Estereocentro
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En estereoquímica , un estereocentro de una molécula es un átomo (centro), eje o plano que es el foco de la estereoisomería ; es decir, cuando hay al menos tres grupos diferentes unidos al estereocentro, intercambiar dos grupos diferentes crea un nuevo estereoisómero . [1] [2] Los estereocentros también se denominan centros estereogénicos .
Un estereocentro se define geométricamente como un punto (ubicación) en una molécula; un estereocentro es usualmente, pero no siempre, un átomo específico, a menudo carbono. [2] [3] Los estereocentros pueden existir en moléculas quirales o aquirales ; los estereocentros pueden contener enlaces simples o dobles. [1] El número de estereoisómeros hipotéticos se puede predecir usando 2 n , donde n es el número de estereocentros tetraédricos ; sin embargo, excepciones como los compuestos meso pueden reducir la predicción por debajo del 2 n esperado . [4]
Los centros de quiralidad son un tipo de estereocentro con cuatro grupos sustituyentes diferentes; los centros de quiralidad son un subconjunto específico de los estereocentros porque solo pueden tener hibridación sp 3 , lo que significa que solo pueden tener enlaces simples . [5]
Ubicación
Los estereocentros pueden existir en moléculas quirales o aquirales . Se definen como una ubicación (punto) dentro de una molécula, en lugar de un átomo en particular, en el que el intercambio de dos grupos crea un estereoisómero. [3] Un estereocentro puede tener cuatro grupos de unión diferentes, o tres grupos de unión diferentes donde un grupo está conectado por un doble enlace. [1] Dado que los estereocentros pueden existir en moléculas aquirales, los estereocentros pueden tener hibridación sp 3 o sp 2 .
Número posible de estereoisómeros
Los estereoisómeros son compuestos que son idénticos en composición y conectividad pero tienen una disposición espacial diferente de átomos alrededor del átomo central. [6] Una molécula que tenga múltiples estereocentros producirá muchos estereoisómeros posibles. En compuestos cuya estereoisomería se debe a centros estereogénicos tetraédricos (sp 3 ), el número total de estereoisómeros hipotéticamente posibles no superará 2 n , donde n es el número de estereocentros tetraédricos. Sin embargo, este es un límite superior porque las moléculas con simetría con frecuencia tienen menos estereoisómeros.
Los estereoisómeros producidos por la presencia de múltiples estereocentros se pueden definir como enantiómeros (imágenes especulares no superponibles) y diastereómeros (moléculas no superponibles, no idénticas, que no son imágenes especulares). [6] Los enantiómeros y diastereómeros se producen debido a diferentes configuraciones estereoquímicas de moléculas que contienen la misma composición y conectividad (enlace); las moléculas deben tener múltiples (dos o más) estereocentros para ser clasificadas como enantiómeros o diastereómeros. Los enantiómeros y diastereómeros producirán estereoisómeros individuales que contribuirán al número total de estereoisómeros posibles.
Sin embargo, los estereoisómeros producidos también pueden dar un compuesto meso , que es un compuesto aquiral que se puede superponer en su imagen especular; la presencia de un compuesto meso reducirá el número de estereoisómeros posibles. [4] Dado que un compuesto meso se puede superponer en su imagen especular, los dos "estereoisómeros" son en realidad idénticos. Como resultado, un compuesto meso reducirá el número de estereoisómeros por debajo de la cantidad hipotética de 2 n debido a la simetría. [6]
Además, es posible que no existan ciertas configuraciones debido a razones estéricas . Los compuestos cíclicos con centros quirales pueden no exhibir quiralidad debido a la presencia de un eje de rotación doble. La quiralidad planar también puede proporcionar quiralidad sin que exista un centro quiral real.
Configuración
La configuración se define como la disposición de los átomos alrededor de un estereocentro. [6] El sistema Cahn-Ingold-Prelog (CIP) utiliza las designaciones R y S para definir la configuración de los átomos alrededor de cualquier estereocentro. [7] Una designación de R denota una dirección en el sentido de las agujas del reloj de la prioridad de los sustituyentes alrededor del estereocentro, mientras que una designación de S denota una dirección en el sentido contrario a las agujas del reloj de la prioridad de los sustituyentes. [7]
Centros de quiralidad
Un centro quiral (centro quiral) es un tipo de estereocentro. Un centro quiral se define como un átomo que contiene un conjunto de cuatro ligandos diferentes (átomos o grupos de átomos) en una disposición espacial que no es superponible en su imagen especular. Los centros quirales deben tener hibridación sp 3 , lo que significa que un centro quiral solo puede tener enlaces simples . [5] En química orgánica , un centro quiral suele referirse a un átomo de carbono , fósforo o azufre , aunque también es posible que otros átomos sean centros quirales, especialmente en áreas de química organometálica e inorgánica .
El concepto de centro quiral generaliza el concepto de un átomo de carbono asimétrico (un átomo de carbono unido a cuatro entidades diferentes) a una definición más amplia de cualquier átomo con cuatro grupos de unión diferentes en el que un intercambio de dos grupos de unión da lugar a un enantiómero . [8]
Estereogénico sobre el carbono
Un átomo de carbono que está unido a cuatro grupos sustituyentes diferentes se denomina átomo de carbono asimétrico o carbono quiral . Los carbonos quirales son el tipo más común de centro quiral. [6]
Estereogénico en otros átomos
La quiralidad no se limita a los átomos de carbono, aunque estos suelen ser centros de quiralidad debido a su ubicuidad en la química orgánica. Los átomos de nitrógeno y fósforo también pueden formar enlaces en una configuración tetraédrica. Un nitrógeno en una amina puede ser un estereocentro si los tres grupos unidos son diferentes porque el par de electrones de la amina funciona como un cuarto grupo. [9] Sin embargo, la inversión de nitrógeno , una forma de inversión piramidal , causa racemización , lo que significa que ambos epímeros en ese nitrógeno están presentes en circunstancias normales. [9] La racemización por inversión de nitrógeno puede ser restringida (como los cationes de amonio cuaternario o fosfonio ) o lenta, lo que permite la existencia de quiralidad. [9]
Los átomos de metal con geometrías tetraédricas u octaédricas también pueden ser quirales debido a que tienen diferentes ligandos. En el caso octaédrico, son posibles varias quiralidades. Si se tienen tres ligandos de dos tipos, estos pueden estar alineados a lo largo del meridiano, dando lugar al isómero mer , o formando una cara, el isómero fac . Si se tienen tres ligandos bidentados de un solo tipo, se obtiene una estructura de tipo hélice, con dos enantiómeros diferentes denominados Λ y Δ.
Quiralidad y estereocentros
Como se mencionó anteriormente, el requisito para que un átomo sea un centro quiral es que el átomo debe estar hibridado sp 3 con cuatro uniones diferentes. [5] Debido a esto, todos los centros quirales son estereocentros. Sin embargo, solo bajo algunas condiciones es cierto lo contrario. Recordemos que un punto puede considerarse un estereocentro con un mínimo de tres puntos de unión; los estereocentros pueden estar hibridados sp 3 o sp 2 , siempre que el intercambio de dos grupos diferentes cree un nuevo estereoisómero . Esto significa que, aunque todos los centros quirales son estereocentros, no todos los estereocentros son centros quirales.
Los estereocentros son identificadores importantes para moléculas quirales o aquirales. Como regla general, si una molécula no tiene estereocentros, se considera aquiral. Si tiene al menos un estereocentro, la molécula tiene potencial de quiralidad. Sin embargo, existen algunas excepciones, como los compuestos meso , que hacen que las moléculas con múltiples estereocentros se consideren aquirales. [6]
Véase también
- Quiralidad (química) § Centros estereogénicos
- Reglas de prioridad de nomenclatura de Cahn-Ingold-Prelog
- Descriptor (química)
Referencias
- ^ abc "5.4: Centros estereogénicos". libretexts.org . 24 de abril de 2015.
- ^ ab Mislow, Kurt; Siegel, Jay (1984). "Estereoisomería y quiralidad local". Revista de la Sociedad Química Americana . 106 (11): 3319. doi :10.1021/ja00323a043.
- ^ ab Solomons, TW Graham; Fryhle, Craig (2004). Química orgánica (8.ª ed.). John Wiley & Sons.[ página necesaria ]
- ^ ab Soderberg, Timothy (1 de julio de 2019). "Química orgánica con énfasis en biología, volumen I". Chemistry Publications : 170, 177.
- ^ abc «5.3: Quiralidad y sistema de denominación R/S». Chemistry LibreTexts . 15 de diciembre de 2021 . Consultado el 12 de noviembre de 2022 .
- ^ abcdef Brown, William; Iverson, Brent; Anslyn, Eric; Foote, Christopher (2018). Química orgánica (8.ª ed.). Boston, MA: Cengage Learning. págs. 117, 137–139. ISBN 978-1-305-58035-0.
- ^ ab Barta, Nancy S.; Stille, John R. (1994). "Comprensión de los conceptos de estereoquímica" . Revista de educación química . 71 (1): 20. Bibcode :1994JChEd..71...20B. doi :10.1021/ed071p20. ISSN 0021-9584.
- ^ "centro quiral (quiralidad)". IUPAC .org . doi : 10.1351/goldbook.C01060 .
- ^ abc Smith, Janice Gorzynski (2011). "Capítulo 25 Aminas". En Hodge, Tami; Nemmers, Donna; Klein, Jayne (eds.). Química orgánica (Libro) (3.ª ed.). Nueva York, NY: McGraw-Hill. págs. 949–993. ISBN 978-0-07-337562-5.
