ANLISIS CONFORMACIONAL Y CONFIGURACIONALA) ANALISIS CONFORMACIONAL.-

1) OBJETIVOS.-

Conocer y construir las conformaciones notables de las molculas orgnicas. Conocer los diferentes tipos de tensiones que determinan las conformaciones de las molculas orgnicas. Relacionar mediante una grfica de energa potencial versus ngulo de rotacin a partir de las conformaciones notables.

2) CONSIDERACIONES TERICAS.-Se denominan conformaciones las diferentes disposiciones espaciales de los tomos cuando la cadena realiza un giro cuyo eje es un enlace simple C - C.

Para representar las distintas conformaciones se utilizan las proyecciones de Newman.En los alcanos pueden distinguirse tres conformaciones: Alternada: Es la ms estable (menor energa) pues sus tomos estn los ms separados posible y por tanto la interaccin es mnima. Eclipsada: Es la menos estable (mayor energa). Sesgada o desviada: Se llaman as a las infinitas conformaciones que existen entre la alternada y la eclipsada. Su energa es mayor que la alternada y menor que la eclipsada.

Grfica de energa potencial versus ngulo de rotacinLas diferencias energticas entre la conformacin eclipsada y alternada se debe a las diferencias energticas determinadas por: La tensin torsional: Originada por el eclipsamiento de enlaces; las densidades electrnicas de los enlaces eclipsados se repelen e incrementan la energa potencial de la molcula. La tensin de Van der Waals: Originadas por la interaccin de los sustituyentes, ya sea de forma atractiva (fuerzas intermoleculares)o de forma repulsiva(interaccin de grupos voluminosos, cuyo efecto se incrementa considerablemente con el aumento del volumen de los sustituyentes). Existe tambin la tensin angular que tpicamente se da en los cicloalcanos. Es debido a la desviacin de los ngulos con respecto a lo que impone la hibridacin.3) PROCEDIMIENTO.-

a) n- butano Construir la molcula del n-butano.

Conformaciones del n-butano:

Anti Eclipsado GaucheTensinantieclipsadaGauche

TorsionalNoSiNo

AngularNoNoNo

Van der WaalsSiSiSi

Tabla N1.Comparacion de tensiones en conformaciones del n-butano.

Representacin en caballete del n-butano.

Eclipsado Gauche Anti

Representacin en cua del n-butano.

Gauche Anti Eclipsado

Diagrama de Energa potencial vs ngulo de rotacin para el n-butano.

b) isopentano Construir la molcula del isopentano.

a

Conformaciones del isopentano:

Anti Eclipsado GaucheTensinantieclipsadaGauche

TorsionalNoSiNo

AngularNoNoNo

Van der WaalsSiSiSi

Tabla N2.Comparacion de tensiones en conformaciones del isopentano.

Representacin en caballete del isopentano.

AntiEclipsado Gauche

Representacin en cua del isopentano.

AntiEclipsado Gauche

Diagrama de Energa potencial vs ngulo de rotacin para el isopentano.

c) 1,2-etanodiol

a) Una molcula en el vaco. Evaluemos primero las conformaciones eclipsadas que, como es habitual, son los mximos de energa del perfil: Interaccin estrica mxima. Los grupos OH, que son los ms voluminosos, estn eclipsados. Momento dipolar mximo. Los vectores de los momentos de los enlaces C-O dan la mxima componente. Disposicin adecuada para formar enlace de hidrgeno intramolecular. Las interacciones anteriores quedan compensadas en parte. Resultado: Alto contenido energtico Interaccin estrica menor que en la conformacin anterior. Los grupos OH, que son los ms voluminosos, no estn eclipsados. Momento dipolar mucho menor que en el rotmero anterior. Los vectores de los momentos de los enlaces C-O se oponen en cierta medida y dan una componente moderada. Disposicin inadecuada para formar enlace de hidrgeno intramolecular.

Resultado: Contenido energtico semejante a la anterior.Analicemos ahora las alternadas, mnimos de energa del perfil: Interaccin estrica moderada: Los grupos OH estn en disposicin gauche. Momento dipolar importante: Los vectores de los momentos de los enlaces C-O estn casi alineados y dan una componente importante. Disposicin adecuada para formar enlace de hidrgeno intramolecular.

Resultado: El enlace de hidrgenointramolecular compensa las interacciones estricas y polares relativamente desfavorables. Interaccin estrica mnima: Los grupos OH estn en disposicin anti, lo ms alejados posible. Momento dipolar nulo: Los vectores de los momentos de los enlaces C-O estn totalmente opuestos y dan una componente nula. Disposicin inadecuada para formar enlace de hidrgeno.Resultado: El enlace de hidrgeno es la interaccin de ms peso y como en esta conformacin no puede establecerse, sta resulta ligeramente menos estable que la anterior.b) Molculas disueltas en un disolvente apolar a baja concentracin.No deben esperarse cambios respecto de la anterior situacin. Al estar las molculas de 1,2-etanodiol muy separadas por multitud de molculas apolares de disolvente, con las que interaccionar mnimamente, su comportamiento conformacional ser muy semejante al de una molcula en el vaco.

c) Molculas disueltas en un disolvente apolar a alta concentracin.Si la concentracin es muy elevada, las molculas de 1,2.etanodiol podrn interaccionar unas con otras. Se establecern enlaces de hidrgenointermoleculares, hasta cuatro por molcula, uno por cada orbitalsp3no compartido de los oxgenos, frente a unointramolecular. Los enlaces intermoleculares aumentan el tamao efectivo de los grupos OH que, como no se enlazan intramolecularmente, se alejan lo ms posible. La conformacin anti resulta as favorecida. Al aumentar la concentracin, la poblacin de molculas en conformacin anti aumenta.d) Molculas disueltas en agua a baja concentracin.Aunque la baja concentracin impide que las molculas de 1,2 etanodiol interaccionen entre s, las molculas de agua formaran enlaces intermoleculares con los grupos OH y, en realidad, se encontrarn en una situacin muy semejante a la anterior. Por tanto, la presencia del agua hace que la poblacin de molculas en conformacin anti aumente. El perfil de energa cualitativo, en funcin del ngulo diedro formado por los grupos OH, es el siguiente. Compara con el del butano. La conformacin anti no es la ms estable debido a que las conformaciones gauche estn estabilizadas adicionalmente por la formacin de un enlace de hidrgeno intramolecular.Por tanto, el 1,2-etanodiol pasar ms tiempo en la conformacin gauche, a diferencia del butano que lo hace en la conformacin anti.

B) ANALISIS CONFIGURACIONAL.-

1) OBJETIVOS.-

Construir las configuraciones de las molculas orgnicas. Analizar la existencia de los enantimeros. Nombrar de forma estereoqumica las molculas orgnicas Al finalizar la prctica poder reconocer enantimeros, diasteremeros y forma meso.

2) CONSIDERACIONES TERICAS.-

La palabra quiral fue introducida por William Thomson (Lord Kelvin) en 1894 para designar objetos que no son superponibles con su imagen especular. La quiralidad est a menudo asociada a la presencia de carbonos asimtricos. Un carbono asimtrico es aquel que se une a cuatro sustituyentes diferentes.

Los ismeros que tienen la misma conectividad en diferentes disposiciones espaciales de sus sustituyentes se llaman estereoismeros.

Los estereoismeros que guardan una relacin entre una molcula y su imagen especular no superponible se llaman enantimeros. Los estereoismeros q no son enantimeros se llaman diasteremeros

SISTEMA R/SLos cuatro grupos unidos al carbono asimtrico se numeran del1 al 4 en un orden de prioridad convenido, proyectndose en el plano segn el eje C-sustituyente4, saliendo el resto como radios del C. Si la secuencia 1, 2, 3 se mueve en sentido horario la configuracin es R (rectus); si el sentido es antihorario, la configuracin es S (sinister).La nica dificultad estriba en el ordenamiento de los grupos, que obedecen a las siguientes reglas:

1. Los tomos unidos directamente al centro asimtrico (tomos de primer grado) se ordenan segn el nmero atmico decreciente.2. Si dos o ms tomos de primer orden son iguales, entonces la prioridad depende de los tomos de segundo grado, de nuevo a tenor de los nmeros atmicos.3. Si dos o ms grupos tienen los mismos tomos de segundo grado, el nmero de tales tomos decide la prioridad.4. Los enlaces mltiples, se consideran como varios enlaces sencillos.5. Cuando dos o ms grupos son idnticos en los dos primeros grados, se aplican las reglas anteriores a los sucesivos grados hasta alcanzar una diferencia.

3) PROCEDIMIENTO.-

1. Halgenos Carbonos aquiralesHidrgeno Carbono asimtricosNota: Por criterios de esttica, en algunos ejemplos no se ha diseado los tomos hidrgenos.Construir, usando los modelos moleculares, las siguientes molculas e identificar los carbonos asimtricos y ubicar en cada el hidrgeno (cuarta prioridad segn CIP ) hacia atrs respecto al observador.Asignar la especificacin R/S, a cada uno de los centros quirales. a.

c

(3R)-1,2,3 - trimetilpentano

b.

c c

(2S,3R)-2,3 - dibromobutano

c.

(2S,3R)-2,3 - dibromobutano

d.

(2S,3S)-2,3 - dibromobutano

2. Representar usando los modelos moleculares, la conformacin ms estable (si es posible) las siguientes molculas.

Halgenos Carbonos aquiralesHidrgeno Carbono quiralesNota: Por criterios de esttica, en algunos ejemplos no se ha diseado los tomos hidrgenos.a. (R)-2-clorobutanoPrioridad en el carbono quiral: Cl > C2H5 > CH3 > H

c

b. (S) 2 - bromobutanoPrioridad en el carbono quiral: Br > C2H5 > CH3 > H

c

c. (2S,3S) 2,3 dibromobutanoPrioridad en el carbono quiral: Br > C-Br > CH3 > H

c

c

d. (2R,3S)-2,3 dibromobutanoPrioridad en el carbono quiral: Br > C-Br > CH3 > H

c c

e. (2S,3S)-2,3 dibromopentanoPrioridad en el carbono quiral: Br > C-Br > CH3 > H

c c

3. Construir usando los modelos moleculares, las siguientes molculas.

Cis-1,3-dimetilciclohexano No presenta enantiomeria. No se pueden resolver. Por cambio conformacional se logran superponer el objeto y la imagen especular.

Trans-1,3-dimetilciclohexano. Existe como un par de enantiomeros. Se pueden resolver. Por cambio conformacional no se pueden superponer el objeto y la imagen especular.

C) BIBLIOGRAFA

J. Brea-E. Neira-C. Viza-E. Hermoza-T. Tuesta-O. Bulln, Laboratorio de Qumica Orgnica I, Primera Edicin, Editorial Universitaria, Per, pginas 78-95.

Jorge Luis Brea Or Enrique F. Neira Montoya, Qumica Orgnica I, Primera Edicin, Editorial Universitaria, Per, pginas 59-73

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