Tema

En estereoquímica , la topicidad es la relación estereoquímica entre los sustituyentes y la estructura a la que están unidos. Dependiendo de la relación, estos grupos pueden ser heterotópicos , homotópicos , enantiotópicos o diastereotópicos .

Los grupos homotópicos en un compuesto químico son grupos equivalentes. Dos grupos A y B son homotópicos si la molécula permanece aquiral cuando los grupos se intercambian con algún otro átomo (como el bromo) mientras que las partes restantes de la molécula permanecen fijas. Los átomos homotópicos son siempre idénticos, en cualquier entorno. Los núcleos homotópicos activos en RMN tienen el mismo desplazamiento químico en un espectro de RMN . Por ejemplo, los cuatro átomos de hidrógeno del metano ( CH₄ ₎ son homotópicos entre sí, al igual que los dos hidrógenos o los dos cloros del _{diclorometano} ( CH₂Cl₂ ₎ .

El término estereoquímico enantiotópico se refiere a la relación entre dos grupos en una molécula que, si uno u otro se sustituyera, generaría un compuesto quiral . Los dos compuestos posibles resultantes de dicha sustitución serían enantiómeros .

Por ejemplo, los dos átomos de hidrógeno unidos al segundo carbono del butano son enantiotópicos. La sustitución de un átomo de hidrógeno (en azul) por un átomo de bromo produce ( R )-2-bromobutano. La sustitución del otro átomo de hidrógeno (en rojo) por un átomo de bromo produce el enantiómero ( S )-2-bromobutano.

Los grupos enantiotópicos son idénticos e indistinguibles, excepto en entornos quirales. Por ejemplo, los hidrógenos CH₂ del etanol ₍ CH₃CH₂OH ) _{son normalmente enantiotópicos} , pero pueden volverse diferentes ( diastereotópicos ) si se combinan con un centro quiral, por ejemplo, mediante la conversión a un éster de un ácido carboxílico quiral como el ácido láctico , o si se coordinan a un centro metálico quiral, o si se asocian al sitio activo de una enzima , ya que las enzimas están constituidas por aminoácidos quirales . De hecho, en presencia de la enzima LADH , un hidrógeno específico se elimina del grupo CH₂ _durante la oxidación del etanol a acetaldehído , y se repone en el mismo lugar durante la reacción inversa. El entorno quiral no necesita ser ópticamente puro para que se produzca este efecto.

Los grupos enantiotópicos son imágenes especulares entre sí respecto a un plano de simetría interno. Un entorno quiral elimina dicha simetría. Los pares enantiotópicos de núcleos activos en RMN también son indistinguibles mediante RMN y producen una única señal.

Los grupos enantiotópicos no tienen por qué estar unidos al mismo átomo. Por ejemplo, dos átomos de hidrógeno adyacentes al grupo carbonilo en la cis -2,6-dimetilciclohexanona son enantiotópicos; están relacionados por un plano de simetría interno que pasa a través del grupo carbonilo, pero la desprotonación en uno u otro lado del grupo carbonilo generará compuestos que son enantiómeros. De manera similar, la sustitución de uno u otro átomo por deuterio generará enantiómeros.

El término estereoquímico diastereotópico se refiere a la relación entre dos grupos en una molécula que, al ser reemplazados, generarían compuestos diastereómeros . Los grupos diastereotópicos suelen ser, aunque no siempre, grupos idénticos unidos al mismo átomo en una molécula que contiene al menos un centro quiral.

Por ejemplo, los dos átomos de hidrógeno del grupo CH₂ _en el ( S )-2-bromobutano son diastereotópicos. La sustitución de un átomo de hidrógeno (en azul) por un átomo de bromo dará lugar al ( 2S,3R )-2,3-dibromobutano. La sustitución del otro átomo de hidrógeno (en rojo) por un átomo de bromo dará lugar al diastereómero ( 2S,3S )-2,3-dibromobutano.

En las moléculas quirales que contienen grupos diastereotópicos, como en el 2-bromobutano, no se requiere pureza enantiomérica ni óptica ; independientemente de su proporción, cada enantiómero generará conjuntos enantioméricos de diastereómeros al sustituir los grupos diastereotópicos (aunque, como en el caso de la sustitución por bromo en el 2-bromobutano, los isómeros meso , estrictamente hablando, no tienen enantiómero).

Los grupos diastereotópicos no son imágenes especulares entre sí con respecto a ningún plano. Siempre son diferentes, en cualquier entorno, pero pueden no ser distinguibles. Por ejemplo, ambos pares de hidrógenos CH ₂ en el clorhidrato de fenilalaninato de etilo (PhCH ₂ CH(NH ₃ ⁺ )COOCH ₂ CH ₃ Cl ⁻ ) son diastereotópicos y ambos dan pares de señales ¹ H-NMR distintas en DMSO-d ₆ a 300 MHz, ^{[ 1 ]} pero en el similar 2-nitrobutanoato de etilo (CH ₃ CH ₂ CH(NO ₂ )COOCH ₂ CH ₃ ), solo el grupo CH ₂ junto al centro quiral da señales distintas de sus dos hidrógenos con el mismo instrumento en CDCl ₃ . ^{[ 2 ]} Dichas señales suelen ser complejas debido a pequeñas diferencias en el desplazamiento químico, solapamiento y un acoplamiento fuerte adicional entre hidrógenos geminales . Por otro lado, los dos grupos CH ₃ del ipsenol, que están a tres enlaces del centro quiral, dan dobletes ^{de 1 H separados a 300 MHz y señales de 13} C-NMR separadas en CDCl ₃ , ^{[ 3 ]} pero los hidrógenos diastereotópicos en el clorhidrato de alaninato de etilo (CH ₃ CH(NH ₃ ⁺ )COOCH ₂ CH ₃ Cl ⁻ ), también a tres enlaces del centro quiral, muestran señales de ¹ H-NMR apenas distinguibles en DMSO-d ₆ . ^{[ 4 ]}

Los grupos diastereotópicos también aparecen en moléculas aquirales. Por ejemplo, cualquier par de hidrógenos CH₂ _en el 3-pentanol (Figura 1) son diastereotópicos, ya que los dos carbonos CH₂ son _{enantiotópicos} . La sustitución de cualquiera de los cuatro hidrógenos CH₂ _crea dos centros quirales a la vez, y los dos posibles productos de sustitución de hidrógeno en cualquier carbono CH₂ _serán diastereómeros. Este tipo de relación suele ser más fácil de detectar en moléculas cíclicas. Por ejemplo, cualquier par de hidrógenos CH₂ _en el ciclopentanol (Figura 2) son igualmente diastereotópicos, y esto se discierne fácilmente ya que uno de los hidrógenos del par estará en posición cis respecto al grupo OH (en el mismo lado de la cara del anillo) mientras que el otro estará en posición trans (en el lado opuesto).

El término diastereotópico también se aplica a grupos idénticos unidos al mismo extremo de una unidad de alqueno que, si se sustituyen, generarían isómeros geométricos (que también entran en la categoría de diastereómeros). Así, los hidrógenos CH₂ _del propeno son diastereotópicos, uno en posición cis respecto al grupo CH₃ _y el otro en posición trans , y la sustitución de uno u otro por CH₃ _generaría cis- o trans - 2- buteno .

La diastereotopía no se limita a las moléculas orgánicas, ni a los grupos unidos al carbono, ni a las moléculas con centros tetraédricos quirales (hibridados sp3): por ejemplo, el par de hidrógenos en cualquier grupo CH2 ^o NH2 _en el _ion tris ( etilendiamina)cromo(III) (Cr(en) ₃₃₊ ⁾ , donde el centro metálico es quiral, son diastereotópicos (Figura 2).

Los términos enantiotópico y diastereotópico también pueden aplicarse a las caras de grupos planares (especialmente grupos carbonilo y fragmentos alqueno). Véase la regla de prioridad de Cahn-Ingold-Prelog .

Los grupos heterotópicos son aquellos que, al ser sustituidos, presentan diferencias estructurales. No son diastereotópicos, enantiotópicos ni homotópicos. ^{[ 5 ]}

• Proquiral
• análisis conformacional