isomería –

Relación entre dos sustancias químicas con la misma fórmula química, pero cuya disposición de átomos es diferente.

QUÍMICA

La isomería es un concepto fundamental en la química orgánica: una fórmula cruda dada a menudo corresponde a varias fórmulas semielaboradas o desarrolladas; las moléculas correspondientes son isómeros. Se hace una distinción entre isomería plana, o constitución, y estereoisomería (o isomería estérica) que se refiere a la disposición de los átomos en el espacio.

1. Isomería plano o constitucional

Se hace una distinción entre isomería de cadena, la de posición y la de función.

1.1. Isomería en cadena

Los isómeros de cadena tienen diferentes esqueletos de carbono. Por ejemplo, butano de fórmula bruta C₄H₁₀ tiene los siguientes dos isómeros de cadena:

CH₃―CH₂―CH₂―CH₃y
.

1.2. Isomería de posición

Los isómeros de posición difieren solo en la posición de un grupo de átomos en la molécula. Por ejemplo, 1-propanol y 2-propanol son isómeros posicionales:

CH₃―CH₂―CH₂-Oh y

Los isómeros de cadena y posición tienen las mismas funciones químicas: por lo tanto, tienen las mismas propiedades químicas. Sin embargo, sus propiedades físicas pueden ser muy diferentes.

1.3. Isomería de función

Dos isómeros funcionales tienen funciones químicas distintas; no pertenecen a la misma clase de compuestos.

Por ejemplo, metoxietano de fórmula CH₃―CH₂―O – CH₃ y 1-propanol de fórmula CH₃―CH₂―CH₂―OH son dos isómeros funcionales.

Se diferencian tanto en sus propiedades químicas como en sus propiedades físicas.

Tautomería Es un caso especial de isomería funcional: decimos que existe una relación tautomérica entre dos isómeros funcionales que se transforman reversiblemente entre sí. Entonces hay un equilibrio químico entre las dos formas tautoméricas.

Ejemplo :

2. Estereoisomería

La mayoría de las moléculas son tridimensionales. Su estructura estérica, estudiada en estereoquímica, es la disposición relativa de sus átomos en el espacio. Los isómeros, de la misma constitución, son estereoisómeros cuando difieren solo en la disposición de sus átomos en el espacio. La estereoisomería es, por tanto, la relación entre dos estereoisómeros.

2.1. Enantiomerismo y quiralidad

Se dice que una molécula es quiral (se pronuncia “kiral”) si su imagen en relación con un espejo no puede superponerse a ella (→ quiralidad). Una molécula quiral no tiene centro ni plano de simetría. De lo contrario, se dice que es aquiral.

Una sustancia quiral siempre corresponde a un isómero estérico, su enantiómero. Dos estereoisómeros configuracionales que son imágenes entre sí en relación con un espejo pero no superpuestos (incluso al girar la molécula) se denominarán enantiómeros. Por ejemplo, las dos moléculas siguientes son dos enantiómeros de ácido láctico:

2.2. Actividad óptica o rotación óptica

Dos enantiómeros tienen propiedades químicas o físicas idénticas siempre que el reactivo o fenómeno (→ reacción química) involucrado tenga simetría de reflexión (imágenes especulares). Por otro lado, es fácil demostrar experimentalmente una diferencia de comportamiento mediante el uso de un reactivo o fenómeno quiral. Es así que dos enantiómeros desvían en dirección opuesta y en un ángulo igual el plano de un plano de luz polarizada; luego se mide la rotación óptica. Ésta es la razón por la que hablamos de isomería óptica.

El enantiómero que rota el plano de polarización en el sentido de las agujas del reloj (ángulo positivo) para el observador que recibe el rayo se dice dextrógiro ; el otro que gira el plano de polarización en el mismo ángulo pero en la dirección opuesta (ángulo negativo) se dice levrógiro. Por tanto, para especificar cada enantiómero, el nombre de los compuestos está precedido por los signos (+) o (-).

Las reacciones enzimáticas y las actividades biológicas están muy a menudo relacionadas con la quiralidad molecular. Por ejemplo :

• (-) – la metadona es un analgésico fuerte mientras que su enantiómero (+) es prácticamente inactivo;

• (-) – el mentol tiene un sabor naturalmente fresco, (+) – el mentol no tiene esta propiedad.

La quiralidad es muy común en la naturaleza y la síntesis de un enantiómero puro, que es la regla en el medio biológico, plantea verdaderas dificultades en el laboratorio. Por tanto, son habituales las mezclas equimoleculares de enantiómeros. Se trata de las denominadas mezclas racémicas. El poder rotatorio de una mezcla racémica es cero como resultado de la compensación de las rotaciones de cada uno de los enantiómeros.

2.3. Concepto de proquiralidad

Si se obtiene una molécula quiral a partir de una molécula aquiral reemplazando un átomo o grupo de esta molécula por otro átomo o grupo, se dice que la molécula es proquiral. En la práctica, hablamos de un átomo proquiral en lugar de una molécula proquiral.

2.4. Configuración de carbones asimétricos (configuración absoluta)

Se dice que un carbono es asimétrico cuando está vinculado a cuatro grupos de diferentes naturalezas. Los cuatro enlaces químicos de un átomo de carbono (tetravalente) forman un tetraedro. Por tanto, un carbono asimétrico tiene dos configuraciones posibles dependiendo de la ubicación y el “peso” relativo de los diferentes grupos alrededor del átomo de carbono.

Para distinguir los carbonos asimétricos entre sí, se utiliza una nomenclatura específica basada en su configuración: la nomenclatura R / S de Cahn, Ingold y Prelog. Para cada carbono asimétrico, los cuatro sustituyentes a, b, cyd están ordenados en orden de números atómicos decrecientes de los primeros átomos unidos al carbono. Luego miramos el modelo en el lado opuesto al último grupo d y notamos la dirección en la que giramos para ver los otros tres grupos desplazarse en el orden de clasificación: la configuración del carbono asimétrico es R (recto, derecha) si los grupos giran en el sentido de las agujas del reloj y S (siniestro, izquierda) en orden inverso.

Ejemplo: la configuración asimétrica de carbono de la analina es R.

2.5. Diastereoisomería

Por definición, los diastereómeros son estereoisómeros configuracionales que no son enantiómeros (no son imágenes especulares entre sí). Pueden ser quirales o aquirales.

Los diastereoisómeros no tienen las mismas propiedades fisicoquímicas, lo que les permite separarse fácilmente, a diferencia de los enantiómeros.

Ejemplos:

Las moléculas que contienen múltiples enlaces también pueden ser diastereómeros. Ejemplo: el ácido maleico (o ácido butenodioico) existe en dos configuraciones:

Los grupos carboxilo no se colocan de la misma manera en las dos moléculas. Para distinguir estas dos moléculas se utiliza una nomenclatura que depende de la posición relativa de los grupos de átomos con respecto al doble enlace.

Se asigna una “fila” a los átomos o grupos de átomos unidos a cada carbono involucrado en el doble enlace según la regla de Cahn, Inglod y Prelog. Aquí, los grupos COOH están en la fila 1 y los átomos de hidrógeno en la fila 2. Si dos grupos de la fila 1 están en el mismo lado del doble enlace (decimos “En posición cis”), la molécula será la estereosisomero Z (del alemán zuzammen : juntos) ; si están a ambos lados del doble enlace (decimos “En posición trans”), la molécula será la estereosisomero mi (del alemán entgegen : opuesto).

2.6. Aplicaciones: síntesis de moléculas quirales

Existen diferentes métodos para sintetizar moléculas quirales y, por tanto, para controlar la quiralidad (→ síntesis [chimie]). Esto se utiliza particularmente en la síntesis de fármacos que, en su mayor parte, están formados por moléculas quirales. Para transmitir quiralidad, un método es crear un carbono quiral, otro es cambiar la quiralidad de una molécula en una reacción controlada, un tercero es cambiar una molécula quiral en una reacción que no afectará su centro de quiralidad.