Atropisómeros: Definición, quiralidad y ejemplos

¿Qué es el atropisomerismo?

Los isómeros son moléculas que tienen exactamente el mismo número de átomos. Aunque estas moléculas pueden contener los mismos átomos, la forma en que están dispuestas en un espacio tridimensional hace que cada isómero sea único. Los isómeros de las moléculas también difieren en propiedades como el punto de fusión, el punto de ebullición, la densidad y la reactividad. Ejemplos de moléculas isoméricas son o-xileno, m-xileno y p-xileno.

Aunque pueden parecer la misma molécula cuando se observa su fórmula molecular, el o-xileno, el m-xileno y el p-xileno son moléculas diferentes con diferentes propiedades. Los isómeros también tienen diferentes convenciones al nombrarlos, como cis/trans, R/S, D/L y E/Z. Los isómeros también pueden provenir de diferentes fuentes; por ejemplo, los azúcares normalmente se encuentran en la naturaleza como un isómero D. El isómero L de los azúcares rara vez se encuentra en la naturaleza.

La tensión estérica es un tipo de tensión que ocurre en una molécula debido a la repulsión electrónica de un grupo de átomos no enlazantes que están muy cerca unos de otros. Como resultado de este tipo de tensión se forman atropisómeros. Los atropisómeros son isómeros que resultan del impedimento de la rotación del enlace alrededor de un enlace simple. La tensión estérica crea una diferencia de energía que crea una barrera que hace girar la molécula debido a las repulsiones de los grupos no enlazantes.

En casos normales, los átomos de una molécula querrían maximizar el espacio entre ellos para minimizar las fuerzas repulsivas que experimentaría. Por lo tanto, se debe esperar que estos enlaces simples roten libremente. Sin embargo, en el caso de los atropisómeros, la tensión estérica es demasiada y sus enlaces simples no podrán girar libremente.

Atropisómeros frente a rotámeros y otros tipos de isómeros

Los atropisómeros pertenecen a una amplia clase de compuestos llamados estereoisómeros. Los estereoisómeros son compuestos que tienen la misma fórmula molecular pero tienen diferentes disposiciones en un espacio tridimensional. Los estereoisómeros pueden ser diastereómeros, enantiómeros, isómeros cis/trans, rotámeros o atropisómeros.

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  Diastereómeros: Son un grupo de estereoisómeros que no se relacionan mediante una operación especular. Esto significa que los diastereómeros no son imágenes especulares entre sí.
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  Isómeros cis/trans: este tipo de isomería surge cuando hay dobles enlaces presentes. A diferencia de los enlaces simples que pueden rotar alrededor de sus enlaces, los dobles enlaces no pueden rotar libremente, lo que mantiene a los sustituyentes a una distancia fija entre sí. En química orgánica, la ubicación de los sustituyentes alrededor de un doble enlace se describe como cis, que significa en el mismo lado, o trans, que significa en el lado opuesto.
• Rotámeros: cuando un grupo de átomos está conectado mediante un enlace simple, pueden girar libremente debido a las atracciones y repulsiones entre los átomos. Los rotámeros suelen aparecer cuando estos átomos son pequeños, ya que solo emiten una energía mínima.
• Atropisómeros: Al igual que los rotámeros, los atropisómeros están conectados por un enlace simple. La diferencia es que los atropisómeros contienen sustituyentes más voluminosos, lo que provoca un impedimento estérico entre los sustituyentes que emite una energía muy fuerte para poder estabilizarse y formar un compuesto estable.

Quiralidad en moléculas atropoisoméricas

Cuando se produce atropisomerismo en las moléculas, se vuelven quirales. Esto significa que, aunque producen una imagen especular, no son superponibles a sí mismos. Por ejemplo, las manos de alguien son imágenes especulares entre sí cuando se mantienen juntas una frente a la otra. Sin embargo, cuando una mano está encima de la otra, los dedos no se alinean. Esto es lo que significa que una molécula no es superponible a sí misma.

Ejemplos de atropisómeros

Considere la molécula del ácido 6,6′-dinitro-2,2′-difénico. Esta molécula contiene dos anillos de benceno que contienen un grupo nitro y un grupo de ácido carboxílico. Los anillos de benceno también están unidos entre sí mediante un enlace sencillo. Desde la química orgánica básica, las líneas negras en negrita significan que los enlaces salen de la pantalla hacia el espectador. Aunque los dos compuestos pueden parecer iguales a primera vista, el compuesto de la izquierda tiene su anillo de benceno torcido de tal manera que el grupo ácido carboxílico sale hacia nosotros junto con el grupo nitro en el anillo de benceno en la parte inferior.

Para que ambas moléculas se vuelvan idénticas, el enlace simple tendría que rotar. Esta rotación haría que el grupo nitro y el grupo ácido carboxílico choquen o choquen entre sí. La tensión estérica que se produce en este compuesto es tan alta que no se produce la rotación y los compuestos quedan encerrados en sus conformaciones específicas.

Otro ejemplo de atropisómero es el compuesto (1,1′-binaftaleno-2,2′-diil)bis(difenilfosfano), también conocido como BINAP. Esta molécula no tiene átomo estereogénico pero tiene quiralidad axial debido a la presencia de una rotación restringida debido a la barrera de alta energía debido al impedimento estérico que limita la rotación alrededor de los enlaces simples que unen los anillos de naftilo.

Si BINAP girara alrededor del enlace simple que conecta los anillos de bifenilo, los sustituyentes chocarían entre sí dando como resultado una tensión estérica. A pesar de ser una molécula quiral, BINAP no tiene ningún átomo estereogénico. Esto se debe a la presencia de un enlace simple que está restringido a rotar.

Resumen de la lección

Los isómeros son compuestos que tienen la misma fórmula química pero están dispuestos de manera diferente en un espacio tridimensional. Los atropisómeros son isómeros que pertenecen a la amplia clasificación de los estereoisómeros. Resultan del obstáculo de la rotación del enlace alrededor del enlace simple debido a la presencia de tensión estérica. Una tensión estérica ocurre cuando los sustituyentes de una molécula se acercan entre sí. La tensión estérica que se produce en los atropisómeros tiene tanta energía que bloquea la molécula en una conformación específica y no se le permite girar. La atropisomería da como resultado compuestos quirales, lo que significa que estos compuestos son imágenes especulares entre sí pero no se pueden superponer entre sí. Ejemplos de compuestos atropisoméricos son BINAP y ácido 6,6′-dinitro-2,2′-difénico. Para que se produzca atropisomerismo, la molécula debe experimentar una tensión estérica lo suficientemente alta como para formar una barrera entre los sustituyentes. Esta barrera bloquea los sustituyentes en sus lugares específicos y no permite ninguna rotación del enlace, formando así los diferentes isómeros del compuesto.

Rodrigo Ricardo Editor y fundador