isomería

ISOMERISMO

La isomería es una propiedad de aquellos compuestos químicos que, con igual fórmula molecular (fórmula química no desarrollada) de iguales proporciones relativas de los átomos que conforman su molécula, presentan estructuras químicas distintas, y por ende, diferentes propiedades. Dichos compuestos reciben la denominación de isómeros.

El isomerismo fue observado por primera vez en 1827, cuando Friedrich Woehler preparó cianato de plata (AgOCN) y notó que, a pesar de que su composición elemental era idéntica a la del fulminato de plata (preparado por Justus von Liebig el año anterior), sus propiedades eran muy diferentes. Este hallazgo desafiaba la comprensión química predominante de la época, que sostenía que los compuestos químicos podían ser diferentes sólo cuando tenían diferentes composiciones elementales. Después de más descubrimientos del mismo tipo, como el descubrimiento de 1828 de Woehler de que la urea tenía la misma composición atómica que el químicamente distinto cianato de amonio, Jöns Jakob Berzelius introdujo el término isomerismo en 1830 para describir este fenómeno. En 1848, Louis Pasteur separó diminutos cristales de ácido tartárico en sus dos formas especulares. Las moléculas individuales de cada uno eran los estereoisómeros ópticos de izquierda y derecha, cuyas soluciones hacían girar el plano de luz polarizada en un mismo grado, pero en direcciones opuestas.

Existen dos tipos de isomería: estructural y espacial.UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS 1

ISÓMEROS ESTRUCTURALES

Los isómeros estructurales difieren en la forma de unir los átomos y a su vez se clasifican en isómeros de cadena de posición y de función.

Se llaman isómeros a moléculas que tienen la misma formula molecular pero distinta estructura. Se clasifican en isómeros de cadena, posición y función.

ISÓMEROS DE CADENA:

Se distinguen por la diferente estructura de las cadenas carbonadas. Un ejemplo de este tipo de isómeros son el butano y el 2-metilpropano.

ISOMERÍA DE POSICIÓN:

El grupo funcional ocupa una posición diferente en cada isómero. El 2-pentanol y el 3-pentanol son isómeros de posición.

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ISOMERÍA DE FUNCIÓN:

El grupo funcional es diferente. El 2-butanol y el dietil éter presentan la misma fórmula molecular, pero pertenecen a familias diferentes -alcohol y éter- por ello se clasifican como isómeros de función.

ISÓMEROS GEOMÉTRICOS (CIS/TRANS)

Son compuestos que difieren en la disposición espacial de sus grupos. Se llaman cis los isómeros geométricos que tienen los grupos al mismo lado y trans los que lo tienen a lados opuestos.

Isómeros cis y trans del 2-Buteno

Modelos moleculares del cis y trans-2-buteno.

cis y trans-1,2-Dimetilciclopentano


Isómeros cis y trans del 1,2-Dimetilciclopentano

Modelos moleculares del cis y trans-1,2-Dimetilciclopentano.

ESTEREOISÓMEROS

Los estereoisómeros tienen todos los enlaces idénticos y se diferencian por la disposición espacial de los grupos. Se clasifican en isómeros cis - trans o geométricos, enantiómeros y diastereoisómeros.

DIASTEREROISÓMEROS:

Son moléculas que se diferencian por la disposición espacial de los grupos, pero que no son imágenes especulares. Un tipo de diastereoisómeros son los isómeros geométricos (alquenos cis y trans). Para que dos moléculas sean diastereoisómeros es necesario que al menos tengan dos centros quirales. En uno de los centros los sustituyentes están dispuestos igual en ambas moléculas y en el otro deben cambiar.


CENTRO QUIRAL O ASIMÉTRICO

Se llama centro quiral o asimétrico a un átomo unido a cuatro sustituyentes diferentes. Una molécula que posee un centro quiral tiene una imagen especular no superponible con ella, denominada enantiómero.

ENANTIÓMEROS:

Los enantiómeros son imágenes especulares no superponibles. Se caracterizan por poseer un átomo unido a cuatro grupos distintos llamado asimétrico o quiral.

NOMENCLATURA DE ENANTIÓMEROS

Para dar notación R/S a un centro quiral es necesario asignar prioridades a los sustituyentes mediante las siguientes reglas:

Regla 1

1. Las prioridades de los átomos unidos al quiral se dan por números atómicos. En el caso de isótopos, tiene prioridad el de mayor masa atómica.


Las prioridades se dan por orden de número atómico de los átomos unidos directamente al carbono asimétrico (dibujados en rojo)

Regla 2

2. Cuando dos o más sustituyentes unidos al centro quiral tengan la misma prioridad, se continua comparando las cadenas átomo a átomo hasta encontrar un punto de diferencia.

Regla 3


Los enlaces dobles y triples se desdoblan considerándolos como si fueran enlaces sencillos.

3. Para asignar notación R/S seguimos el orden de prioridades a, b, c de los sustituyentes. Si esta sucesión se realiza en el sentido de las agujas del reloj se dice que el centro es R (rectus, latín derecha). Si se sigue el sentido contrario a las agujas al recorrer las prioridades a, b, c se dice que es S (sinester, latín izquierda). Esta regla sólo es válida cuando el grupo d está hacia el fondo del plano (enlace a trazos), si d sale hacia nosotros (cuña) la notación es la contraria (R giro a la izquierda, S giro a la derecha).

Ejemplo de enantiómeros: (R) y (S)-1-Bromo-1-cloroetanoEn los modelos moleculares puede verse que las dos moléculas son distintas, no se superponen.


La presencia de un carbono asimétrico (con sustituyentes distintos: metilo, hidrógeno, cloro y bromo)hace posible que la molécula y su imagen especular sean distintas.Ejemplo de enantiómeros: (R) y (S)-Alanina

La (R) y (S)-Alanina son otro ejemplo de enantiómeros


La isomería es muy importante por que ayuda a comprender los posibles efectos secundarios que pueda tener una sustancia. Por ejemplo, el acido maleico y el fumárico son isómeros cis y trans.

Mientras que el ácido maleico es venenoso para las células vivientes, el fumarico forma parte esencial del ciclo del acido cítrico, que genera la serie de reacciones productoras de energía en la célula.Otro ejemplo de isómeros cis y trans se da en las células de la retina de nuestro ojo.El isómero trans es la vitamina A, un compuesto necesario para ver con luz débil. El isómero cis correspondiente puede asimismo ser utilizado por las células de la retina, sin embargo no pueden ser utilizados con la misma eficiencia que los isómeros trans y son mucho menos eficaces para reducir la ceguera nocturna.

Los isómeros de todos los tipos son biológicamente abundantes. Su importancia viene, en primer lugar, a partir de dos hechos significativos. En


primer lugar, casi todas las moléculas biológicamente importantes tienen uno o más isómeros.

Esto es debido, en parte, a la necesaria complejidad de estas moléculas, que requieren numerosos diferentes tipos de átomos (un mínimo de nitrógeno de carbono, oxígeno, hidrógeno y, a menudo, fósforo y otros), y generalmente contienen una mezcla de uno solo y dobles enlaces.

Segundo, la evolución, en casi todos los casos, ha favorecido el uso de un isómero para un propósito dado por el uso de los otros que existen. Por lo tanto, los isómeros son importantes porque nuestra biología entera, y la de todos los organismos en el planeta, se construye sobre ellos. Esta dependencia viene en muchas formas, pero invade todos los aspectos de nuestro cuerpo, como se puede ver en algunos ejemplos a continuación.

Una diferencia biológica muy común producido por isómeros es que con el almidón frente a la celulosa. Tanto el almidón y la celulosa son polímeros de la D-glucosa, sin embargo, uno (el almidón) es el componente principal de la dieta todas las culturas en la tierra (ya sea de maíz, trigo, arroz, papa...) mientras la celulosa es el componente estructural principal de una gran parte de la vida vegetal y no es digerible para la mayoría de los animales (excepto con la ayuda de microorganismos o insectos).

¿Cuál es la diferencia entre los dos? Los monómeros de glucosa utilizados en su construcción son enantiómeros. El almidón está compuesto de alfa-D-glucosa mientras que la celulosa se compone de beta-D-glucosa .Claramente, isómeros jugar un papel importante en el mundo.

Ejemplo relacionado con la salud:

En los tiempos modernos y con la ayuda de la tecnología, los humanos desean crear medicamentos que nos ayuden a superar el dolor, alergias, problemas psicológicos, infecciones y muchas otras condiciones médicas. Esta incluida la creación del isómero correcto, como sólo un isómero será funcional. A menudo, por razones técnicas, un fármaco se hará en lo que se llama una mezcla racémica donde ambos isómeros existen en la solución. Entonces, los dos isómeros se pueden separar, si es posible. La separación es importante porque, no sólo es un isómero generalmente ineficaz, sino que isómero también pueden ser llegar perjudicial.

A principios de la década de los sesenta se informó que en Alemania estaban naciendo niños deformes. Sus brazos y en general sus extremidades no crecían.


Años después, gracias a una cuidadosa investigación se pudo determinar que las malformaciones se debían a una sustancia ingerida por las madres como tranquilizantes para dormir: la talidomida. Esta presente también en los jarabes para la tos, se recomendaba para reducir las náuseas en el embarazo.

Este compuesto tiene un átomo de carbono quiral, por lo que existen dos moléculas, dos enantiómeros diferentes (+ y -). El medicamento empleado consistía en la mezcla racémica, es decir, aquella en la que están presentes los dos enantiómeros.Después de su retiro del mercado, se descubrió que únicamente el enantiómero (-) es el responsable de las alteraciones durante el embarazo, mientras que el enantiómero (+) induce al sueño.

Los enantiomeros depende su rotacion optica puede determinar una actividad biologica especifica como por ejemplo la levotiroxina es una molecula "levo rotatoria" o "levógira" que la utilizan las personas con problemas en las tiroides, en cambio la dextrotiroxina no tiene actividad biologica, levo significa que gira hacia la izquierda en el plano de la luz polarizada y dextro hacia la derecha.

Otro ejemplo de estos isomeros que tienen importancia biologica es el caso del limonero, un compuesto presente en el limon y en la naranja, que a pesar de ser el mismo compuesto quimico, ambos tienen olores diferentes y son los que les da el olor y gusto caracteristico a cada fruta, uno es dextrogiro y otro es levogiro, estos son enantiómeros y existen muchos casos mas, en realidad cada especie acepta un determinado enantiomero y el otro lo deshecha, lo ideal seria fabricar medicamentos con el enantiomero puro y no con la mezcla como generalmente se solia hacer, esta mezcla se llama mezcla racemica.


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