Enantiómeros

La quiralidad de las moléculas es la propiedad de no ser superponible a su imagen especular, esta visión de una molécula quiral queda mejor descrita con la siguiente Imagen 1.Enantiómeros.

La quiralidad en las moléculas por los centros asimétricos

La causa de la quiralidad en una molécula es un centro asimétrico, por lo general1. Un centro asimétrico, también conocido como centro quiral, estereogénico o de quiralidad, es un átomo tetraédrico unido a 4 elementos distintos, desde un simple átomo (Imagen 2.Enantiómero.) hasta todo un compuesto (Imagen 3.Enantiómero.)

1 Cita: Química Orgánica, Quinta Edición. Paula Yurkanis Bruice. Pag. 203.

Imagen 1.Enatiómeros. Imagen especular no superponible de las manos. A la derecha, un aminoácido natural levógiro (L=que rota el plano de la luz polarizada hacia la izquierda), y en la mano izquierda uno dextrógiro (D).

Imagen 2.Enantiómero. En el lado izquierdo hay tres moléculas y en el lado derecho están sus imágenes especulares.

La estructura más común de un entro quiral es la molécula de un átomo sp3, acompañado de 4 grupos diferentes. Por ello se es usualmente átomo de carbono quiral2.

¿Cómo saber si la molécula es quiral?

Es relativamente fácil saber si una molécula presenta quiralidad o de lo contrario si es una molécula aquiral. Podría de cierta manera usted imaginarse cualquier objeto o e este caso cualquier molécula, y justo en donde se encuentra el átomo central dibujar una línea, si borrase la una mitades debería encontrar que sería imposible representarla con la otra, no en cambio así la molécula aquiral podría claramente igual esa parte perdida, tal y como se muestra en la Imagen 4.Enantiómero.

Imagen 4.Enantiómero. Al partir una molécula enantiomera por la mitad la otra mitad no reflejaría el resto de la molécula original por contener 4 tipos de compuestos (o átomos) diferentes.

Proyecciones de Fischer

Propuesto por el químico Emil Fischer, presentaba una idea más sencilla para representar moléculas de azúcar (las cuales representaban proyecciones quirales), en comparación a la forma de cuña.

Dicha representación se representa primero colocando los cuatro átomos o grupos unidos al centro asimétrico. Continuando con el trazo del segundo enantiómero, intercambiando dos de los átomos o grupos. Del trazo debe entenderse que las líneas horizontales salen del plano, estirándose hacia el observador, mientras las líneas verticales se dirigen hacia atrás, alejándose del espectador. Imagen 5.Enantiomero.

2 Se debe mencionar que es la molécula y no el carbón en si quien presenta la quiralidad.

Abstracción de Quimica Orgánica Escrito por John McMurry

Nomenclatura de los enantiómeros

Es necesario una forma de nomenclatura en los compuestos enantiómeros ya que a pesar de ser la misma molécula, tienen características físicas y químicas distintas.

De tal manera que se configuran como S y R3, con el siguiente ordenamiento.

1.-Ordenar por prioridades los grupos (o átomos) unidos al centro quiral. Los números atomicos de los elementos determinan la prioridad, siendo el de mayor numero el de mayor prioridad.

2.- orientar las moléculas de forma que la numeración vaya de mayor a menor de forma consecutiva

3.- apreciar el giro de mayor a menor. En caso de que la flecha gire en sentido de las manecillas del reloj obtendrá la configuración R (del griego “rectus” que significa derecho). En caso contrario se le asignara la configuración S (del griego “sinister” que significa izquierdo).

Se representa de manera visual en la siguiente Imagen 6.Enantiomero.

3 El sistema S y R fue diseñado por R.S. Chan, C. Ingold y V. Prelog

Abstraccion de http://www.iocd.unam.mx/nom

Imagen 6.Enantiómero. En esta representación el grupo de menor numeración es despreciado, dicho acto no altera el giro de la molécula.

Actividad óptica

Los enantiómeros a pesar de presentar una gran similitud física, como el punto de ebullición y el mismo punto de fusión. Presentan una diferencia.

La rotación del plano de polarización de la luz polarizada, la cual se da con la eliminación de las vibraciones de las ondas, exceptuando las que tienen lugar en ese plano. Si se hace pasar luz polarizada en un plano a través de una disolución que contiene un enantiómero puro, el plano de polarización de la luz es rotado (Imagen 7.Enantiomero.) hacia la derecha o hacia la izquierda. Por esta razón se les conoce como isómeros ópticos.

Además de determinar el anglo, también podemos encontrar la dirección. A partir de la posición estratégica del observador que ve directamente el analizador, algunas moléculas ópticamente activas rotan a la izquierda la luz polarizada (en sentido contrario a las manecillas del reloj) y se_ _dice que son levógiras, mientras que otras rotan a la derecha la luz polarizada (en el sentido de las manecillas del reloj) y se dice que son dextrógiras. Por convención, se le da a la rotación a la izquierda un signo menos (-), y a la rotación a la derecha se le da un signo más (+). La (-) morfina, por ejemplo es levógira y la (+)-sacarosa, es dextrógira.

Imagen 7.Enantiomero. Ilustración esquemática de un polarímetro.

(Abstracción de Quimica Orgánica Escrito por John McMurry)

La cantidad de rotación observada en un experimento de polarimetría depende del número de moléculas ópticamente activas encontradas por el haz de luz. A su vez, este número depende de la concentración de la muestra y la longitud de la trayectoria del rayo en la muestra, si se duplica la concentración en ella se duplica la rotación observada. Si se mantiene constante la concentración, pero se duplica la longitud del tubo de muestra, se duplica la rotación observada. También sucede que el ángulo de rotación depende de la longitud de onda dé a luz utilizada. También sucede que el ángulo de rotación depende de la longitud de onda de la luz utilizada.

Para expresar la rotación óptica de una manera significativa de modo que puedan hacerse

comparaciones, debemos seleccionar las condiciones estándar. La rotación especifica [∝ ]D❑

,de un

compuesto está definida como la rotación observada cuando se utiliza luz de 589.6 nanómetros (nm; 1nm=10−9m) con una longitud de trayetoria de la muestra l de 1 decímetro (dm; 1 dm =

10❑cm) y una conentracion de la muestra C de 1g/cm3. (La luz de 589.6 nm, la llamada línea D del solido es la luz amarilla emitida por las lámparas comunes de sodio.)

[∝]D( rotación observada(grados )

longitudde latrayectoria ,l (dm) x concentracion ,C ( gcm3

))= ∝lxC

Modificación racémica

Una mezcla de partes iguales de enantiómeros se denomina modificación racémica. Dicha modificación racémica es ópticamente inactiva: cuando se mezclan enantiómeros la rotación provocada por una molécula de un isómero es cancelada exactamente por una rotación igual y opuesta, causada por su molécula enantiómera.

Reacción de las moléculas quirales

De igual manera en la que una mano izquierda y una mano derecha pueden tomar un guante las moléculas R y S interactúan igual con ciertas moléculas aquirales, el producto en otras palabras es igual en uno y otro (Imagen 9.Enantiomero.). Pero análogamente no sucedería lo mismo si ambas manos (quirales) intentasen colocarse un

Fórmula 1.Enantiomero.

guante para la mano derecha, de tal manera las dos moléculas quirales no representarían el mismo producto; dando así dos moléculas con propiedades físicas y químicas diferentes. Imagen 9.Enantiomero.

Proquiralidad

El concepto de proquiraidad esta relacionado estrechamente con el concepto de quiralidad. Se refiere a una molécula que puede convertirse de aquiral a quiral

en un solo paso.

Para distinguir entre las posibilidades de unión se utiliza los descriptores Re (similar a R), la cara en la cual la flecha se curva en sentido de las manecillas del reloj se utiliza Si (similar a S), en la curva en sentido contrario a las manecillas del reloj. Este ejemplo es mas apreciable en la siguiente Imagen 10.Enantiómero.

Dos mismas moléculas quirales actuando sobre una tercera molécula

Imagen 9.Enantiomero. Dos mismas moléculas quirales actuando sobre una tercera molécula quiral (+).

(Abstracción de Quimica Orgánica Escrito por John McMurry)

Imagen 10.Enantiómero. La 2-Butanona es proquiral ya que puede convertirse en el alcohol quiral 2-butanol a través de la adición de hidrogeno.

(Abstracción de Quimica Orgánica Escrito por John McMurry)

Bibliografía

Química OrgánicaJohn McMurryCengage Learning Editores.

Química OrgánicaRalph J. Fessenden y Joan S. FessendenGrupo Editorial Iberoamérica.

Química OrgánicaPaula Yurkanis BruicePearson Educacion.

Química OrgánicaMorrison y BoydPearson Educacion.