CARRERA DE ESPECIALIZACION EN

BIOTECNOLOGIA INDUSTRIAL

FCEyN-INTI

Materia de Articulación CEBI_A3

QUIMICA ORGANICA DE BIOPROCESOS

Docente a cargo: Dra. Silvia Flores

CEBI_A3_ 2: Estereoquímica

ISOMERÍA Los compuestos que tienen igual fórmula química pero

diferente ordenamiento estructural o espacial de sus átomos

se denominan ISÓMEROS

espacial Isómeros conformacionales

(3D)

Isomería

Isómeros configuracionales

constitucional

enantiómeros diásterómeros

Isómeros Constitucionales

(estructurales) Igual número y tipo de átomos pero con distinta conectividad.

Igual o distinta funcionalidad.

Poseen propiedades físicas diferentes.

Isómeros Constitucionales

Tautómeros Estructuras

diferentes en equilibrio

Estereoisómeros Conectados en el

mismo orden pero con diferente orientación espacial

Confórmeros Por rotación de un enlace s Csp3 - Csp3

Estereoisómeros

Confórmeros Conformaciones de los compuestos cíclicos

Confórmeros más estables

con sustituyentes en posición

ecuatorial

Etereoisómeros Isómeros geométricos Debido a restricciones en la rotación de enlaces

- compuestos cíclicos

- compuestos con dobles enlaces (alquenos)

cis-1,4-dimetilciclohexano

trans-1,4-dimetilciclohexano

Estereoisómeros Isómeros configuracionales

Enantiómeros Isómeros cuyas imágenes especulares no son superponibles entre sí.

a) Restricción rotacional (ejes estereogénicos).

b) Presencia de carbonos quirales (centros estereogénicos).

Estereoisómeros Reglas CIP (Cahn – Ingold – Prelog)

Permite asignar prioridades a los átomos unidos a un mismo C, según:

1) Entre átomos distintos, tiene mayor prioridad el de mayor Z (por ej. I

> Br > Cl > S > O > N > C > H).

2) Entre isótopos, tiene mayor prioridad el de mayor peso atómico (por

ej. T > D > H).

3) Si los sustituyentes son iguales, se continua por la cadena, viendo el

átomo vecino, y aplicando sobre este 1) y 2). El proceso se repite

hasta encontrar la primer diferencia.

4) Para C=C y C≡C, se asigna equivalencia con enlaces múltiples.

Configuración absoluta Reglas CIP para asignar prioridades a los

cuatro sustituyentes de un carbono quiral:

1- Asignar prioridades

2- El sustituyente de menor prioridad «hacia atrás»

3- Definir sentido de giro en función de prioridades crecientes del resto

de los sustituyentes.

Proyecciones de Fischer

Gira como S pero es R

Gira como R pero es S

Molécula quiral: no puede

superponerse con su imagen

especular. Implica la presencia de al

menos un elemento estereogénico

(ejes o centros), el cual posee una

configuración absoluta definida.

Enantiómeros: par de moléculas

quirales o isómeros geométricos que

son imágenes especulares entre sí y

poseen configuración absoluta

opuesta de todos sus elementos

estereogénicos.

Diásterómeros: estereoisómeros

que no son imágenes especulares

entre sí. Se trata de isómeros

geométricos o compuestos con dos o

más C asimétricos.

Etereoisómeros Isómeros geométricos Debido a restricciones en la rotación de enlaces

Asignación de prioridades según reglas CIP

-Diasterómeros en compuestos cíclicos

-Diasterómeros en compuestos con dobles enlaces (alquenos)

cis-1,4-dimetilciclohexano

trans-1,4-dimetilciclohexano

Formas meso: moléculas con carbonos

quirales pero con un eje interno de simetría o

punto de inversión. Globalmente, no son

moléculas quirales.

(2R, 3R)-ácido tartárico (2S, 3S)-ácido tartárico ácido meso-tartárico

Plano de simetría

Centro de inversión

meso-2,3-butanodiol

Epímeros: Diasterómeros que difieren

solo en la configuración de uno de sus

centros estereogénicos.

D-Glucosa D-Galactosa

Las moléculas quirales no poseen planos de simetría ni puntos de

inversión.

Dos enantiómeros tienen propiedades físicas y químicas idénticas

(solubilidad, punto de fusión y ebullición, reactividad con compuestos no

quirales, propiedades espectroscópicas). Sin embargo pueden

diferenciarse por su reactividad con otros compuestos quirales, sabor y

aroma, actividad biológica y actividad óptica.

Esteroquímica Relativa

- Compuestos cíclicos cis trans

- Nomenclatura L D (hidratos de carbono, aminoácidos)

Esteroquímica Relativa

- Sistemas bicíclicos exo-endo

- Anómeros a y b

Grupo Aldehído

a

b

a-D-Glucopiranosa

b-D-Glucopiranosa

TOPOLOGÍA MOLECULAR Proestereoisomería / Proquilaridad

Se pueden establecer relaciones entre átomos

o grupos funcionales de una misma molécula a

fin de diferenciarlos en una determinada

reacción química o a través de métodos

espectroscópicos.

Grupos

1.Homomórficos 2.Heteromórficos

1.1 Homotópicos 1.2 Heterotópicos

1.2.2 Heterotópicos constitucionales 1.2.1 Estereotópicos

1.2.1.1 Enantiotópicos 1.2.1.2 Diasterotópicos

Mismo

producto

1. Grupos homomórficos Idéntica constitución

1.1 Grupos Homotópicos:

Al sustituirlos resultan el mismo producto (Ha y Hb).

1.2 Grupos Heterotópicos

1.2.2 Heterotópicos constitucionales:

Al sustituirlos resultan isómeros constitucionales (Ha y Hc).

Enantiómeros

1. Grupos homomórficos 1.2 Grupos Heterotópicos

1.2.1 Grupos Esterotópicos

1.2.1.1 Grupos Enantiotópicos:

Al sustituirlos resultan enantiómeros (Hc y Hd). El C involucrado puede

convertirse en quiral . Se lo denomina proestereogénico . Además generaría

quilaridad en la molécula, entonces es un C proquiral.

1.2.1.2 Grupos Diasterotópicos:

Grupos sobre enlaces dobles, ciclos o moléculas donde ya existe un elemento

esterogénico. Al sustituirlos resultan diasterómeros (Ha y Hb).

Diasterómeros

Grupos homomórficos

Carbonos proquirales:

Tiene dos grupos iguales y al sustituir

uno de ellos se convierte en quiral.

Grupos proquirales:

Grupos iguales y unidos al mismo C

aquiral, que se convierte en quiral al

sustituir uno de estos grupos.

Cuidado!! La sustitución de un grupo

pro-R no implica que el C resulte R.

Dependerá de la prioridad asignada al

nuevo grupo según las reglas CIP.

Proquiralidad Facial

CARAS ENANTIOTÓPICAS

CARAS HOMOTÓPICAS

CARAS DIASTEROTÓPICAS

Descritpores Re - Si Empleados para denominar cada una de las

caras de un doble enlace con proquiralidad

facial. Se utilizan las reglas CIP sobre cada

sustituyente de C sp2 y se determina el sentido

de giro.

Descritpores Re – Si

Para enlaces C=C se aplica la notación para

cada C proquiral

Actividad óptica

Es la capacidad de una sustancia quiral de rotar el plano de la luz polarizada.

Se mide el ángulo de rotación (a).

Un enantiómero debe estar presente en una proporción mayoritaria.

Se utiliza una fuente de luz monocromática (línea D del Na: 589 nm).

Polarimetría

Mezcla racémica:

Mezcla equimolar de dos

enantiómeros

(±)-limoeno o (dl)-limoneno

No posee actividad óptica neta.

Rotación específica:

Es una propiedad física de una sustancia.

Puede ser hacia la derecha (dextrógiro) :

(+)-gliceraldehído: [a]20 = +8.7º

Puede ser hacia la izquierda (levógiro) :

(-)-gliceraldehído : = -8.7º

Si uno de los enantiómeros se encuentra en exceso respecto al otro, entonces

se observará una actividad óptica neta.

- Exceso enantiomérico

%ee = (Xmayoritario – Xminoritario) / (Xmayoritario + Xminoritario) . 100

- Esteroselectividad

%es = Xmayoritario / (Xmayoritario + Xminoritario) . 100

La proporción de enantiómeros de una muestra puede determinarse a través de

métodos espectroscópicos o cromatográficos (previa derivatización con

agentes quirales enantiopuros o biotransformación estereoselectiva).

Actividad óptica

La mayoría de las moléculas que integran sistemas biológicos o que intervienen

en procesos bioquímicos, son quirales y se presentan como un único

enantiómero.

Esto trae consecuencias inmediatas:

- Los constituyentes de una mezcla racémica interactúan con las moléculas

de un sistema biológico (receptores) de manera diferenciada.

- Los procesos bioquímicos producen enantiómeros puros o compuestos con

exceso enantiomérico (catálisis enzimática).

Naturaleza y quiralidad

1- Reacciones enantioselectivas

Se pueden crear uno o más centros estereogénicos.

-Métodos no enzimáticos (Utiliza auxiliares quirales, catalizadores

quirales).

-Métodos enzimáticos. No requiere auxiliares quirales.

2- Resolución de mezclas racémicas

-Formación de derivados

-Biocatalizadores

-Resolución cinética

-Cromatografía quiral

En cualquier caso se requiere de compuestos enantioméricamente puros a partir

de Productos Naturales (HC, aa, metabolitos 1º (hidroxiácidos), metabolitos 2º

(terpenos, alcaloides, etc.) que actúen como catalizadores o auxiliares quirales.

Obtención de compuestos

enantioméricamente puros o con ee

1- Reacciones enantioselectivas

Auxiliares quirales

Obtención de compuestos

enantioméricamente puros o con ee

Una mezcla de d y l

Sólo el enantiómero S

1- Reacciones enantioselectivas

Catalizadores quirales

Biocatalizadores

Obtención de compuestos

enantioméricamente puros o con ee

1- Reacciones enantioselectivas

Biocatalizadores

Obtención de compuestos

enantioméricamente puros o con ee

Ac(+)tartárico

(-)adrenalina(+)tartárico + (+)adrenalina(+)tartárico

Ac(+)tartárico

Cristalización

2- Resolución de mezclas racémicas

Formación de derivados. Requiere de un compuesto enantiopuro.

Obtención de compuestos

enantioméricamente puros o con ee

Mezcla racémica

Agente quiral enantiopuro

Separación

Mezcla de diasterómeros

Reacción química /

Separación

Reacción química

2- Resolución de mezclas racémicas

Biocatalizadores. No requiere un compuesto enantiopuro

Obtención de compuestos

enantioméricamente puros o con ee

2- Resolución de mezclas racémicas

Resolución cinética. La velocidad de reacción de uno de los

enantiómeros frente a un agente quiral es mayor en comparación con el otro

enantiómero.

Obtención de compuestos

enantioméricamente puros o con ee

2- Resolución de mezclas racémicas

Cromatografía quiral. Se emplea una fase estacionaria quiral.

Interacción diferencial de los enantiómeros con la fase estacionaria con tiempos

de elución diferentes.

Obtención de compuestos

enantioméricamente puros o con ee

HPLC

CG

Biocatalizadores (células enteras)

Desrracemización

Se invierte la configuración de uno de los

componentes de la mezcla racémica.

Inversión