UNIDAD 10.
Isomería .
OBJETIVOS :
1. Reconocer los isómeros estructurales y espaciales .
2. Diferenciar entre los isómeros estructurales de cadena , posición y grupo funcional .
3. Diferenciar los isómeros espaciales .
4. Clasificar los isómeros ópticos .
5. Reconocer las moléculas disométricas y su actividad óptica .
6. Clasificar los isómeros conformacionales y los configuracionales .
7. Diferenciar entre mesoisómeros y mezclas racémicas .
8. Representar las fórmulas de compuestos con las estructuras de Fisher y Haworth .
Isomería .
Isomería : Cuando dos o más compuestos tienen fórmulas moleculares idénticas , pero diferentes fórmulas estructurales o espaciales , se dice que cada una de ellas es un isómetro y al estudio de este fenómeno se llama isomería .
Clases de isomería :
CADENA
ESTRUCTURAL POSICION
FUNCIONAL
ISOMERIA GEOMETRICO
CONFIGURACIONAL
OPTICO
ESPACIAL
CADENA ABIERTA
CONFORMACIONAL
ANILLOS
Isomería estructural de cadena .
Se caracteriza por tener una organización diferente de los átomos de carbono , es decir , poseen esqueleto carbonado .
CH3-CH2-CH2-CH3 CH3-CH-CH3 ISOBUTANO C4 H10
n- BUTANO CH3
Isomería Estructural de posición :
Se caracteriza por tener la misma distribución de átomos de carbono , pero tienen una posición que ocupa diferentes posiciones en ella .
Isomería estructural de grupo funcional .
Se caracteriza por tener igual fórmula molecular , pero diferentes grupos funcionales .
Isomería espacial :
Son aquellos compuestos que tienen no solo igual fórmula , sino la misma fórmula estructural ; sin embargo , tienen algunos de sus átomos diferentemente orientados en su estructura .
Conformaciones en cadena abierta :
Se caracterizan los compuestos que poseen carbonos enlazados por uniones simples ; por lo que existe libre rotación de los sustituyentes alrededor del enlace C-C y se clasifican así :
A. Conformación alternada :
Es cuando el isómero que corresponde a una distribución donde los sustituyentes del carbono de adelante se alternan espacialmente con los del carbono de atras .
B. Conformación eclipsada :
El isómero que corresponde a una distribución donde los sustituyente del carbono de adelante tapan o eclipsan espacialmente a los del carbono de atras .
C. Conformación oblicua :
Todos los isómeros que existen entre las dos situaciones anteriores .
Estereoisómeros :
Son compuestos con igual fórmula molecular y la misma estructura pero distintas propiedades debido a que difieren en el arreglo tridimensional de sus átomos , es decir , tienen diferente configuración , como los grupos de los compuestos que los estén afectando.
Se puede decir que los isómeros en que hay un carbono con 4 sustituyentes distintos carecen de plano y centro de simetría y coinciden en sus propiedades físicas , menos en la dirección de su interacción con luz polarizada llamada rotación específica , es decir , que su actividad óptica es numéricamente idéntica , pero en su caso la dirección es positiva y en 
otro caso negativa .
A este tipo esteroisómero o esterómeros se les llama isómeros ópticos y al fenómeno isometría óptica . Estas moléculas carecen de plano y centro de simetría , no son superponibles y guardan la relación de la mano izquierda o la de un objeto a su imagen en un espejo . El carbono con cuatro sustituyentes distintos se le llama carbono o centro quiral.
Observando los módulos de estas otras moléculas se encuentra que al menos tienen un plano o un centro de simetrías y un doble enlace que impide el cambio de una configuración a otra , a estos estereoisómeros se les llama isómeros geométricos . Ejemplo:
Las moléculas que muestran entre sí la relación de la mano derecha a la mano izquierda o de un objeto a su imagen en el espejo se denominan enantiomorfos o enantiomeros del griego : Enanitos = opuesto , y morphos = forma .
Con la isomería de las dos manos moléculas del ácidom mandélico y sus análogos solo se pueden explicar mediante un distinto arreglo en el espacio de los mismos grupos atómicos , los isómeros enantiomeros o enantiomorfos también son estereoisómeros .
Planos y centros de simetría .
Un plano de simetría es el que divide un objeto de tal manera que cualquiera de sus puntos se reproduce al otro lado del plano quedando ambos puntos unido por una línea imaginaría , equidistante del plano perpendicular a este .
Un centro de simetría es un punto común en que se cruzan todas las líneas imaginarías que unen puntos idénticos de simetría pero que tienen eje simétrico . Cuando los cuerpos carecen de un plano y un centro de simetría se les llama disimétrico . Ejemplo , las manos con cuerpos disimétricos y la mano derecha no es superponible a la mano izquierda .
Los cuerpos asimétricos carecen de plano , de centro y de eje de simetría .
Rotación específica :
Es la propiedad física determinada en el polatimetro y se designa por [ alpha ]D20 , donde D significa luz de sodio y el 20 es la temperatura . La rotación específica es constante para sustancia y se determina así :
Asimetría :
Es la propiedad de no poder superponer un objeto sobre su imagen espectacular . Ejemplos: la mano , el pie , un guante son objetos que presentan asimetría .
Un átomo de carbono asimétrico es aquel que lleva 4 átomos o grupos diferentes como sustituyentes .
Isómeros ópticos :
Son los cuerpos que tiene entre sí la misma relación que la mano derecha a la mano izquierda o la de un objeto a su imagen en el espejo es imposible superponerlos . También cuando ello ocurre en un compuesto este puede tener uno o varios átomos de carbono al cual están unido se les llama carbono disimétrico o centro quiral ( del griego chiros = mano y a la disimetría resultante quirolidad )
Cuando un grupo de estereoisómeros todos tienen plano y centro de simetría o solo plano o solo centro , se dice que todos son isómetros geométricos , o que hayan carbonos con 4 sustituyentes diferentes , ejemplo , 1,4 dimetil ciclohexano .
Si entre los estereoisómeros hay algunos que carezcan de plano y de centro de simetría , a todos se les considera isómeros ópticos , aunque haya muchas formas meso : Ejemplo :
Los ácidos maleico y fumórico tienen la misma estructura : HOOC-CH=CH-COOH . Los carbonos 2,3 tienen un doble enlace que impide que gire uno alrededor de otro ; hay dos isómeros geométricos para la misma estructura a los que se le denomina CIS y TRANS .
Los isómeros geométricos difieren en muchas propiedades físicas y en algunas propiedades químicas pero no desvían el plano de luz polarizada , esto supone que carecen de plano y de centro de simetría ; y se les clasifique como isómeros ópticos .
Existen 4 grupos de isómeros geométricos .
A. Tipo olefina :
Con doble enlace , carbono - carbono y dos , tres o cuatro sustituyentes diferentes .
B. Tipo oxima :
Con doble enlace carbono - nitrógeno y dos o tres sustituyentes diferentes .
C. Tipo Azo :
Con doble enlace nitrógeno - nitrógeno y sustituyentes iguales o diferentes .
D. Tipo cicloalcano :
Con sustituyentes iguales o diferentes en una anillo saturado con todos los estereoisómeros simétricos .
Fórmulas de proyección de Fisher .
El grupo más importante se coloca en la parte superior . Los grupos que están colocados horizontalmente se consideran proyectados hacia el frente del papel . Los que están en la parte superior o inferior hacia atrás del papel , los otros en el plano del papel y se pueden mover representando la misma configuración .
Fórmulas de proyección según Newman .
Para el 2 butanol se pueden hacer las conformaciones de bote y silla y para el n-butano se harían las conformaciones oblicua y eclipsada .
Conformaciones en anillos :
Loa anillos de tres , cuatro y cinco átomos de carbono son planares y solo los anillos de seis o más átomos de carbono , son lazados por uniones simples , presentan varias conformaciones cuando al flexionarse los enlaces ocurre movimientos en los vértices .
Cuando existen varios enlaces dobles en forma alternada .( conjugados ) , la molécula se clasifica así :
Quiralidad y actividad óptica .
Biot en 1815 indicó que algunas sustancias orgánicas de origen Natural poseían la propiedad de girar el plano de la luz de polarizada despertando interés ; es así como en el años de 1860 algunos científicos realizaron importantes contribuciones evidenciando el fenómeno de la actividad óptica . En 1874 Van´t Holff y le Bel , en forma independiente propusieron la teoría y explicaban el fenómeno de la actividad óptica mostrandolo como un modelo tridimensional de las moléculas .
Actividad óptica :
Cuando Biot observó la rotación de la luz polarizada producida por algunos compuestos orgánicos , estaba utilizando el mismo método que se utiliza hoy en día para reconoce en Antíomeros en el laboratorio . Para ello se coloca el compuesto correspondiente en un aparato llamado polárimetro . La dirección de la rotación del plano de la luz polarizada se observa haciendo pasar la luz polarizada se observa haciendo pasar la luz a través de la muestra . Si la luz gira en el sentido de las manecillas del reloj , decimos que la muestra es dextrorrotatoría , y se le desiona(como positivo)(+) o d. Si por el contrario, la muestra hace girar el plano de la luz polarizada en sentido opuesto al de las manecillas del reloj, diremos que es levorrotatoria, y se le desionara como (-)(negativo) o l. Los enantiómeros giran el plano de la luz polarizada en direcciones opuestas, pero con magnitudes iguales. En el laboratorio, un compuesto quiral como el 2-butanol se encontrarán normalmente como una mezcla a partes iovales de los dos enantiomeros . Como los dos enantiomeros gritan el plano de la luz polarizada la misma Raonitud , pero en direccones opuestas , no se observará ninguna rotación óptica neta . Un compuesto quiral que sea opticamente ináctivo por estar compuesto de una mezcla a partes rovales de ambos enantiomeros se dice que es un racémico y se desionía como (+/-) o dl .
Configuración absoluta :
Las distancias entre los átomos que rodean el centro quiral de un enantiómero son las mismas que las existentes en el otro enantiómero , su imagen especular . Diversos experimentos han demostrado con claridad que la mayoría de las propiedades físicas de los enantiómeros , como son los puntos de fusión , ebullición y solubilidad son idénticos y solubilidad con idénticos , y bajo la mayoría de condiciones de laboratorio los enentriomeros muestran idéntica reactividad química . Qué es lo que los hace distintos ?la diferencia es la secuencia espacial de los átomos conectados al átomo quiral , es decir , la configuración . Las moléculas especulares no superponibles ( Enanatiómeros
