticos surgen cuando al menos un átomo de carbono de una molécula está unido a cuatro átomos o grupos diferentes. Considere, por ejemplo, el derivado del metano CHCIBrI. Como puede verse en la Figura 22.6, hay dos formas diferentes de esta molécula, que son imágenes especulares una de otra. Las imágenes especulares no se http://bibliotecavirtual.unad.edu.co:2081/ps/i.do?id=GALE%7CCX4056300202&v=2.1&u=unad&it=r&p=GVRL&sw=w&asid=9f430daad6203a7261… 2/6

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pueden superponer; es decir, no se puede colocar una molécula sobre la otra de manera que los grupos idénticos estén en contacto. En este sentido, los dos isómeros se parecen a los guantes de las manos derecha e izquierda. Hay otra vía para que se convenza de que las dos estructuras mostradas en la Figura 22.6 son isómeros diferentes. Imagine que está situado directamente encima del átomo de hidrógeno, mirando hacia abajo al resto de la molécula. En la estructura de la izquierda, los átomos Cl, Br, I en ese orden están dispuestos en el sentido Página 630 | Inicio del artículo

FIGURA 22.6 Isómeros ópticos. Estos isómeros del CHCIBrl son imágenes especulares el un o del otro de las agujas del reloj. Con la estructura de la derecha, para moverse desde el Cl al Br y al I, debe moverse en sentido contrario al de las agujas del reloj. Un átomo de carbono unido a cuatro átomos o grupos diferentes se dice que es un centro quiral. Una molécula que contiene dicho átomo de carbono presenta isomería óptica. Existe en dos formas diferentes que son imágenes especulares no superponibles. Estas formas se dice que son enantiomeros. Las moléculas pueden contener más de un centro quiral, en cuyo caso puede haber más de dos enantiomeros. EJEMPLO 22.7 En las siguientes fórmulas estructurales, localice todos los átomos de carbono quiral.

Estrategia Busque los átomos de carbono que están unidos a cuatro átomos o grupos distintos. Solución En (a), el tercer átomo de carbono por la izquierda es quiral; está unido a H, CH 3, OH y a CH3 -CCl2. En (b), el segund o átom o d e carbon o es quiral. En (c), am bo s carbono s son quirales. El término “isomería óptica” procede del hecho de que los enantiómeros desvían el plano de la luz polarizada, como la que produce las lentes Polaroid (Figura 22.7). Cuando esta luz pasa a través de una disolución que contiene un único enantiómero, el plano gira desde su posición inicial. Un isómero la hace girar hacia la derecha (en el sentido de las agujas del reloj) y el otro hacia la izquierda (en sentido contrario al de las agujas del reloj). Si ambos isómeros están presentes en cantidades iguales, se obtiene lo que se conoce como una mezcla racémica. En este caso, las dos rotaciones se compensan entre sí y no hay efecto sobre el plano de luz polarizada. Página 631 | Inicio del artículo Los enantiómeros tienen propiedades físicas idénticas. Por ejemplo, los dos isómeros del ácido láctico que se muestran debajo tienen el mismo punto de fusión, 52 °C, y densidad, 1,25 g/mL.

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Por otra parte, debido a que los enantiómeros difieren en su estructura tridimensional, con frecuencia interaccionan con moléculas bioquímicas de diferentes maneras. Como resultado de ello, pueden mostrar propiedades fisiológicas bastante distintas. Considere, por ejemplo, la anfetamina, frecuentemente utilizada ilícitamente como “anfetar” o “pildora estimulante”. La anfetamina presenta dos enantiómeros:

El enantiómero I, denominado dexedrina, es con diferencia el estimulante más fuerte. Es de dos a cuatro veces más activo que la bencedrina, la mezcla racémica de los dos isómeros. En los años noventa llegaron al mercado un gran número de los llamados medicamentos quirales que contienen un sólo enantiomero. Uno de los primeros de estos medicamentos fue el naproxeno (de nombre comercial Aleve).

FIGURA 22.7 Un polarímetro. El tubo de muestra contiene un compuesto ópticamente activo. El filtro analizador ha sido girado en el sentido de las agujas del reloj para restablecer el campo oscuro y medir la rotación producida por la muestra. Página 632 | Inicio del artículo El naproxeno, que se puede comprar sin receta en su farmacia local, contiene un único enantiomero, que es un analgésico eficaz (elimina el dolor). El otro enantiomero no es analgésico, aún peor, puede producir daños en el hígado. De los 100 medicamentos más vendidos actualmente en el mercado, alrededor de la mitad contienen un único enantiomero. Las medicinas quirales se utilizan para tratar todo tipo de enfermedades, desde artritis al asma, desde ardor de estómago a enfermedades de corazón. En general, estos medicamentos se preparan de dos formas distintas. Una posibilidad es separar una mezcla racémica en sus componentes. Esto fue realizado por primera vez por Louis Pasteur hace más de 150 años. Utilizó un a lupa y un par de pinzas para separar los cristales de los enantiómeros. Actualmente la separación puede realizarse mucho más rápidamente utilizando técnicas de separación modernas como la cromatografía líquida (Capítulo 1). http://bibliotecavirtual.unad.edu.co:2081/ps/i.do?id=GALE%7CCX4056300202&v=2.1&u=unad&it=r&p=GVRL&sw=w&asid=9f430daad6203a7261… 4/6

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Un enfoque diferente para fabricar medicamentos quirales es la síntesis asimétrica. Un precursor ópticamente inactivo se convierte en medicamento mediante una reacción que utiliza un catalizador especial, generalmente una enzima (Capítulo 11). Si todo va bien, el producto es un enantiomero sencillo con el efecto fisiológico deseado.

########LA QUÍMICA fuera del aula: El colesterol Un compuesto orgánico al que prestamos una gran atención hoy día es el colesterol, cuya estructura se muestra en Ja Figura A. El cuerpo humano contiene aproximadamente 140 gramos de colesterol; se sintetiza en el hígado a una velocidad de 2 a 3 g/día. El colesterol es esencial para la vida por dos razones. Es el principal componente de todas las membranas celulares y sirve como material de partida para la síntesis de las hormonas sexuales, las hormonas adrenales, ácidos biliares y vitamina D. El colesterol, que es insoluble en agua, se transporta a través de la sangre en forma de complejos proteínicos solubles denominados lipoproteínas. Hay dos tipos de complejos: de baja densidad (LDL) que contienen fundamentalmente colesterol, y de alta densidad (HDL), que contienen relativamente poco colesterol. Frecuentemente, a estos complejos se les designa como “colesterol LDL,” y “colesterol HUL”, respectivamente.

FIGURA A Colesterol El LDL;, o colesterol “malo” forma depósitos de tipo placa en el interior de las paredes de las arterias. Este proceso se utilizó para hablar de) endurecimiento de las arterias; en la actualidad se denomina arteriosclerosis. Puede llevar a enfermedades cardiovasculares, incluyendo derrames cerebrales y ataques cardiacos. Por el contrario, el HDL o colesterol. “bueno” retrasa e incluso reduce los depósitos arteriales. Las cantidades relativas de colesterol LDL y HDL en su torrente sanguíneo dependen, al menos en parte, de su dieta. En concreto, dependen de la cantidad total y del tipo de grasas que come. Las grasas (triglicéridos) son esteres de glicerina con ácidos carboxílicos de cadena larga. La estructura general de una grasa puede representarse como:

Página 633 donde R, R’ y R” son residuos hidrocarbonados que contienen generalmente de 14 a 22 átomos de carbono. Dependiendo de la naturaleza de estos residuos, se puede distinguir entre: grasas saturadas, en las que R, R’ y R” no presentan enlaces múltiples. Estos son “malos” en el sentido

de que producen niveles altos de LDL en comparación con el colesterol HDL. grasas monoinsaturados, en las que cada residuo contiene un doble enlace. Éstas son mucho mejores bajo el punto de vista nurricional, a menos que ¡no lo permita Dios!, los átomos de hidrógeno de los lados opuestos de los dobles enlaces sean trans uno respecto al otro. Las así denominadas grasas trans son malas noticias. grasas poliinsaturadas, en las que los residuos hidrocarbonados contienen más de un doble enlace, son buenos chicos, especialmente si el doble enlace está situado en el tercer o sexto átomo de carbono a partir del —CH3 final del residuo. Éstas así denominadas grasas omega son las mejores de todas.


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La Figura B muestra la composición de varias grasas (sólidas) y aceites (líquidos). Ahora sabrá por qué las semillas de girasol son mejores para usted que el c oco.

FIGURA B Composición de algunas grasas y aceites conocidos. Los ácidos grasos proporcionan los residuos hidrocarbonados R, R’, y R” de la estructura general de una grasa o aceite mostrada en el texto. Todas las grasas y aceites contienen una mezcla de ácidos grasos saturados, monoinsaturados y poliinsaturados. Cita de fuente (MLA 8th Edition) Masterton, W. L., and C. N. Hurley. "Isomería de los Compuestos Orgánicos." Química: Principios y reacciones , 4th ed., Paraninfo, 2003, pp. 627-633. Gale Virtual Reference Library , go.galegroup.com/ps/i.do? p=GVRL&sw=w&u=unad&v=2.1&id=GALE%7CCX4056300202&it=r&asid=9f430daad6203a726161c29bae1b82a0. Accessed 8 Sept. 2017. Número de documento de Gale: GALE|CX4056300202


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