Estereoisomería

En estereoquímica , la estereoisomería , o isomería 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. ^{[ 1 ] [ 2 ]} Esto contrasta con los isómeros estructurales , que comparten la misma fórmula molecular, pero las conexiones de enlace o su orden difieren. Por definición, las moléculas que son estereoisómeros entre sí representan el mismo isómero estructural. ^{[ 3 ]}

Los enantiómeros , también conocidos como isómeros ópticos , son dos estereoisómeros relacionados entre sí por reflexión: son imágenes especulares no 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 rotan la luz polarizada y cómo interactúan con diferentes enantiómeros de otros compuestos. Como resultado, los diferentes enantiómeros de un compuesto pueden tener efectos biológicos sustancialmente diferentes. Los enantiómeros puros también exhiben el fenómeno de la actividad óptica y solo pueden separarse mediante 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). Los enantiómeros se diferencian por la dirección en la que rotan la luz polarizada: la cantidad de rotación óptica de un compuesto quiral en la dirección (+) es igual a la cantidad de rotación de su enantiómero en la dirección (–).

Los diastereómeros son estereoisómeros que no están relacionados por una operación de reflexión. ^{[ 4 ]} 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 dextro-tartárico, que forman un par enantiomérico.

La nomenclatura D y L de los isómeros mencionados anteriormente no es la misma que la nomenclatura d y l , que se ve con más frecuencia, lo que explica por qué pueden parecer invertidos para quienes solo están familiarizados con esta última convención de nomenclatura.

La proyección de Fischer permite diferenciar entre moléculas L y D (véase Quiralidad (química) ). Por ejemplo, por definición, en una proyección de Fischer, el penúltimo carbono de los azúcares D se representa con el hidrógeno a la izquierda y el hidroxilo a la derecha. Los azúcares L se muestran con el hidrógeno a la derecha y el hidroxilo a la izquierda.

El otro aspecto se refiere a la rotación óptica . Al observar la fuente de luz, la rotación del plano de polarización puede ser hacia la derecha (dextrógira — d-rotaria, representada por (+), en sentido horario) o hacia la izquierda (levógira — l-rotaria, representada por (−), en sentido antihorario), dependiendo del estereoisómero dominante. Por ejemplo, la sacarosa y el alcanfor son d-rotatorios, mientras que el colesterol es l-rotario.

La estereoisomería alrededor de los enlaces dobles surge porque la rotación alrededor del enlace doble está restringida, manteniendo los sustituyentes fijos entre sí. ^{[ 5 ]} Si los dos sustituyentes en al menos un extremo de un enlace doble son iguales, entonces no hay estereoisómero y el enlace doble no es un estereocentro, por ejemplo, propeno , CH ₃ CH=CH ₂ donde los dos sustituyentes en un extremo son ambos H. ^{[ 6 ]}

Tradicionalmente, la estereoquímica del doble enlace se describía como cis (del latín, a este lado) o trans (del latín, al otro lado), en referencia a la posición relativa de los sustituyentes a cada lado del doble enlace. Un ejemplo sencillo de isomería cis - trans son los etenos 1,2-disustituidos, como los isómeros del dicloroeteno ( _{C₂H₂Cl₂} ) que se muestran a _{continuación .} ^{[ 7 ]}

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 los sustituyentes en cada extremo del doble enlace se priorizan según su número atómico . Si los sustituyentes de alta prioridad están en el mismo lado del enlace, se les asigna Z (alemán: zusammen , juntos). Si están en lados opuestos, se les asigna E (alemán: entgegen , opuestos). ^{[ 8 ]} Dado que el cloro tiene un número atómico mayor que el hidrógeno, es el grupo de mayor prioridad. ^{[ 9 ]} Usando esta notación para nombrar las moléculas de la imagen anterior, la molécula I es ( Z )-1,2-dicloroeteno y la molécula II es ( E )-1,2-dicloroeteno. No siempre es posible intercambiar Z y cis , o E y trans . Considere el siguiente fluorometilpenteno:

El nombre correcto para esta molécula es trans -2-fluoro-3-metilpent-2-eno porque los grupos alquilo que forman la cadena principal (es decir, metilo y etilo) se encuentran a ambos lados del doble enlace, o bien ( Z )-2-fluoro-3-metilpent-2-eno porque los grupos de mayor prioridad a cada lado del doble enlace están en el mismo lado. El flúor es el grupo de mayor prioridad a la izquierda del doble enlace, y el etilo es el grupo de mayor prioridad a la derecha de la molécula.

Los términos cis y trans también se utilizan para describir la posición relativa de dos sustituyentes en un anillo; cis si están en el mismo lado, trans en caso contrario . ^{[ 10 ] [ 11 ]}

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 alrededor de uno o más enlaces. ^{[ 12 ] [ 13 ]} Las diferentes conformaciones pueden tener energías diferentes, generalmente pueden interconvertirse y son muy raramente aislables. Por ejemplo, existe una variedad de conformaciones de ciclohexano (del cual el ciclohexano es un intermedio esencial para la síntesis de nylon-6,6) incluyendo 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 para este proceso, porque hay 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. ^{[ 14 ]}

Existen algunas moléculas que pueden aislarse en varias conformaciones, debido a las grandes barreras energéticas entre las diferentes conformaciones. Los bifenilos 2,2',6,6'-tetrasustituidos pueden encajar en esta última categoría.

La anomerismo es una identidad para estructuras de anillos con enlaces simples donde "cis" o "Z" y "trans" o "E" (isomerismo geométrico) necesitan 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. ^{[ 15 ] [ 16 ]} Los anómeros se nombran "alfa" o "axial" y "beta" o "ecuatorial" cuando sustituyen una estructura de anillo cíclico que tiene enlaces simples 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 simples pero no se limitan a estos. ^{[ 17 ]} El isomerismo geométrico axial será perpendicular (90 grados) a un plano de referencia y el ecuatorial estará a 120 grados del enlace axial o se desviará 30 grados del plano de referencia. ^{[ 18 ]}

Los atropisómeros son estereoisómeros que resultan de la rotación restringida alrededor de enlaces simples , donde la barrera de tensión estérica a la rotación es lo suficientemente alta como para permitir el aislamiento de los conformeros. ^{[ 19 ]}

• Un estereoisómero configuracional es un estereoisómero de una molécula de referencia que presenta la configuración opuesta en un estereocentro (por ejemplo, R frente a S o E frente a Z ). Esto significa que los isómeros configuracionales solo pueden interconvertirse rompiendo los enlaces covalentes con el estereocentro, por ejemplo, invirtiendo las configuraciones de algunos o todos los estereocentros de un compuesto.
• Un epímero es un diasteroisómero que tiene la configuración opuesta en solo uno de los estereocentros.

_La regla de Le Bel-van't Hoff _establece que para una estructura con n átomos de carbono asimétricos , existe un máximo de 2ⁿ ^{estereoisómeros} diferentes posibles. Por 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 ^2⁴ = 16 estereoisómeros posibles. ^{[ 20 ] [ 21 ]}

• Descriptor (química)
• Biblioteca de rotámeros dependiente de la estructura principal