Estereoquimica de alcanos

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Universidad Veracruzana

Facultad de Química Farmacéutica Biológica

Química Orgánica I

CONFORMACIONES DE MOLÉCULAS ORGÁNICAS

Xalapa de Enriquez a 20 de mayo de 2010

ESTEREOQUÍMICA DE ALCANOS Y CICLOALCANOS
 
            La estereoquímica es la rama de la química relacionada con los aspectos tridimensionales de las moléculas. En este punto pondremos especial atención en el aspectoespacial de las moléculas dado que estas no son planas sino que tienen y ocupan un volumen en el espacio.
 
Conformaciones de los alcanos:
 
            Las diferentes configuraciones de los átomos debidas a la rotación alrededor de un enlace sencillo se denominan conformaciones, y una conformación específica recibe el nombre de confórmero (isómero conformacional). Sin embargo, a diferencia delos isómeros constitucionales, los distintos confórmeros no suelen poder aislarse debido  a que se interconvierten con rapidez.
 
            Los químicos representan los isómeros conformacionales de dos maneras, como se muestra en la figura para el etano. En las representaciones de caballete, el enlace carbono-carbono se dispone en un ángulo oblicuo y la orientación espacial se indicarepresentando todos los enlaces C-H. En las proyecciones de Newman, el enlace carbono-carbono se representa de frente y los dos átomos de carbono se indican con un círculo, y los enlaces del carbono de atrás se indican con líneas que salen de la periferia del círculo.  Las ventajas de las proyecciones de Newman son que resultan fáciles de trazar y permiten visualizar sin dificultad las relaciones entresustituyentes en los distintos átomos de carbono.
 
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                La rápida rotación alrededor del enlace carbono-carbono interconvierte
                las distintas formas.
 
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            A pesar de lo dicho acerca de la simetría del enlace sigma (∂), en realidad no se observa una rotación perfectamente libre en el etano. En experimentos se ha demostrado queexiste una ligera barrera (2.9 kcal/mol; 12 kJ/mol) a la rotación, y que algunas conformaciones son más estables (tienen menos energía) que otras. La conformación más estable (de más baja energía) es aquélla en la cual los seis enlaces carbono-hidrógeno están lo más alejados posible entre sí (alternados). La conformación menos estable (de más alta energía) es aquélla en la cual los seis enlacescarbono-hidrógeno están lo más cercano posible (eclipsados). Entre estas dos conformaciones extremas existe por supuesto un número infinito de posibilidades.
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Gráfica de energía potencial contra rotación del enlace en el etano. Los conformeros alternados tienen 2.9 kcal/mol menos en energía que los eclipsados.
 
Conformaciones del propano:
 
           
            El propanoes el siguiente en la serie de los alcanos, y en él nuevamente se encuentra una barrera torsional que se traduce en un ligero impedimento a la rotación alrededor de los enlaces carbono-carbono. La barrera es ligeramente mayor en el propano que en etano; 3.4 kcal/mol frente a 2.9 kcal/mol. En el confórmero eclipsado del propano existen dos interacciones hidrógeno-hidrógeno del tipo de las observadasen el etano, y una nueva interacción entre un hidrógeno-metilo. Puesto que cada interacción hidrógeno-hidrógeno en la conformación eclipsada tiene un costo en energía aproximadamente de 1.0 kcal/mol, es posible asignar un valor de 3.4 - (2*1.0kcal/mol) = 1.4 kcal/mol a la nueva interacción hidrógeno-metilo en el propano.
 
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Proyecciones de Newman del propano en las conformacionesalternadas y eclipsadas. El confórmero alternado es más bajo en energía por 3.4 kcal/mol.

Conformaciones del Butano:
 
            La situación conformacional resulta más compleja para los alcanos superiores. Por ejemplo el caso de la rotación del enlace C2-C3 del butano.
 
            No todas las conformaciones alternadas del butano tienen la misma energía, y no todas las conformaciones...
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