Estructuras meso

Observe ahora el 2,3-diclorobutano, que también tiene dos centros quirales. ¿Existe este compuesto también en cuatro formas estereoisómeras?

 

 

 

Empleando modelos como antes, llegamos primero a las dos estructuras V y VI, que son imágenes especulares no superponibles o interconvertibles; Por lo que son enantiómeros, y cada una de ellas debe ser ópticamente activa.

Luego construimos VII, que resulta ser un diastereómero de V y VI, con lo que tenemos  un total de tres estereoisómeros. ¿Habrá un cuarto? No. Si construimos VIII, la imagen especular de VII, resulta que ambos son superponibles; si giramos VII media vuelta, coincide en todos los aspectos con VII. A pesar de sus centros quirales, VII no es quiral: no puede existir en dos formas enantiómeras y no puede ser ópticamente activo; se denomina compuesto meso.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 Un compuesto meso es aquel cuyas moléculas son superponibles a sus imágenes especulares, a pesar de contener centros quirales. Un compuesto meso es ópticamente inactivo por la misma razón que lo es otro cuyas moléculas son aquirales: la rotación igual y puesta provocada por  otra molécula que sea la imagen especular de la primera.

 

 

 

 

  Especificación de la configuración: más de un centro quiral

¿Cómo especificamos de compuestos que tiene más de un centro químico? No presentan un problema especial, pues simplemente especificamos  la configuración en torno a cada uno de los centros, y la numeramos  de acuerdo con el carbono al que corresponde.

Por ejemplo, consideremos los 2,3-dicloropentanos. Tomamos los centros quirales, C-2 y C-3, por separado ignorando  la existencia del otro, y seguimos los pasos de la sección 4.15, empleando las reglas secuenciales  de la sección 4.16. El orden  de prioridades de los cuatro grupos  unidos al C-2, es CI, CH3CH2CHCI, CH3,H; para el C-3 es CI, CH3CHCI, CH3CH2, H. (¿Por qué CH3CHCI tiene prioridad sobre CH3CH2

 

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      Isómeros conformacionales

 Vimos que hay varias conformaciones escalonadas diferentes del n-butano, cada una de las cuales se encuentra en el fondo de un valle energético en un mínimo de energía y separada de las otras por cimas energéticas. Las conformaciones diferentes que corresponden a mínimos de energía se llaman isómeros conformacionales o confórmeros. Puesto que los isómeros conformacionales solamente se diferencian entre sí por la orientación espacial de sus átomos, también son estereoisómeros y, como tales, los pares  de confórmeros pueden ser o no imágenes especulares entre sí.

El n-butano existe en forma de tres isómeros conformacionales: uno anti y dos oblicuos.  Los confórmeros oblicuos, II y III, son imágenes especulares mutuas, por lo que son enantiómeros (conformacionales). Los confórmeros I y II (o I y III) no son imágenes especulares, por lo que son diastereómeros (conformacionales).

Aunque la barrera rotacional para el n-butanol es algo mayor que para el etano, aún es suficientemente baja como para que  al menos, a temperaturas  ordinarias la interconversión de confórmeros sea fácil y rápida . Existe un equilibrio que favorece la existencia de mayor cantidad del confórmero anti, más estable; las cantidades  de ambos confórmeros oblicuos son, desde luego, iguales, puesto que son imágenes especulares y, por tanto, de estabilidad igual. Expresado de otra manera, toda molécula pasa la mayor parte del tiempo en la conformación anti, y el resto, se encuentra a aprtes iguales en las dos oblicuas. Como resultado de la rápida interconversión, estos isómeros no son separables.

 La facilidad de interconversión es característica de casi todo  conjunto de isómeros  conformacionales, propiedad por la cual tales isómeros  se diferencian más de la clase de esteroisómeros que hemos estudiado en este capítulo. La diferencia en interconvertibilidad se debe a la diferencia en al altura de la barrera  energética  que separa los estereoisómeros, que, a su vez, resulta de un origen diferente. Por definición la interconversión de isómeros conformacionales implica rotación en torno a enlaces simples; la barrera rotacional es muy baja en la mayoría de los casos, por lo que la interconversión es fácil y rápida. El otro tipo de estereoisómeros, los isómeros configuracionales o inversionales, difieren entre sí en configuración en torno a un centro quiral. En este caso, la interconversión implica la ruptura de un enlace covalente, para la que existe una barrera muy alta: 50 kcal/mol o más . La interconversión es difícil y despreciablemente lenta, a menos que de forma deliberada se den als condiciones para lograrla.

La interconvertibilidad de estereoisómeros es de importancia práctica considerable, pues limita las posibilidades de su aislamiento. Los estereoisómeros difíciles de interconvertir son separables (desde luego, por métodos especiales, en el caso de la resolución de enantiómeros) y pueden estudiarse de forma individual; entre otras cosas, se puede medir su actividad óptica. Los isómeros fácilmente interconvertibles no son separables y los isómeros idividuales aislados no pueden observarse actividad óptica, puesto que todas las moléculas quirales sólo se encuentran como modificaciones racémicas que no pueden resolverse.

  Reacciones que involucran estereoisómeros

 El estudio de la estereoquímica se ha limitado principalmente a encontrar cuáles son los diversos tipos de estereoisómeros, cómo diagnosticar su existencia y cómo nombrarlos y clasificarlos. Hemos comparado sus propiedades, pero sólo de manera, muy general.

Iniciemos ahora con la existencia de estereoisómeros y veamos ahora su participación en las reacciones químicas: reacciones en las que se forman estereoisómeros y reacciones en las que se consumen; reacciones en las que el reactivo es del tipo corriente (es decir, ópticamente inactivo) y aquellas en las que es ópticamente activo.

a).- La conversión de una molécula aquiral en una quiral, con generación de un centro quiral;

b).- Reacciones de moléculas quirales en las que no se rompen  enlaces con el centro quiral, y ver cómo pueden usarse estas reacciones para relacionar la configuración de un compuesto con la de otro;

c).- Reacciones como las de (b), en las que se genera un segundo centro quiral;

d).- Reacciones de compuestos quirales con reactivos ópticamente activos.

 Examinaremos la estereoquímica de una reacción que ya hemos estudiado la halogenación de alcanos por radicales libres y veremos cómo puede utilizarse la estereoquímica para obtener  información acerca del mecanismo de la reacción. Al hacer esto, analizaremos:

(a)  (e)  Una reacción de un compuesto quiral, en las que se rompe un enlace con un centro quiral.