Configuración absoluta: reglas y ejemplo

Átomos de carbono quirales

El carbono, cuando es neutro, está unido a cuatro grupos en una disposición tetraédrica . Lo que esto significa es que cada grupo apunta lo más lejos posible del otro en el espacio tridimensional. Imagina el carbono en el centro del tetraedro que se muestra a continuación, con cada uno de los cuatro átomos a los que está unido apuntando en la dirección de cada esquina. Esto describe la geometría tetraédrica del carbono.

Cuando una molécula contiene un átomo de carbono quiral , hay cuatro grupos diferentes unidos al carbono. Debido a la forma en que los grupos se orientan en el espacio, la molécula puede existir en una de dos configuraciones en ese carbono, llamada configuración absoluta . Si la molécula tiene solo un carbono quiral, estas dos configuraciones se denominan enantiómeros . Las dos moléculas posibles son imágenes especulares entre sí, pero no se pueden superponer. Eche un vistazo a las dos moléculas orgánicas a continuación; son imágenes especulares, pero si intentaras colocarlas una encima de la otra, los grupos nunca se alinearían perfectamente. Esto es lo que se entiende por «no superponible».

Este es un concepto difícil, así que consideremos un ejemplo de la vida real. Tome las palmas de sus manos y colóquelas frente a frente. Los pulgares se alinean y también los meñiques. Las manos son imágenes especulares. Ahora, intente poner una mano encima de la otra con las palmas hacia abajo. No importa cómo coloquemos las manos, los pulgares nunca se alinearán. Esto se debe a que no se pueden superponer.

Eres más quiral que tus manos. De hecho, ¡19 de los 20 aminoácidos que componen su cuerpo son quirales! Las proteínas que llevan a cabo sus funciones biológicas están compuestas por estos aminoácidos, por lo que sus proteínas también son quirales. Esto significa que pueden interactuar con moléculas que contienen carbonos quirales de forma distinta. Una proteína puede reconocer un enantiómero de una molécula orgánica como un fármaco, y el enantiómero de esa misma molécula orgánica puede tener poco o ningún efecto.

Dado que la quiralidad es tan crítica en los sistemas biológicos, es importante poder asignar la configuración absoluta de un carbono quiral. Veamos cómo se hace esto.

Asignación de estereoquímica a un átomo de carbono quiral

Las normas

Hay tres pasos para asignar R o S , lo que se denomina configuración absoluta del átomo de carbono quiral. En primer lugar, se asigna una prioridad a los grupos en función del peso atómico del primer átomo unido al carbono quiral, que se puede encontrar en una tabla periódica. Cuanto mayor sea el peso atómico, mayor prioridad.

1. Apunta al grupo de menor prioridad lejos de ti. Esto significa que el grupo de baja prioridad debe estar en la cuña discontinua en el ejemplo siguiente.
2. Numere los tres grupos restantes según la prioridad: 1 = prioridad más alta y 3 = prioridad más baja.
3. Dibuje un círculo que comience en el grupo numerado 1 que termine con una flecha en el grupo 3.

Si los puntos de flecha hacia la derecha, el compuesto es R . Si la flecha apunta en una dirección hacia la izquierda, el carbono quiral es S .

Repasemos nuestro ejemplo anterior y asignemos estereoquímica (la disposición tridimensional de los átomos). Observe que el grupo de menor prioridad, el átomo de hidrógeno, ya apunta en dirección opuesta a usted. El bromo tiene el peso molecular más alto de los átomos, por lo que tiene la máxima prioridad. El cloro es el siguiente, seguido del flúor, por lo que numeramos los compuestos como se muestra a continuación. Cuando nos acercamos nuestras flechas, podemos ver que el compuesto de la izquierda es S y el de la derecha es R .

Asignación de quiralidad cuando el grupo contiene varios átomos

Cuando los grupos contienen más de un átomo, es posible que debamos mirar más allá del primer átomo para asignar la configuración absoluta. El ejemplo de la izquierda es bastante sencillo. El primer grupo es CH2 en dos cadenas, por lo que debemos mirar más allá de esa posición. A medida que avanzamos hacia el exterior un átomo, podemos ver que el nitrógeno tiene mayor prioridad que otro átomo de carbono, lo que hace que este compuesto R . En el ejemplo de la derecha, los grupos contienen solo carbono e hidrógeno, pero son grupos diferentes:

Nuevamente, el primer átomo es carbono en cada grupo, por lo que debemos mirar más allá para asignar prioridad. En nuestro ejemplo, las cadenas de mayor prioridad contienen otro carbono en lugar de átomos de hidrógeno.

Cuando un grupo contiene múltiples enlaces, podemos pensar en los grupos como se muestra a continuación. Un doble enlace carbono-carbono se considera como si el carbono estuviera unido a dos átomos de carbono, por lo que en nuestro ejemplo a continuación, el triple enlace tiene la prioridad más alta y el carbono de enlace simple tiene la prioridad más baja, lo que hace que este compuesto sea el enantiómero S :

Asignación de quiralidad cuando el grupo de baja prioridad no apunta hacia otro lado

A veces, el grupo de menor prioridad no está apuntando hacia otro lado. Hay dos formas de lidiar con esto. Si eres bueno para representar moléculas en 3D, puedes rotarlo para poner el grupo de mayor prioridad atrás. Sin embargo, esto a veces puede ser difícil de ver. Si tiene problemas para rotar la molécula, intercambie dos grupos en la molécula para que ponga el grupo de menor prioridad detrás. Al hacer esto, ha extraído el enantiómero. Asigne R o S , teniendo en cuenta que esta es la configuración opuesta de ese carbono. Esta estrategia se ilustra a continuación:

Asignar estereoquímica a una molécula cíclica

Asignar estereoquímica a una molécula cíclica, o una que contiene un anillo, puede ser un desafío, pero las reglas son las mismas. Cuando llego al anillo, me gusta ‘caminar’ con mis dedos alrededor de un carbón a la vez hasta encontrar una diferencia. Mira el ejemplo a continuación. Observe el metilo que hace que el grupo etiquetado como 1 sea de mayor prioridad. El átomo de carbono azul es S . Tenga en cuenta que hay dos átomos de carbono quirales en esta molécula. El segundo está en el anillo indicado por la flecha verde. No hay cuñas que indiquen en qué dirección apunta el grupo, por lo que no podemos asignar estereoquímica en este centro.

Resumen de la lección

En esta lección, aprendió cómo asignar quiralidad en un átomo de carbono quiral. Aprendió a determinar si la estereoquímica absoluta es R o S , y cómo lidiar con situaciones en las que el grupo de menor prioridad no está apuntando hacia usted. Finalmente, viste cómo asignar una configuración absoluta en moléculas cíclicas.

Rodrigo Ricardo Editor y fundador