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Introducción a la Simetría Molecular
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ESTRUCTURA MOLECULAR
La estructura de una molécula orgánica viene
definida por cuatro aspectos
1º COMPOSICION Clase y números de átomos que
constituyen una molécula
2º CONECTIVIDAD Manera en que los átomos están
unidos entre ellos
Isómeros Moléculas con igual formula
molecular pero distintas propiedades
3º CONFIGURACION La configuración de una
molécula con una constitución determinada se
refiere a la disposición espacial de sus átomos
excluyendo aquellas disposiciones que resultan
alrededor de enlaces simples
Las dos disposiciones espaciales son imágenes
especulares no superponibles o enantiomeros. Exist
e, por tanto, una asimetría El C responsable de
esta asimetría se denomina centro quiral
Isomerismos configuracional o estereoisomeria
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Los isomeros configuracionales que no son
enantiomeros son diasteroisomeros
1 y 2 son enantiomeros
1 y 3 son diasteroisómeros 2 y 3 son
diasteroisomeros
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Tipos de Isomería
OPERACIONES Y ELEMENTOS DE SIMETRIA
Operación de simetría Movimiento de un objeto
programado de un modo preciso de tal modoque la
orientación final sea equivalente
(indistinguible, no necesariamente idéntica) a
la orientación inicial Elemento de simetría
Entidad geométrica (linea, Plano o punto) con
respecto al cual se definen y llevan a cabo una
o mas operaciones de simetría
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(No Transcript)
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Grupos puntuales de simetría Combinaciones
posibles de operaciones de simetría que dejan
inalterado un punto específico de la
molécula Solo existen 32 grupos puntuales de
simetría
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1. Eje de rotación propio, Cn
Una molécula posee un eje de rotación propio de
orden n si una rotación alrededor de un eje de
360/nº produce una nueva conformación
indistinguible de la de partida Todas las
moléculas poseen un numero infinito de ejes
triviales C1 Las moléculas lineales poseen un eje
C coincidente con el eje de la molécula
2. Centro de simetría, i
Una molécula tiene un centro de simetría o
inversión si desde cada átomo puede ser dibujada
una línea recta que pase por el centro de la
molécula y que continuando en la misma dirección
encuentre un átomo equivalente equidistante del
centro
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3. Plano de simetría, s
Un plano de simetría es un plano que pasa a
través de la molécula de tal modo que la
reflexión de todos los átomos a través de ese
plano transforma la molécula en una conformación
equivalente Las moléculas lineales tienen un
número infinito de planos de simetría cuya
intersección es el eje molecular Las moléculas
planas tienen al menos un plano de
simetría coincidente con el plano molecular
4. Eje de rotación impropio, Sn
La operación definida por un eje de rotación
impropio Sn consiste en una rotación de 360/nº
seguida de reflexión a través de un plano que
atraviesa a la molécula perpendicularmente al eje
Sn Puede existir un elemento de simetría Sn
aunque no existan separadamente elementos Cn y s
perpendiculares
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- Un eje de simetría S1 es equivalente a un plano
de simetría s - Un eje de simetría S2 es
equivalente a un centro de inversión i
Las cuatro operaciones de simetría anteriormente
definidas pueden ser simplificadas en dos clases
diferentes a) Operaciones que implican únicamente
rotación (Cn, n ³2) b) Operaciones que implican
rotación y reflexión a través de un plano
especular (Sn, n³ 1
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QUIRALIDAD
Molécula Quiral Es aquella que no presenta
elementos de simetría de reflexión Sn,, i, s Son
ópticamente activas Molécula Aquiral es aquella
que presenta elementos de simetría de reflexión
Sn,, i, s Son ópticamente inactivas
Quiralidad y simetría
Quiralidad y simetría no son términos
sinónimos Moléculas asimétricas son aquellas que
carecen de cualquier elemento de
simetría Moléculas disimétricas Son aquellas que
NO presentan elementos de simétrica de reflexión
Sn,, i, s TODAS LAS MOLECULAS QUIRALES SON
DISIMETRICAS UNA MOLECULA ASIMETRICA ES
NECESARIAMENTE DISIMETRICA, PERO UNA MOLECULA
DISIMETRICA NO ES NECESARIAMENTE ASIMETRICA
La presencia de un átomo quiral en una
molécula no es condición necesaria ni suficiente
para que la molécula sea quiral
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ATOMOS ESTEREOGENICOS
Atomos estereogénicos son aquellos átomos unidos
a diferentes grupos de una naturaleza tal que el
intercambio de dos grupos produce un
estereoisómero Se denomina Atomos quirotópicos a
todos los átomos de una molécula quiral aunque
dicho átomo este unido a dos o tres grupos
quirales
El termino quiral se refiere a moléculas y no a
átomos Una molécula es quiral o aquiral Es
incorrecto describir a una molécula como
multiquiral En una molécula quiral todos sus
átomos son quirotopicos pudiendo ser
además estereogénicos o no estereogénicos
C-3 no es estereogenico
C-3 es estereogénico
Atomos estereogénicos distintos al C
Nitrógeno
Fósforo
En las fosfinas la interconversón es mas difícil
En las aminas la interconversión a t.a. Es muy
rápida Cuando el N esta tetracoordinado puede ser
estereogénico
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SIMETRIA MOLECULAR Y ESTEREOESPECIFICIDAD
BIOLOGICA
Ciertas relaciones posibles entre simetría del
sustrato y estereoespecificidad enzimatica
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Relaciones posibles entre grupos químicamente
iguales de una determinada molécula de sustratp
Grupos no equivalentes
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ISOMEROS CONFORMACIONALES Y SIMETRIA MOLECULAR
Las moléculas orgánicas no son estructuras
moleculares rígidas, sino que existen en una
cierta cantidad de orientaciones tridimensionales
interconvertibles o confórmeros
Para discutir la simetría de un compuesto
orgánico estamos obligados a especificar de que
isómero conformacional se trata
Conformaciones interconvertibles por libre
rotación
- Para que un compuesto sea disimetrico no debe
ser capaz de adoptar de un modo sencillo una
conformación que posea simetría de reflexión -
Si una molécula escrita en la conformación más
simétrica posee elementos de simetría
rotaciones los grupos químicamente iguales serán
equivalentes. Por tanto, la estereoselectividad
enzimática entre ellos no será posible
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Conformaciones silla del ciclohexano
Ciclohexanos disustituidos
Isómero trans (C2 pero no s) Formas
enantioméricas op. Activas Los grupos X son
intercambiables Ausencia de estreoespecificidad
biológica
Isómero cis (s pero no C) Opticamente
inactivo Los grupos X no son intercaambiables Est
ereoespecificidad biológica