Seminarios: estequeometría, isomería espacial, geométrica y óptica PDF

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Teoría de los seminarios, estequeometría, isomería espacial, geométrica y óptica, con muchos ejemplos....

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19/10/17

Estequiometría La estequeometría es la parte de la Química que estudia las cantidades de sustancia que intervienen en las reacciones. Se basa en la indestructibilidad de los átomos, Richter fue el que le asignó a esta rama el nombre de “estequiometría”, en 1792.

Unidad de masa atómina (u.m.a) Es la doceava parte del peso de un átomo de 12 𝐶 expresado en gramos. 𝑢. 𝑚. 𝑎 = 1 𝑢𝑚𝑎 =

12 𝑔 1 · 23 6,022 · 10 á𝑡𝑜𝑚𝑜𝑠 12

1 = 1,259 · 10−24 𝑔 = 1,659 · 10−27 𝑘𝑔 𝑁

Concepto de mol Se denomina elemento a aquella molécula cuyos átomos son todos iguales. Por el contrario, se denominaría compuesto cuando presente átomos distintos. Un mol es la misma cantidad en gramos que tiene su peso atómico/molecular, que, por lo tanto, contiene el número de Avogadro de las especies que sean (átomos o moléculas). Las sustancias reaccionan en proporciones equivalentes (moles), que no tienen por qué ser por moles, ya sea uno a uno, dos a uno… No se conserva el número de moles, pero sí la masa de los productos. Mol de átomos Elemento

Compuesto Átomo gramo

Equivalente gramo. La cantidad de una sustancia que:    

Sustituye a un 1g de H. Contiene 1g de H. Reacciona con 1g de H. Intercambia 1𝑒 − .

Ejemplo:

En las reacciones ácido-base, las reacciones van equivalente gramo a equivalente.

Unidades de concetración El porcentaje nos indica los gramos puros de sustancia que hay por 100 gramos de compuesto comercial. %=

𝑔𝑟𝑎𝑚𝑜𝑠 𝑝𝑢𝑟𝑜𝑠 100 𝑔𝑟𝑎𝑚𝑜𝑠 𝑐𝑜𝑚𝑝𝑢𝑒𝑠𝑡𝑜

La molalidad es igual 𝑀𝑙 =

𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑜 𝑘𝑔 𝑑𝑖𝑠𝑜𝑙𝑣𝑒𝑛𝑡𝑒

Esta medida surge a raíz de la observación de que un soluto puede reducir la temperatura de solidificación (o criogenización) del disolvente en el que se encuentra.

Isomería espacial: Esteroisomería Se diferencian en la posición de los átomos en el espacio. Hay de tres tipos: conformacional, óptica y geométrica. Es posible separar todos los isómeros excepto los conformacionales.

Conformacional Las conformaciones son las diferentes disposiciones espaciales de los átomos en una molécula no impedida que resultan por giro alrededor de un enlace sencillo. Estudiar lo que le va a pasar a una molécula en torno a ese aspecto se conoce como estudio

conformacional. En nuestro caso, vamos a estudiar lo que le pasa a las moléculas de 60 en 60 grados. Cuando se quiere representar a un carbono con hibridación sp3:

Si queremos representar dos carbonos con hibridación sp3 unidos por un enlace simple, entonces:

Para representar el etano, lo que haremos será utilizar las proyecciones de Newman.

Se llama barrera conformacional a la energía necesaria para que la molécula supere su estado más eclipsado. Otro ejemplo sería:

Es posible que sea estable la conformación eclipsada si se establecen unos puentes de hidrógeno intramoleculares. Este hecho puede ser factible, por ejemplo, cuando ciertas moléculas quieren atravesar membranas pues ocupan bastante menos.

Conformaciones de los cicloalcanos Recordemos que son isómeros de función de los dobles enlaces, cuyos carbonos presentan hibridación sp2. Los ángulos de los cicloalcanos:

La tensión de anillo es la inestabilidad que supone el pasar de los 109.5 grados al ángulo que necesita para hacer el ciclo. Lo que implica que, cuanta mayor tensión de anillo tengan, más rápido reaccionarán. En la naturaleza hay más anillos de seis que de cinco carbonos. Esto se debe a que los carbonos se intentan disponer como están usualmente (109,5 grados) originando una disposición plegada, que se conoce como conformación de silla.

(falta la literatura del dibujo7)

En la estructura de bote, no hay axiales ni ecuatoriales. Sigue sin ser muy estable. Estructura de bote (boat). Va a suceder en el inositol fosfato. Cada dos enlaces están en conformación alternada (uno va arriba y otro abajo), lo que le proporciona estabilidad. Si en vez de un OH hubiese dos metilos, se produciría una inestabilidad con otros dos hidrógenos o sustituyentes que están en la posición axial. Se denominan interacciones 1,3 diaxiales, ya que están en las posiciones 1 y 3 (se empiece a contar desde donde se empiece).

Los bordes del bote se encuentran muy próximos, lo que ocasiona que, si contiene sustituyentes grandes, la molécula pierda estabilidad. Si en la parte superior establecen

un puente de hidrógeno, la molécula se estabiliza y puede mantener la estructura de bote para atravesar con mayor facilidad las membranas celulares.

Isomería Geometrica/Cis-Trans Se presenta cuando hay distinta disposición espacial de los sustituyentes en una molécula sin giro libre en torno a un determinado enlace, es decir, una molécula impedida. Un ejemplo de este tipo de isomería son los ciclos, ya que no se trata de una conformación sino de una configuración. Cis: los dos sustituyentes iguales se encuentran al mismo lado del plano medio de la molécula. Trans: los dos sustituyentes iguales se encuentran en distintos lados del plano medio de la molécula.

Cahn, Ingold y Prelog inventaron unas reglas de prioridad sobre los sustituyentes de las moléculas para establecer la denominación “cis” y “trans”. Es más estable siempre que el sustituyente más voluminoso esté en posición ecuatorial.

Cuando se cicla una molécula, se tiende a la forma más estable. En el caso de la beta glucosa, todos los sustituyentes quedan en posición trans y en ecuatorial, por lo que la

estabilidad es máxima. En cambio, la alfa glucosa los tiene en posición axial, por lo que aparecen interacciones 1,3 diaxiales. Por ello, en disolución, predomina la forma beta.

3-METILCICLOHEXANOL

Este compuesto preferiría la conformación cis, ya que es la más estable. 4-METILCICLOHEXANOL

Reglas de prioridad Al tener dos sustituyentes en torno a cada uno de los carbonos que se encuentra en un doble enlace o en un ciclo, se ordenan los sustituyentes de cada lado del carbono según el número atómico del átomo unido directamente al carbono sp2.

En caso de que el primer sustituyente coincida, se mira los átomos unidos a ese primer sustituyente. En este caso, tendría prioridad un doble enlace (ya que cuenta como dos átomos) o los átomos de mayor número atómico.

Isomería óptica Pasteur descubrió que el ácido tartálico (2,3-dioxibutanodioico) desviaba el haz de luz polarizada. Todo esto pasa normalmente en un carbono con hibridación sp3 con cuatro sustituyentes distintos, es decir, en un carbono asimétrico.

Gliceraldehido Se denominan enantiómeros. Son químicamente iguales, pero a veces se separan con diferentes técnicas. Un compuesto que tiene isomería óptica es a otro como una mano que superpone otra mano, es decir, coinciden con su imagen especular. También se denominan objetos quirales. Fórmula de Fisher: La cadena principal debe quedar en la pared y dos de los enlaces quedan hacia fuera y la planchamos. A una disolución equimolecular de dos enantiómeros se contrarrestan la actividad óptica entre sí, por lo que será inactiva ópticamente. Se denomina mezcla racémica. Al sintetizar los fármacos, normalmente se obtienen mezclas racémicas. En la naturaleza, las moléculas presentan un solo tipo de enantiómero, lo que supone un problema. Se está estudiando procedimientos para obtener mezclas asimétricas, es decir, en las que aparezca solo el enantioméro que puede procesar nuestro organismo. Se denomina resolución de una mezcla racémica. Una de las formas es hacer que una bacteria se coma la molécula que no nos interesa. En bioquímica se suele emplear la terminología R y S. Está basada en el mismo orden de prioridad de las reglas de Cahn, Ingold y Prelog (Z y E). Tras organizar los sustituyentes siguiendo dichas reglas (el número atómico del átomo directamente al carbono). Una vez ordenados, miramos la molécula desde el lado más pequeño. Nos queda un plano con tres moléculas. Hacemos un giro desde A hasta el C pasando por B. En el caso de la izquierda, sería un giro rectus (en sentido de las agujas

del reloj), clasificando la molécula como R. Si el giro es en sentido antihorario sería siniestrus, S.

En la fórmula Fischer las miramos por delante. En vez de hacer cambios, podemos mirarlo por delante y cambiarlo.

Al tener dos carbonos asimétricos, tenemos un número de isómeros de 2n, siendo n el número de carbonos asimétricos. En la forma eritro, es aquella en la que los dos sustituyentes al mismo lado de la molécula poniéndola vertical.

En la forma treo hay que mirar carbono por carbono si son R o S. Los diastereómeros son dos compuestos que ni son imágenes especulares ni son compuestos superponibles. Esto son configuraciones, ya que no hay giro libre que permita cambiar de una molécula a otra, sino que sería falta arrancar el enlace para conseguirla....