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Apunts de Orgànica I...

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Química Orgánica I

Silvia Astort Padilla

Luz polarizada Casi todo lo que vemos es luz no polarizada que vibra aleatoriamente en todas direcciones. La luz polarizada en un plano está formada por ondas que sólo vibran en un plano. Cuando la luz no polarizada pasa través de un filtro polarizante, las ondas de luz que vibran aleatoriamente son filtradas de tal manera que casi toda la luz que pasa vibra en una sola dirección.

Giro de la luz polarizada en un plano

No confunda el proceso de

Cuando la luz polarizada pasa a través de una

nombrar a una estructura como (R)

disolución que contiene un compuesto quiral,

o (S) con el proceso de medir el

dicho compuesto ocasiona que el plano de

giro óptico. Sólo porque utilizamos

vibración gire. El giro del plano de la luz

los términos en sentido de las

polarizada se conoce como actividad óptica, y

manecillas del reloj y en sentido

se dice que las sustancias que giran el plano de

contrario a las manecillas del reloj

la luz polarizada son ópticamente activas.

para nombrarlas como (R) y (S) no

Antes de que se conociera la relación entre

significa que la luz sigue nuestras

quiralidad y la actividad óptica, a los

reglas de nomenclatura.

enantiómeros se les llamaba isómeros ópticos, ya que parecían idénticos, con la excepción de su actividad óptica opuesta. Sin embargo, el término se aplicaba libremente a más de un tipo de isomería entre los compuestos ópticamente activos, y este término ambiguo ha sido reemplazado por el término que los define con exactitud, enantiómeros. Dos enantiómeros tienen propiedades físicas idénticas, excepto por la dirección en la que giran el plano de la lux polarizada.

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Los compuestos enantioméricos giran el plano de la luz polarizada con la misma magnitud, pero en sentidos opuestos. Si el enantiómero (R) gira el plano 30º en el sentido de las manecillas del reloj, el enantiómero (S) lo girará 30º ene l sentido contrario. Si el enantiómero (R) gira el plano 5º en sentido contrario a las manecillas del reloj, el enantiómero (S) lo girará 5º en el sentido de las manecillas del reloj. No podemos predecir el sentido específico en que [un enantiómero (R) o (S)] girará el plano de la luz polarizada.

Polarimetría Un polarímetro mide el giro del plano de la luz polarizada. Éste dispositivo consta de una celda tubular con una disolución de un material ópticamente activo y un sistema para pasar luz polarizada a través de la disolución, y para medir e giro de la luz que emerge. Los compuestos que giran hacia la derecha (en el sentido de las manecillas del reloj) el plano de la luz polarizada se conoce como dextrógiros. Los compuestos que giran el plano hacia la izquierda (en sentido contrario de las manecillas del relaj) se conocen como levógiros. Estos términos en ocasiones se abrevian mediante una letra minúscula la d o l. De acuerdo con la notación IUPAC, el sentido del giro se especifica mediante el signo (+) o (-). Los giros dextrógiros (en sentido de las manecillas del reloj) son (+) o (d). Los giros levógiros (en sentido contrario a las manecillas del reloj) son (-) o (l). Giro específico El giro angular de la luz polarizada mediante un compuesto quiral es una propiedad física característica de ese compuesto, igual que el punto de ebullición o la densidad. El giro (α) observado en un polarímetro depende

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de la concentración de la disolución muestra y de la longitud de la celda, así como de la actividad óptica del compuesto. Para utilizar el giro de la luz polarizada como una propiedad característica de un compuesto, debemos estandarizar las condiciones de medición. Definimos el giro específico [α] de un compuesto como el giro obtenido a través de una celda de 10 cm (1dm) y una concentración de 1g/ml.

Mezclas racémicas Si se dispone de una mezcla con cantidades iguales de (+)-butan-2-ol y (-)- butan-2-ol. El isómero (+) giraría la luz polarizada en el sentido de las manecillas del reloj con un giro esepcífico de + 13.5º y el isómero (-) la giraría exactamente en la misma magnitud pero en el sentido opuesto. Observaríamos un giro de cero, como si el butan-2-ol fuera aquiral. Una disolución con cantidades Igules de dos enantiómeros, tal que la mezcla es ópticamente inactiva, se conoce como mezcla racémica. Algunas veces a este tipo de mezclas se les conoce como racematos, par (±) o par (d,l). Una mezcla racémica se denota colocando ( ±) o (d,l) antes del nombre del compuesto. Por ejemplo, el butan-2-ol racémico se denota como “(±)-butan-2-ol” o “(d,l)-butan-2-ol”.

Tal vez piense que una mezcla racémica es inusual, ya que necesita cantidades exactamente iguales de los dos enantiómeros. Sin embargo, éste no es el caso. Muchas reacciones generan productos racémicos, en

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especial cuando una molécula aquiral se convierte en una molécula quiral. Ya que se produce el 50% de cada enantiómero. Una reacción que utiliza reactivos ópticamente inactivos y catalizadores no puede generar un producto que sea ópticamente activo. Cualquier producto quiral debe producirse como una mezcla racémica.

Exceso enantiomérico y pureza óptica Algunas veces tratamos con mezclas que no son ópticamente puras (sólo un enantiómero) ni racémicas (cantidades iguales de dos enantiómeros). En estos casos, especificamos la pureza óptica (p.o) de la mezcla. La pureza óptica de una mezcla se define como la proporción de su giro con respeto al giro de un enantiómero puro. Por ejemplo, si tenemos un poco de butan-2-ol [principalmente del (+)] con un giro específico de +9.72º, comparamos este giro con el giro de +13.5º del enantiómero puro (+).

El exceso enantiomérico (e.e.) es un método similar para expresar las cantidades relativas de los enantiómeros en una mezcla. Para calcular el exceso enantiomérico de una mezcla, calculamos el exceso del enantiómero predominante como un porcentaje de toda la mezcla. En el caso de un compuesto químicamente puro, el cálculo del exceso enantiomérico por lo general arroja el mismo resultado que el del cálculo

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de la pureza óptica, y con frecuencia utilizamos ambos términos indistintamente. Compuestos quirales sin átomos asimétricos La mayoría de los compuestos orgánicos quirales tienen al menos un átomo de carbono asimétrico. Algunos son quirales porque tienen otro átomo asimétrico, como el fósforo, azufre o nitrógeno, que sirve como centro quiral. o Nitrógeno de una sal de amonio R” R – N+ - R””

X-

R””” En este compuesto el nitrógeno presenta una hibridación sp 3, por lo tanto puede formar un centro quiral ya que no se puede invertir. o Nitrógeno de un òxido de amina OR”” – N+ - R” R

Es un centro quiral. Si hacemos un cambio encontramos un enantiómero.

o Azufre: Siempre que tenga una hibridación sp3 i cadenas diferentes. CH3 CH3 CH2 – S = O o Fósforo: si tiene sp3 y 3 cadenas diferentes. Como las sales de fosfoneo. Enantiomería conformacional Algunas moléculas son tan voluminosas o están tan tensionadas que no pueden pasar fácilmente de la conformación quiral a la conformación...