Isomería constitucional y estereoisomería
El cilindro de gas propano-butano que usás en la cocina de tu casa contiene butano, y en el encendedor también hay $\mathrm{C_4H_{10}}$. Pero existe otra sustancia, el metilpropano, con exactamente la misma fórmula molecular y propiedades distintas: otro punto de ebullición, otra forma. ¿Cómo pueden dos sustancias tener los mismos átomos y ser distintas? Las que comparten fórmula molecular pero tienen distinta estructura se llaman isómeros. Hay isomería por cómo están conectados los átomos (constitucional, o estructural) y por cómo están orientados en el espacio con la misma conexión (estereoisomería).
Isomería constitucional: de cadena, de posición y de función
Dos frascos tienen sustancias de fórmula $\mathrm{C_2H_6O}$: en uno hay etanol, un líquido que hierve a $78\ {}^\circ\mathrm{C}$ y se disuelve en agua; en el otro, dimetiléter, un gas que hierve a $-24\ ^\circ\mathrm{C}$. ¿Cómo pueden dos compuestos con los mismos átomos ser tan distintos?
Explorá los isómeros de estas dos fórmulas y fijate qué cambia en cada caso:
Los compuestos orgánicos de fórmula molecular $\mathrm{C_3H_6O}$ presentan distintos tipos de isomería estructural según la conectividad de sus átomos y los grupos…
Los compuestos orgánicos de fórmula molecular $\mathrm{C_3H_6O}$ presentan distintos tipos de isomería estructural según la conectividad de sus átomos y los grupos funcionales presentes.
- a) Escribí la fórmula semidesarrollada y el nombre sistemático de un aldehído y de una cetona que compartan dicha fórmula molecular, indicando el tipo de isomería que existe entre ambos.
- b) Escribí la fórmula semidesarrollada y el nombre sistemático de un alcohol acíclico insaturado con la misma fórmula molecular $\mathrm{C_3H_6O}$.
La fórmula molecular saturada $\mathrm{C_4H_{10}O}$ engloba diversos isómeros constitucionales pertenecientes a distintas funciones oxigenadas. a) Escribí la fórmula…
La fórmula molecular saturada $\mathrm{C_4H_{10}O}$ engloba diversos isómeros constitucionales pertenecientes a distintas funciones oxigenadas.
- a) Escribí la fórmula semidesarrollada y el nombre sistemático de los cuatro alcoholes isómeros posibles con dicha fórmula, e indicá qué relación de isomería estructural (de cadena o de posición) guardan entre sí el butan-1-ol y el butan-2-ol, y el butan-1-ol y el 2-metilpropan-1-ol.
- b) Escribí la fórmula semidesarrollada y el nombre sistemático de tres éteres isómeros con dicha fórmula molecular. ¿Qué tipo de isomería existe entre el butan-1-ol y el dietil éter?
Estereoisomería: diasterómeros geométricos cis/trans
Los estereoisómeros tienen la misma conectividad, pero sus átomos se ordenan distinto en el espacio. Al sintetizar but-2-eno se obtienen dos sustancias: una hierve a $3.7\ {}^\circ\mathrm{C}$ y la otra a $0.9\ {}^\circ\mathrm{C}$, aunque ambas tienen la secuencia de enlaces $\mathrm{CH_3-CH=CH-CH_3}$. ¿Qué impide que una se transforme en la otra girando?
Para que un alqueno presente isomería geométrica cis/trans, es requisito indispensable que los dos sustituyentes unidos a cada uno de los carbonos del doble enlace sean…
Para que un alqueno presente isomería geométrica cis/trans, es requisito indispensable que los dos sustituyentes unidos a cada uno de los carbonos del doble enlace sean diferentes entre sí.
Considerá los tres alquenos siguientes: propeno, but-1-eno y but-2-eno.
- a) Escribí la fórmula semidesarrollada de cada uno de ellos.
- b) Justificá cuál o cuáles de estos tres compuestos presentan isomería geométrica cis/trans y cuál o cuáles no pueden presentarla.
En la siguiente ilustración se representan las configuraciones espaciales de dos hidrocarburos insaturados rotulados como A y B. Fijate con atención en la disposición de…
En la siguiente ilustración se representan las configuraciones espaciales de dos hidrocarburos insaturados rotulados como A y B. Fijate con atención en la disposición de sus átomos.
- a) Identificá el tipo de isomería que existe entre los compuestos A y B, y asigná a cada estructura su nombre sistemático completo incluyendo los descriptores cis o trans.
- b) Justificá cuál de los dos isómeros presentará un momento dipolar neto apreciable (molécula polar) y cuál tendrá momento dipolar nulo (molécula apolar).
Los hidrocarburos acíclicos monoinsaturados de fórmula molecular $\mathrm{C_5H_{10}}$ corresponden a la familia de los alquenos pentenos y sus derivados ramificados. a)…
Los hidrocarburos acíclicos monoinsaturados de fórmula molecular $\mathrm{C_5H_{10}}$ corresponden a la familia de los alquenos pentenos y sus derivados ramificados.
- a) Formulá y nombrá mediante la nomenclatura de la IUPAC todos los isómeros constitucionales (estructurales) acíclicos posibles para dicha fórmula molecular.
- b) Analizá de forma justificada cuál o cuáles de los isómeros del apartado a) pueden dar lugar a pares de diastereoisómeros geométricos (cis/trans o E/Z), formulando y nombrando con precisión el par correspondiente.
Quiralidad: carbono quiral y enantiómeros
El limoneno de la cáscara de naranja y su imagen especular, presente en otras plantas, huelen distinto, aunque tienen la misma fórmula y el mismo punto de ebullición. ¿Qué diferencia geométrica distingue a dos moléculas que son imágenes especulares?
Más de un centro quiral: diasterómeros
Con $n$ centros quirales hay hasta $2^n$ estereoisómeros. Los que son imágenes especulares entre sí son enantiómeros; los que no lo son (por ejemplo, cuando cambia la configuración de un solo centro) son diasterómeros y sí tienen propiedades físicas distintas. Una aldohexosa como la glucosa tiene 4 centros quirales: $2^4 = 16$ estereoisómeros. Si un compuesto con varios centros tiene un plano de simetría interno, es aquiral (forma meso).
Configuración relativa (D/L)
En una proyección de Fischer, la cadena carbonada se dibuja vertical, con el carbono más oxidado arriba. Si el $\mathrm{-OH}$ (o $\mathrm{-NH_2}$) del centro quiral más alejado de ese extremo queda a la derecha, la configuración relativa es D; si queda a la izquierda, es L. La glucosa natural es D; los aminoácidos de las proteínas son L.
El butan-2-ol es un alcohol secundario de fórmula molecular $\mathrm{C_4H_{10}O}$. a) Escribí su fórmula semidesarrollada y señalá mediante un asterisco () el carbono…
El butan-2-ol es un alcohol secundario de fórmula molecular $\mathrm{C_4H_{10}O}$.
- a) Escribí su fórmula semidesarrollada y señalá mediante un asterisco (*) el carbono que actúa como centro quiral (carbono asimétrico), justificando por qué cumple dicha condición.
- b) Deducí si una muestra enantioméricamente pura de butan-2-ol presenta actividad óptica y cómo se denominan las dos formas espaciales no superponibles que son imágenes especulares entre sí.
El ácido láctico (ácido 2-hidroxipropanoico) es un metabolito fundamental en los procesos biológicos anaeróbicos musculares y en la fermentación láctica. a) Escribí su…
El ácido láctico (ácido 2-hidroxipropanoico) es un metabolito fundamental en los procesos biológicos anaeróbicos musculares y en la fermentación láctica.
- a) Escribí su fórmula semidesarrollada, identificá su centro quiral y representá tridimensionalmente el par de enantiómeros mediante fórmulas en cuña (enlace en el plano, cuña continua hacia adelante y cuña discontinua hacia atrás).
- b) Explicá qué propiedades físicas y químicas comparten ambos enantiómeros puros en un entorno aquiral, en qué propiedad física mensurable difieren cuantitativamente y cuál es el comportamiento macroscópico de una mezcla equimolar de ambos (mezcla racémica) frente a la luz polarizada en un polarímetro.
Volvé al principio: el butano (cadena lineal de 4 carbonos) y el metilpropano (cadena de 3 carbonos con un metilo) comparten la fórmula $\mathrm{C_4H_{10}}$ pero tienen distinta conectividad: son isómeros constitucionales de cadena, y por eso difieren en sus propiedades.