Conformaciones en estereoquímica

Conformaciones en estereoquímica

Tom estaba sentado en su escritorio girando distraídamente su lápiz mientras esperaba a que su tutora, Sarah, lo ayudara con la química orgánica. Cuando Sarah entró en la habitación, se dio cuenta de lo que estaba haciendo Tom y dijo: «Veo que ya estás trabajando en nuestro tema de estudio, conformaciones de moléculas orgánicas». Tom hizo girar su lápiz una vuelta más alrededor de su pulgar y dijo: ‘No lo entiendo’.

Proyección de caballete

Sarah dijo: ‘Comencemos con una proyección de butano en forma de caballete , C 4 H 10 . Probablemente recuerde que se llama proyección de caballete porque es lo que parece la molécula cuando mira hacia abajo en un eje carbono-carbono.

Tom respondió: ‘¡Recuerdo esa proyección! También recuerdo que en una proyección de caballete todos los enlaces están separados 120 grados ‘.

Proyección de Newman

‘Eso es,’ dijo Sarah. «Recuerde que también podemos hacer una proyección de Newman del mismo compuesto mirando hacia abajo en el mismo eje con el carbono delantero dibujado como un punto y el carbono trasero como un círculo».

Conformaciones de Newman y caballete para el butano que muestran una rotación de 60 grados

Rotación alrededor de un eje carbono-carbono

«Tom», dice Sarah, «¿recuerdas por qué se dice que el butano está saturado ?»

¡Puedes apostar! Tom responde. «Es porque todos los átomos de carbono tienen el máximo número posible de átomos de hidrógeno unidos a ellos».

‘Así es. No hay dobles o triples enlaces carbono-carbono, también conocidos como sitios de insaturación », respondió Sarah. «Además», agregó, «debido a esto, hay una rotación libre alrededor de todos los enlaces simples carbono-carbono». Esto da lugar a lo que se llama análisis conformacional , o el estudio de las disposiciones de grupos de átomos en una molécula y la energía asociada con esas disposiciones. ‘

La conformación eclipsada

‘Ahora’, continuó Sarah, ‘si miramos a lo largo del eje que une los carbonos dos y tres, comúnmente llamado eje C 2 – C 3 , podemos realizar nuestro propio análisis conformacional. Cuando lo hagamos veremos uno de los posibles arreglos en el que todos los grupos se alinean uno frente al otro. Este tipo de disposición se denomina eclipsada porque todos los átomos o grupos de átomos unidos al carbono dos están eclipsando a todos los átomos o grupos de átomos unidos al carbono tres ».

Gauche y anticonformaciones

‘Está bien’, respondió Tom, ‘lo entiendo. Ahora, Sarah, ¿qué sucede si mantengo los grupos de átomos unidos al carbono dos en su lugar y hago girar los grupos de átomos unidos al carbono tres 60 grados en el sentido de las agujas del reloj?

Sarah dijo: ‘Eso es muy revelador de tu parte, Tom. Cuando haga eso, notará que los grupos ya no están eclipsados, sino que ahora están escalonados. Esta conformación particular, en la que los grupos distintos del hidrógeno están separados por un ángulo diedro de 60 grados, se denomina torpe . Gauche es una palabra francesa que significa ‘incómodo’.

Sarah continuó: ‘Si continuamos la rotación 60 grados a la vez, veremos que las conformaciones se alteran entre eclipsada, torcida, eclipsada, anti , eclipsada, torcida, y luego de vuelta a la conformación eclipsada original. De hecho, si graficamos las diversas conformaciones frente a su energía libre de Gibbs relativa , veremos que las conformaciones eclipsadas son todas de mayor energía que las escalonadas y la configuración anti tiene la energía relativa más baja de todas.

Energías conformacionales relativas

«Espera un minuto», dijo Tom. «¿Qué hace que las energías de las distintas conformaciones sean diferentes?»

¡Otra buena pregunta! respondió Sarah. «La respuesta a esa pregunta se explica mejor por la tensión estérica , que se puede considerar como interacciones desfavorables entre grupos voluminosos en una molécula. Cuando los grupos voluminosos se acercan entre sí, las repulsiones entre los núcleos de átomos de diferentes grupos hacen que la energía de esa conformación particular aumente, lo que es menos deseable que las conformaciones de menor energía.

—Oh, ya veo —dijo Tom. ‘Es por eso que la energía cambia como lo hace en las conformaciones, lo que resulta en una tensión más o menos estérica. ¿Es eso lo que hace que la configuración ‘anti’ tenga la energía libre de Gibbs más baja?

Conformaciones de butano

Hiperconjugación

Sarah respondió: ‘En el caso de la configuración’ anti ‘ entra en juego otra variable llamada hiperconjugación . La hiperconjugación ocurre cuando la densidad de electrones de un orbital de enlace σ CH ‘se derrama’ en el orbital anti-enlace σ C-C en un átomo de carbono adyacente. Esta disposición proporciona estabilidad adicional y solo ocurre cuando los dos grupos son «anti» entre sí «.

Resumen de la lección

Las moléculas insaturadas tienen la capacidad de girar libremente alrededor de todos los enlaces carbono-carbono. El análisis conformacional es el estudio de los arreglos de grupos de átomos en una molécula y la energía asociada con esos arreglos.

A medida que los grupos de átomos giran alrededor de varios ejes carbono-carbono, las diferentes formas que adoptan se denominan conformaciones . Las conformaciones van desde eclipsadas , torpes y anti . La anticonformación tiene la energía relativa más baja seguida de gauche. La conformación eclipsada tiene la energía relativa más alta.

Los factores que causan el aumento de energías entre las diferentes conformaciones incluyen la tensión estérica y la hiperconjugación .

Rodrigo Ricardo Editor y fundador