Estereoisomerismo

En estereoquímica, estereoisomerismo, o isomerismo espacial, es una forma de isomería en la que las moléculas tienen la misma fórmula molecular y secuencia de átomos enlazados (constitución), pero difieren en las orientaciones tridimensionales de sus átomos en el espacio. Esto contrasta con los isómeros estructurales, que comparten la misma fórmula molecular, pero difieren las conexiones de enlace o su orden. Por definición, las moléculas que son estereoisómeros entre sí representan el mismo isómero estructural.

Enantiómeros

Los enantiómeros, también conocidos como isómeros ópticos, son dos estereoisómeros que se relacionan entre sí por una reflexión: son imágenes especulares entre sí que no son superponibles. Las manos humanas son un análogo macroscópico de esto. Cada centro estereogénico en uno tiene la configuración opuesta en el otro. Dos compuestos que son enantiómeros entre sí tienen las mismas propiedades físicas, excepto por la dirección en la que giran la luz polarizada y cómo interactúan con diferentes isómeros ópticos de otros compuestos. Como resultado, diferentes enantiómeros de un compuesto pueden tener efectos biológicos sustancialmente diferentes. Los enantiómeros puros también presentan el fenómeno de la actividad óptica y solo se pueden separar con el uso de un agente quiral. En la naturaleza, solo está presente un enantiómero de la mayoría de los compuestos biológicos quirales, como los aminoácidos (excepto la glicina, que es aquiral). Un compuesto ópticamente activo muestra dos formas: forma D-(+) y forma L-(-).

Diastereómeros

Los

diastereómeros son estereoisómeros que no están relacionados mediante una operación de reflexión. No son imágenes especulares entre sí. Estos incluyen compuestos meso, isómeros cis-trans, isómeros E-Z e isómeros ópticos no enantioméricos. Los diastereómeros rara vez tienen las mismas propiedades físicas. En el ejemplo que se muestra a continuación, la forma meso del ácido tartárico forma un par diastereomérico con los ácidos levo y dextrotartáricos, que forman un par enantiomérico.

(natural) ácido tartárico L- Ácido totárico L-(+)-ácido metatórico ácido levo-tartárico	D- Ácido totárico D-(-) ácido totárico ácido dextro-tartárico	ácido metatórico
(1:1) DL- Ácido totárico "ácido racímico"

El etiquetado D- y L- de los isómeros anteriores no es el mismo que el d- y l- etiquetado más comúnmente visto, lo que explica por qué estos pueden aparecer invertidos para aquellos que están familiarizados solo con la última convención de nomenclatura.

Se puede utilizar una proyección de Fischer para diferenciar entre moléculas L y D Quiralidad (química). Por ejemplo, por definición, en una proyección de Fischer, el penúltimo carbono de los azúcares D se representa con hidrógeno a la izquierda e hidroxilo a la derecha. Los L-azúcares se mostrarán con el hidrógeno a la derecha y el hidroxilo a la izquierda.

El otro se refiere a la rotación óptica, al observar la fuente de luz, la rotación del plano de polarización puede ser hacia la derecha (dextrógiro — d-giro, representado por (+), en el sentido de las agujas del reloj), o hacia la izquierda (levorrotativo - l-rotativo, representado por (-), en sentido contrario a las agujas del reloj) dependiendo de qué estereoisómero sea dominante. Por ejemplo, la sacarosa y el alcanfor son d-rotativos mientras que el colesterol es l-rotativo.

Isomería cis-trans y E-Z

El estereoisomerismo sobre los dobles enlaces surge porque la rotación sobre el doble enlace está restringida, lo que mantiene los sustituyentes fijos entre sí. Si los dos sustituyentes en al menos un extremo de un doble enlace son iguales, entonces no hay estereoisómero y el doble enlace no es un estereocentro, p. propeno, CH₃CH=CH₂ donde los dos sustituyentes en un extremo son ambos H.

Tradicionalmente, la estereoquímica del doble enlace se describía como cis (en latín, de este lado) o trans (en latín, al otro lado), en referencia a la posición relativa de los sustituyentes. a cada lado de un doble enlace. Un ejemplo simple de isomería cis-trans son los etenos 1,2-disustituidos, como el dicloroeteno (C₂H₂Cl₂) isómeros que se muestran a continuación.

La molécula I es cis-1,2-dicloroeteno y la molécula II es trans-1,2-dicloroeteno. Debido a la ambigüedad ocasional, la IUPAC adoptó un sistema más riguroso en el que se asigna prioridad a los sustituyentes en cada extremo del doble enlace en función de su número atómico. Si los sustituyentes de alta prioridad están en el mismo lado del enlace, se le asigna Z (en alemán zusammen, juntos). Si están en lados opuestos, es E (Ger. entgegen, opuesto). Dado que el cloro tiene un número atómico mayor que el hidrógeno, es el grupo de mayor prioridad. Usando esta notación para nombrar las moléculas ilustradas arriba, la molécula I es (Z)-1,2-dicloroeteno y la molécula II es (E)-1,2-dicloroeteno. No es el caso que Z y cis o E y trans sean siempre intercambiables. Considere el siguiente fluorometilpenteno:

El nombre propio de esta molécula es trans-2-fluoro-3-metilpent-2-eno porque los grupos alquilo que forman la cadena principal (es decir, metilo y etilo) residen en el doble enlace entre sí, o (Z)-2-fluoro-3-metilpent-2-eno porque los grupos de mayor prioridad en cada lado del doble enlace están en el mismo lado del doble enlace. El fluoro es el grupo de mayor prioridad en el lado izquierdo del doble enlace, y el etilo es el grupo de mayor prioridad en el lado derecho de la molécula.

Los términos cis y trans también se utilizan para describir la posición relativa de dos sustituyentes en un anillo; cis si está del mismo lado, de lo contrario trans.

Conformistas

La isomería conformacional es una forma de isomería que describe el fenómeno de moléculas con la misma fórmula estructural pero con formas diferentes debido a rotaciones sobre uno o más enlaces. Las diferentes conformaciones pueden tener diferentes energías, generalmente pueden interconvertirse y muy rara vez son aislables. Por ejemplo, existe una variedad de conformaciones de ciclohexano (cuyo ciclohexano es un intermediario esencial para la síntesis de nailon-6,6) que incluye una conformación de silla donde cuatro de los átomos de carbono forman el "asiento" de la silla, un átomo de carbono es el "respaldo" de la silla, y un átomo de carbono es el "reposapiés"; y una conformación de bote, la conformación de bote representa el máximo de energía en un itinerario conformacional entre las dos formas de silla equivalentes; sin embargo, no representa el estado de transición de este proceso, porque existen vías de menor energía. La inversión conformacional de los ciclohexanos sustituidos es un proceso muy rápido a temperatura ambiente, con una vida media de 0,00001 segundos.

Hay algunas moléculas que se pueden aislar en varias conformaciones, debido a las grandes barreras de energía entre las diferentes conformaciones. Los bifenilos 2,2', 6,6'-tetrasustituidos pueden encajar en esta última categoría.

Anómeros

El anomerismo es una identidad para las estructuras de anillo con un solo enlace donde "cis" o "Z" y "trans" o "E" (isomerismo geométrico) necesita nombrar las sustituciones en un átomo de carbono que también muestra la identidad de quiralidad; por lo tanto, los anómeros tienen átomos de carbono que tienen isomería geométrica e isomería óptica (enantiomería) en uno o más de los carbonos del anillo. Los anómeros se denominan "alfa" o "axial" y "beta" o "ecuatorial" cuando se sustituye una estructura de anillo cíclico que tiene enlaces sencillos entre los átomos de carbono del anillo, por ejemplo, un grupo hidroxilo, un grupo metilhidroxilo, un grupo metoxi u otro grupo piranosa o furanosa que son sustituciones típicas de enlaces sencillos, pero no se limitan a estos. La isomería geométrica axial será perpendicular (90 grados) a un plano de referencia y la ecuatorial estará a 120 grados del enlace axial o se desviará 30 grados del plano de referencia.

Atropisómeros

Los atropisómeros son estereoisómeros que resultan de la rotación obstaculizada sobre enlaces simples donde la barrera de la tensión estérica a la rotación es lo suficientemente alta como para permitir el aislamiento de los confórmeros.

Más definiciones

• A configuración estereoisómero es un estereoisómero de una molécula de referencia que tiene la configuración opuesta en un estereocentro (por ejemplo, R- vs S- o E- vs Z-). Esto significa que los isómeros de configuración sólo pueden ser interconvertidos rompiendo los lazos covalentes al estereocentro, por ejemplo, invirtiendo las configuraciones de algunos o todos los estereocentros en un compuesto.
• An epimer es un diastereoisómero que tiene la configuración opuesta en sólo uno de los estereocentros.

Regla de Le Bel-van't Hoff

La regla de Le Bel-van't Hoff establece que para una estructura con n átomos de carbono asimétricos, hay un máximo de 2ⁿdiferentes estereoisómeros posibles. Como ejemplo, la D-glucosa es una aldohexosa y tiene la fórmula C₆H₁₂O₆. Cuatro de sus seis átomos de carbono son estereogénicos, lo que significa que la D-glucosa es uno de los 2⁴=16 estereoisómeros posibles.