FACULTAD DE FARMACIA Y BIOQUÍMICAESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE FARMACIA Y BIOQUÍMICA ASIGNATURA DE QUÍMICA ORGÁNICA I INFORME DE LABORATORIO N° 6 LA CONFIGURACIÓN DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS Estudiantes: Cód.: Lévano Oscorima, Lorena 13040014 Palma Albino, Cleni 13040019 Vera Cruz, Kiara 13040031 Profesor: Mg. C. M. Fuertes Ruitón Año académico: Primero Grupo: 3 Mesa: 3 Horario: Jueves de 10 am-2 pm Lima – Perú MARCO TEÓRICO: CONFIGURACION DE LOS COMPUESTOS ORGANICOS La configuración es un arreglo o disposición de los sustituyentes que están enlazados a un átomo quiral, La configuración se determina aplicando las reglas de CIP y haciendo uso de la nomenclatura R/S. (1) ¿Cómo se puede establecer la estructura de un enantiómero puro en un compuesto quiral? Prácticamente todas las propiedades físicas de un enantiómero son idénticas alas de su imagen especular, excepto el signo de la rotación óptica. Por otro lado, no existe correlación directa entre el signo de la rotación óptica y la estructura de un enantiómero en particular. Si el signo de la rotación no indica nada acerca de la estructura ¿cómo se sabe qué enantiómero se corresponde con qué estructura? Esta información se puede obtener del análisis por difracción de rayos X de monocristales. Esto no significa que cada compuesto quiral deba ser analizado por rayos X. Por ejemplo, si partimos del (-)-ácido láctico [Į]=-3.8 y conocemos su configuración por rayos X, sabemos también la configuración del (+)-lactato sódico [Į]=+13.5. (2) Para identificar los enantiómeros de forma inequívoca necesitamos dotarnos de un sistema que indique la quiralidad de la molécula. La notación R y S fue desarrollado por Cahn, Ingold y Prelog. 1. Debo establecer reglas de prioridad, para ver cuál tiene más prioridad y cuáles le siguen en menor prioridad. 2. Miro la molécula desde la parte opuesta al átomo con menor prioridad. 3. Después muevo desde el sustituyente de mayor a menor prioridad. Si estoy describiendo un movimiento que es el de las agujas del reloj entonces la notación es R. Si el movimiento es contrario al de las agujas del reloj, la notación es S. Antes de aplicar la nomenclatura hay que asignar prioridades a los sustituyentes mediante el uso de reglas de secuencia. Regla 1. En primer lugar se consideran los átomos unidos directamente al estereocentro. Un sustituyente con mayor número atómico tiene preferencia sobre los de número atómico inferior. Por lo tanto, el sustituyente con menor prioridad es el hidrógeno. En caso de isótopos prevalece la masa atómica I > Br > Cl > S > P > F > O > N > C > H Regla 2. Si la regla 1 no puede decidir la prioridad de los grupos, ésta se determina por una comparación similar de los átomos siguientes en cada grupo. La decisión sobre la prioridad se toma en el primer punto de diferencia a lo largo de la cadena de dos sustituyentes. Una vez alcanzado este punto, la constitución del resto de la cadena no se tiene en cuenta. Regla 3. Los enlaces dobles y triples se tratan como si fueran sencillos, duplicando o triplicando los átomos de la cadena. Regla 4. Cuando tenemos un centro quiral unido a dos alquenos iguales, el cis tiene preferencia sobre el trans. Regla 5. Si un carbono asimétrico está unido a dos carbonos asimétricos iguales el de la configuración R tiene preferencia sobre el de la configuración S. (3) PROYECCIONES FISHER Para asignar la configuración R o S en las proyecciones de Fischer se determina primero el orden de prioridad según la convención Cahn-Ingold- Prelog. Se unen los tres grupos prioritarios en el orden 1® 2® 3 y se observa si está unión va en el sentido de reloj o en el sentido contrario. Si el último grupo en prioridad está en la vertical y la unión 1® 2® 3 va en sentido R la configuración del estereocentro será R. Si el último grupo en prioridad está en la vertical y la unión 1® 2® 3 va en sentido S la configuración del estereocentro será S. Por ejemplo, en la proyección de Fischer anterior la unión 1® 2® 3 va en sentido R y como el hidrógeno (último en prioridad) está en la vertical la configuración correcta del estereocentro es R. Si el último grupo en prioridad está en la horizontal y la unión 1® 2® 3 va en sentido R la configuración del estereocentro es opuesta, o sea, S. Si el último grupo en prioridad está en la horizontal y la unión 1® 2® 3 va en sentido S la configuración del estereocentro es opuesta, o sea, R. (4) MOLÉCULAS CON MÁS DE UN CENTRO QUIRAL. DIASTEREOISÓMEROS. Cuando un compuesto orgánico contiene dos o más centros estereogénicos son posibles un máximo de 2n estereoisómeros. Los diasteroisomeros son una clase de estereoisomeros que no tienen una imagen especular etre ellos, es decir, no son enantiomeros. Una pareja de diastereoisómeros no tienen ni las propiedades físicas, ni químicas iguales, ni siquiera el poder rotatorio de uno y otro tienen algo que ver, ni en número ni en signo. (5) COMPUESTO MESO En la siguiente figura se describen las proyecciones de Fischer de los cuatro posibles estereoisómeros del 2,3-dibromobutano: En la proyección de Fischer se observa que los estereoisómeros 2R,3S y 2S,3R presentan un plano de simetría y, aunque aparentan ser imágenes especulares uno del otro, en realidad son el mismo compuesto porque son superponibles. Este tipo de estereoisómeros que carecen de actividad óptica, a pesar de contener en su estructura centros estereogénicos, se denominan compuestos meso. CONFIGURACION ERITRO Y TREO Cuando hay dos sustituyentes iguales en la molécula de dos estereoisómeros. DIASTEROISOMERO ERITRO: Los sustituyentes están a un mismo lado DIASTEROISOMERO TREO: Los sustituyentes están de lados opuestos la Proy. Fisher. (6) RESOLUCION DE RACEMATOS La generación de un compuesto quiral a partir de un reactivo aquiral produce una mezcla racémica. ¿Cómo se obtienen entonces enantiómeros puros? Si se necesitase uno de los dos enantiómeros en forma pura habría que separarlo de la mezcla racémica. La separación de enantiómeros de mezclas racémicas se denomina resolución. Hay diferentes procedimientos para la resolución de mezclas racémicas pero los más utilizados son la resolución química y la resolución cromatográfica. Resolución química. La resolución química consiste en la separación de los enantioméros de la mezcla racémica mediante su conversión en una mezcla de diastereoisómeros. Para ello, la mezcla de enantiómeros se hace reaccionar con compuesto quiral que recibe el nombre de agente de resolución. El esquema del proceso es el siguiente Supongamos que la mezcla racémica formada por el (R)-3-amino-1-butino y (S)-3-amino-1-butino se hace reaccionar con el ácido (+)-tartárico. La reacción de proporciona una mezcla de dos tartratos diastereoisoméricos. El diastereoisómero procedente del enantioméro (R) cristaliza en la disolución, mientras que el procedente del enantiómero (S) permanece disuelto. Una vez separados los diastereoisómeros se procede a la eliminación del agente de resolución para obtener cada uno de los enantiómeros puros. Resolución cromatográfica: Este procedimiento de resolución se basa en la utilización de técnicas cromatográficas que emplean como fase estacionaria un compuesto quiral. El fenómeno que permite explicar la separación cromatográfica de mezclas racémicas se basa en las débiles interacciones que forman los enantiómeros con la fase estacionaria quiral. Estas interacciones forman agregados o complejos diastereoisoméricos que tienen diferentes propiedades físicas y por tanto diferentes energías de enlace y diferentes constantes de equilibrio para el acomplejamiento. El enantiómero que forma complejos más estables con la fase estacionaria quiral se mueve más lentamente a lo largo de la columna, y emerge de ella después del enantiómero que forma complejos menos estables y que, por tanto, se mueve más rápidamente. (7) POLARIMETRO El polarímetro es un instrumento que se emplea para detectar y medir la actividad óptica de las sustancias. Cuando el tubo está vacío, puede observarse que el máximo de luz alcanza el ojo cuando el arreglo de ambas lentes es tal, que dejan pasar luz que vibra en el mismo plano. Se ajustan las lentes de modo que se obtenga el máximo de luz (o que se extinga por completo). Si la sustancia no afecta el plano de luz polarizada, la transmisión lumínica sigue siendo máxima y se dice que el compuesto es ópticamente inactivo. Si la rotación del plano de luz polarizada y por consiguiente el giro de la lente es hacia la derecha (en sentido de las manecillas del reloj) se dice que la sustancia es dextrógira (del latin dexter, "derecha"). Su imagen de espejo la cual rota el plano de luz polarizada hacia la izquierda (en sentido contrario a las manecillas del reloj) se denomina levógira (del latin, laevus, "izquierda"). La dirección de rotación se especifica en el nombre del compuesto ópticamente activo por (+) para dextrógiro y (-) para levógiro. (En la literatura mas antigua se han usado las letras minúsculas d para dextrógiro y l para levógiro) . Puede medirse la magnitud de la dirección del giro de la lente mediante el ángulo de giro en grados. La cantidad de rotación en grados α no es una constante para un enantiómero dado, ella depende de: a) longitud del tubo que contiene la muestra b) temperatura c) solvente d) concentración (para soluciones); presión para gases e) longitud de onda (λ) de la luz empleada Por supuesto, que rotaciones determinadas para el mismo compuesto bajo las mismas condiciones son idénticas. (1) PARTE EXPERIMENTAL: Equipos: Poralímetro Materiales: D-glucosa Otros materiales: Modelo molecular a) Determinación de la actividad óptica en el poralímetro: Colocamos una muestra de D-glucosa en el polarímetro Imagen observada al ver el polarímetro indica la desviación de luz que da el compuesto (dextrógiro) Los resultados del ángulo de rotación (calculados por el vernier del polarímetro resultaron 5,3º. Ahora procederemos a calcular la rotación específicapara corroborar si es levógiro o dextrógiro. [] Donde : : Angulo de rotación : Longitud (dm) concentración en g/ml : Longitud de onda de rayo amarillo emitido por lámpara de sodio 594nm El resultado nos sale 53º que al comparar con la tabla de rotaciones específicas notamos una pequeña diferencia entonces nuestro concluyendo que la concentración ópticamente activa de nuestra sustancia se acerca a la teórica. b) Uso del modelo molecular: Utilizaremos la molécula con carbono quiral 2-clorobutano. H C H 3 Cl CH 3 a. Nomenclatura R/S: Establecemos las prioridades según en número atómico y mandamos al más pequeño al último, luego lo enumeramos del 1 al 4 según este criterio y vemos si se dirige hacia en sentido horario R o sentido antihorario S. Como posee sentido horario será el (R)-2-clorobutano b. Resolución de racematos: A continuación aparece un esquema de la resolución del racemato del ácido láctico, empleando (R)-etilfenilamina. Primero se obtiene una mezcla de las amidas diastereoisómeras Ay B. Luego, la cristalización fraccionada de la mezcla permite separar Ay B. Finalmente, la hidrólisis de la amida A conduce a una mezcla de ácido (R)- láctico y (R )-etilfenilamina, la hidrólisis de la amida B da lugar al ácido (S)- láctico y (R )-etilfenilamina. La separación de los ácidos lácticos ópticamente activos de la amina empleada en la resolución no plantea ningún problema. H C H 3 Cl CH 3 4º 3º 1º 2º III. DISCUCIÓN: Se corroboró que si el compuesto tiene una nomenclatura D/L, en la D- glucosa el resultado fue +53º significa que tiene una rotación hacia la derecha (dextrógira), estas cantidades de rotación observadas en un experimento de polarimetría depende del número de moléculas ópticamente activas encontradas por el haz de luz. A su vez este número depende de la concentración de la muestra y de la longitud de la trayectoria del rayo. (10) Los enantiómeros poseen las mismas propiedades físicas pero no son idénticas en su imagen especular además que tienen propiedades biológicas diferentes, esta característica ah sido aprovechada en la industria farmaceútica, usualmente son quirales aquellos fármacos que provienen de fuentes naturales y por lo general se encuentran con solo un enantiómero en lugar de mezcla racémica. (10) IV. CONCLUCIONES: Los compuestos quirales son importante para poder entender la química orgánica, comprender las causas y consecuencias del orden de las reacciones. A nivel de la industria farmacéutica muchos de los medicamentos son quirales y se expenden como mezclas racémicas o como un sólo enantiómero. Por ello debemos tener un adecuado conocimiento para no realizar incidentes y perjudicar a otros. V. ANEXOS: INTERPRETACIÓN: En este artículo se desarrollan reacciones entre el SO 2 y los residuales de acetileno (cieno) para determinar sus curvas cinéticas en diferentes condiciones de temperatura y concentración. Este gas industrialmente es reducido por el CaO pero como buscamos otro método para reducir este gas el cieno de acetileno (residual) es muy rico en CaO produciendo sulfato de calcio. Este proceso es muy importante porque el azufre está contenido en la mayoría de combustibles y al entrar en contacto con el aire se forma SO 2, que cuando este gas producido se combina con agua líquida se forma ácido sulfúrico que es el principal componente de la lluvia ácida. Pero no resulta fácil realizar esta reacción porque se tomaron en cuento varios motivos que pudieran afectar los resultados como el caudal de la velocidad de reacción, la porosidad del reactivo, la velocidad de rotación que podían aumentar o disminuir el proceso de reducción del SO 2. Finalmente los resultados que se obtuvieron fueron pocos pero se dieron, esto implica que si se puede realizar la reducción de este gas pero con otras condiciones, como aumentar la temperatura. VI. CUESTIONARIO: A) Resolver el racemato de la Talidomida Talidomida: fármaco que fue comercializado entre los años 1958 y 1963 como sedante y como calmante de las náuseas durante los tres primeros meses de embarazo . Como sedante tuvo gran éxito popular pero también producía malformaciones en el feto en personas embarazadas. Investigando se descubrió que era una molécula con dos enantiómeros: La forma R era la que producía el efecto sedante que se buscaba y la S era la responsable de los efectos teratogénicos nocivos. (8) B) Síntesis de compuestos orgánicos quirales Un átomo de carbono puede formar cuatro enlaces orientados espacialmente en forma de tetraedro. Cuando un átomo de carbono porta cuatro sustituyentes diferentes existen dos disposiciones posibles que se asimilan entre sí como imagen original y su reflejo. Éstas se denominan enantiómeros. Las moléculas quirales (del griego kiros = mano) no poseen ningún eje de rotación impropio. Sólo se diferencian por sus propiedades físicas, a saber: la dirección en la que desvían la luz polarizada lineal en la misma magnitud. En entornos aquirales, los dos enantiómeros poseen las mismas propiedades químicas, biológicas y físicas. En cambio, en entornos quirales, por ejemplo en el cuerpo humano, sus propiedades pueden ser muy diferentes. Los enantiómeros interactúan de forma diferente en cada caso con receptores y enzimas, de modo que en la naturaleza se pueden producir efectos fisiológicos diferentes (véase la Figura 1) [1]. Por ejemplo, la forma (S) (S del latín sinister = izquierda) de la asparagina tiene un sabor amargo, mientras que la forma (R) (R del latín rectus = derecha) sabe dulce. Un ejemplo habitual es el limoneno, que se encuentra en los cítricos. El olor de la forma (S) recuerda a limones. En cambio, la forma (R) huele a naranjas. En general, las referencias bibliográficas en el texto de la descripción se indican con números de referencia arábigos entre corchetes que remiten a la lista bibliográfica que se encuentra después de la lista de abreviaturas y delante de las reivindicaciones. Si hay una cifra romana detrás de una referencia bibliográfica citada, en la mayoría de los casos mencionando el autor principal, ésta se refiere al valor correspondiente (en cifras arábigas). Lo mismo ocurre en los casos en los que el valor no se encuentra entre corchetes. La preparación de sustancias enantioméricamente puras puede realizarse siguiendo tres métodos diferentes: • Disociación racémica clásica • Utilización de elementos constituyentes quirales naturales (“chiral pool”) • Síntesis asimétrica. La síntesis asimétrica en especial ha adquirido una gran importancia. Ésta incluye métodos enzimáticos, estequiométricos y también catalíticos. La catálisis asimétrica es con mucho el método más eficaz, dado que con un mínimo de catalizador quiral se puede sintetizar un máximo de sustancias ópticamente activas. (9) VII. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS: (1) Jaramillo. Quimica Organica General. Santiago de Cali. [actualizada el 8 de diciembre del 2002][acceso el16 de octubre]. Disponible en: http://objetos.univalle.edu.co/files/Estereoquimica.pdf (2) . Fundamentos de Quimica Organica-Estereoquimica II. [actualizada el 12 de marzo del 2002][acceso el 27 de setiembre]. Disponible en http://www.sinorg.uji.es/Docencia/FUNDQO/TEMA8FQO.pdf (3) Werner. Bioquimica Fundamentos para la medicina y ciencias de la vida. España. Editorial reverte, s.a. 2008. Pág 9-11 (4) . Phillip. Quimica Organica: Conceptos y aplicaciones. España . Editorial reverte s.a 2006. Pág. 80-81 (5) Rodger W.Quimica Organica Moderna. España. Editorial reverte s.a. 1981. Pag 283 (6) Garric M. Quimica General. Bordas,Paris. Editorial Reverte, s.a. 2006 Pág. 177-178 (7) Marquez S. Quimica Organica-Estereoquimica. España. [actualizada el 26 de abril del 2008][acceso el15 de octubre ]. Disponible en http://rua.ua.es/dspace/bitstream/10045/7018/9/LIBRO2_1.pdf (8) Grünenthal. Procedimiento de síntesis de compuestos quirales. Madrid 2005.Oficina Española de Patentes y Marcas. C/Panamá. (9) Montes M., Muñoz D., Navarro A. Catálisis asimétrica en procesos biológicos. [En línea] Consultado el 15 de octubre del 2013.