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Isomeria BQ, Apuntes de Bioquímica

Asignatura: bioquimica I, Profesor: , Carrera: Biología, Universidad: UMA

Tipo: Apuntes

2015/2016

Subido el 25/01/2016

carmen_santos_ariass
carmen_santos_ariass 🇪🇸

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CONCEPTO.- Dos compuestos se dicen ISÓMEROS entre sí
cuando presentan la misma fórmula empírica (o molecular) pero
distinta fórmula desarrollada (o estructural).
Ej.- Butano y metil-propano ÷
CLASES.- Existen dos tipos fundamentales de isomería:
- ISOMERÍA PLANA.- Cuando las diferencias entre los isómeros se pueden explicar sobre la fórmula desarrollada en un plano.
- ISOMERÍA ESPACIAL = ESTEREOISOMERÍA.- Cuando las diferencias entre los isómeros sólo se pueden explicar considerando
sus moléculas en tres dimensiones.
ISOMERÍA PLANA.- Describiremos cuatro modalidades.
- I. de CADENA.- La presentan compuestos con igual grupo funcional pero diferente cadena, que puede ser lineal o ramificada.
Ej.- Butano y metil-propano (ver más arriba).
- I. de POSICIÓN.- Estos isómeros presentan igual cadena y
grupo funcional, pero éste cambia de posición de un
compuesto a otro. Ej.- 1-propanol y 2-propanol. ÷
- I. de FUNCIÓN.- Se da entre compuestos con igual fórmula
empírica pero distinto grupo funcional. Ej.- Propanal y
acetona. ÷
- I. CIS-TRANS.- En cierto modo se puede considerar como un tipo intermedio entre la isomería plana y la estereoisomería.
Se debe a la presencia de dobles enlaces en las cadenas hidrocarbonadas: A diferencia de lo que ocurre en los enlaces simples,
los dobles enlaces (C=C) no permiten libre rotación.
Los isómeros cis-trans se diferencian uno de otro por la
localización de grupos o átomos unidos a los carbonos de un
doble enlace. Por ejemplo, hay dos alquenos que responden
al nombre de 2-buteno: el cis-2-buteno y el trans-2-buteno. ÷
Este tipo de isomería tiene especial relevancia en el caso de los ácidos grasos: en las cadenas CIS aparecen “codos”,ocasionados
por los dobles enlaces, que dificultan el empaquetamiento de las moléculas y condicionan el estado físico del compuesto, como
se verá más adelante.
ISOMERÍA ESPACIAL = ESTEREOISOMERÍA
Es el objeto de la estereoquímica, rama de la química que estudia la estructura de las moléculas
en tres dimensiones.
ESTEREOISÓMEROS son aquellos compuestos cuyas moléculas sólo se diferencian en la
disposición espacial de sus átomos.
En el caso de los compuestos orgánicos, la base de la estereoisomería reside en la estructura
tridimensional del átomo de carbono: sus 4 valencias se orientan hacia los vértices de un
tetraedro regular cuyo centro está ocupado por dicho átomo.
ACTIVIDAD ÓPTICA. ISÓMEROS ÓPTICOS
LUZ POLARIZADA.- La luz es una forma de energía que se propaga en forma de ondas electromagnéticas. Cada onda tiene un
plano de vibración. Un rayo de luz estaría formado por infinidad de ondas vibrando en todos los planos del espacio (ver dibujo).
÷ La LUZ POLARIZADA es aquella cuyas ondas vibran en un solo plano.
Se puede obtener con filtros especiales como los polaroid, de uso en fotografía para eliminar brillos y en los cines 3D, la turmalina
(silicato usado en joyería) y los llamados prismas de Nicol,
fabricados con espato de Islandia que es una variedad de
calcita.
Existen multitud de sustancias que, al ser atravesadas por
un rayo de luz polarizada, hacen ROTAR el plano de
vibración de ésta. Tales sustancias se denominan
ópticamente activas o que presentan actividad óptica.
- Unas rotan dicho plano en el sentido de las agujas del
reloj y se les denomina DEXTRÓGIRAS (ver dibujo). ÷
- Otras lo hacen a la inversa y se les llama LEVÓGIRAS.
- Aquellas sustancias que no alteran el plano de vibración
de la luz polarizada se dicen ÓPTICAMENTE INACTIVAS.
I S O M E R Í A
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CONCEPTO .- Dos compuestos se dicen ISÓMEROS entre sí cuando presentan la misma fórmula empírica (o molecular) pero distinta fórmula desarrollada (o estructural). Ej.- Butano y metil-propano ˜ CLASES .- Existen dos tipos fundamentales de isomería:

  • ISOMERÍA PLANA .- Cuando las diferencias entre los isómeros se pueden explicar sobre la fórmula desarrollada en un plano.
  • ISOMERÍA ESPACIAL = ESTEREOISOMERÍA .- Cuando las diferencias entre los isómeros sólo se pueden explicar considerando sus moléculas en tres dimensiones.

ISOMERÍA PLANA .- Describiremos cuatro modalidades.

  • I. de CADENA .- La presentan compuestos con igual grupo funcional pero diferente cadena, que puede ser lineal o ramificada. Ej.- Butano y metil-propano (ver más arriba).
  • I. de POSICIÓN .- Estos isómeros presentan igual cadena y grupo funcional, pero éste cambia de posición de un compuesto a otro. Ej.- 1-propanol y 2-propanol. ˜
  • I. de FUNCIÓN .- Se da entre compuestos con igual fórmula empírica pero distinto grupo funcional. Ej.- Propanal y acetona. ˜
  • I. CIS-TRANS .- En cierto modo se puede considerar como un tipo intermedio entre la isomería plana y la estereoisomería. Se debe a la presencia de dobles enlaces en las cadenas hidrocarbonadas: A diferencia de lo que ocurre en los enlaces simples, los dobles enlaces (C=C) no permiten libre rotación. Los isómeros cis-trans se diferencian uno de otro por la localización de grupos o átomos unidos a los carbonos de un doble enlace. Por ejemplo, hay dos alquenos que responden al nombre de 2-buteno: el cis-2-buteno y el trans-2-buteno. ˜

Este tipo de isomería tiene especial relevancia en el caso de los ácidos grasos: en las cadenas CIS aparecen “codos”,ocasionados por los dobles enlaces, que dificultan el empaquetamiento de las moléculas y condicionan el estado físico del compuesto, como se verá más adelante.

ISOMERÍA ESPACIAL = ESTEREOISOMERÍA

Es el objeto de la estereoquímica, rama de la química que estudia la estructura de las moléculas en tres dimensiones. ESTEREOISÓMEROS son aquellos compuestos cuyas moléculas sólo se diferencian en la disposición espacial de sus átomos. En el caso de los compuestos orgánicos, la base de la estereoisomería reside en la estructura tridimensional del átomo de carbono: sus 4 valencias se orientan hacia los vértices de un tetraedro regular cuyo centro está ocupado por dicho átomo.

ACTIVIDAD ÓPTICA. ISÓMEROS ÓPTICOS LUZ POLARIZADA.- La luz es una forma de energía que se propaga en forma de ondas electromagnéticas. Cada onda tiene un plano de vibración. Un rayo de luz estaría formado por infinidad de ondas vibrando en todos los planos del espacio (ver dibujo). ˜ La LUZ POLARIZADA es aquella cuyas ondas vibran en un solo plano. Se puede obtener con filtros especiales como los polaroid, de uso en fotografía para eliminar brillos y en los cines 3D, la turmalina (silicato usado en joyería) y los llamados prismas de Nicol, fabricados con espato de Islandia que es una variedad de calcita. Existen multitud de sustancias que, al ser atravesadas por un rayo de luz polarizada, hacen ROTAR el plano de vibración de ésta. Tales sustancias se denominan ópticamente activas o que presentan actividad óptica.

  • Unas rotan dicho plano en el sentido de las agujas del reloj y se les denomina DEXTRÓGIRAS (ver dibujo). ˜
  • Otras lo hacen a la inversa y se les llama LEVÓGIRAS.
  • Aquellas sustancias que no alteran el plano de vibración de la luz polarizada se dicen ÓPTICAMENTE INACTIVAS.

I S O M E R Í A

Está comprobado que la actividad óptica de las sustancias tiene su origen en la estructura molecular. En el caso de las moléculas orgánicas, dicha actividad aparece cuando su molécula contiene al menos un...

CARBONO ASIMÉTRICO (=QUIRAL) .- Es aquel que presenta sus valencias ocupadas por cuatro sustituyentes distintos. (Sobre la fórmula de un compuesto se les identifica mediante un ~, es decir... C). Como ejemplo citaremos el GLICERALDEHÍDO. Presenta actividad óptica y su molécula contiene un C En la figura se representan las dos moléculas sobre un plano (según convenio):

  • Gliceraldehído dextrógiro, señalizado con (+) que presenta el -OH del C2 a la derecha.
  • Gliceraldehído levógiro, señalizado con (-) que presenta el -OH del C2 a la izquierda ˜ Ambos se denominan ISÓMEROS ÓPTICOS.

La presencia de QUIRALES en una molécula hace que ésta pueda adoptar diversas configuraciones espaciales, es decir, el compuesto presenta estereoisómeros. Se puede comprobar que, si el número de C* es n , el número de estereoisómeros es 2 n. Ver nota a pie de página. Clasificaremos los estereoisómeros en dos grupos: enantiómeros y diastereómeros (o diastereoisómeros). Estos últimos, a su vez, se dividen en epímeros y anómeros.

ENANTIÓMEROS = ENANTIOMORFOS Dos compuestos se denominan enantiómeros cuando la molécula de uno es imagen especular de la molécula del otro. Nuevamente utilizamos como ejemplo el gliceraldehído. Las dos moléculas que muestra el gráfico son imágenes especulares entre sí por lo que nunca pueden coincidir por superposición. Se trata de los estereoisómeros D y L. Por convenio, se han denominado... ˜ D-Gliceraldehído: presenta el -OH del C2 a la derecha. ˜ L-Gliceraldehído: presenta el -OH del C2 a la izquierda. (Ambos enantiómeros presentan actividad óptica, uno es dextrógiro y el otro levógiro, sin embargo, las letras D y L no tienen ninguna relación con “Dextro” y “Levo”).

Esto también es aplicable a una gran cantidad de moléculas orgánicas, por ejemplo, los aminoácidos (a excepción de la glicocola o glicina). En estos compuestos la pauta para clasificar los enantiómeros D y L es la posición del grupo amino (-NH ) unido al C2 (= C 2 á). En el margen se representa el aminoácido alanina.

Al aplicar lo antedicho a monosacáridos más complejos que el gliceraldehído, debemos hacer la siguiente aclaración:

˜ Se consideran formas D aquellos monosacáridos en los cuales el C* más alejado del grupo carbonilo, C=O (es decir, el “penúltimo”) presenta el -OH hacia la derecha. ˜ Las formas L presentan dicho -OH hacia la izquierda y todos los demás, al contrario que la forma D correspondiente. El ejemplo del margen representa sobre un plano la D-glucosa y la L- glucosa.

NOTA .- En la naturaleza, los isómeros D de los monosacáridos son los más frecuentes, al contrario que en los aminoácidos en los que predominan las formas L.


Se puede comprobar la veracidad de fórmula 2 n para calcular el nº de estereoisómeros , construyendo la “familia de las D-ALDOSAS” y la “familia de las D-CETOSAS” a la vuelta del folio (???).

PROYECCIONES de HAWORTH W.N. Haworth propuso, para los azúcares en disolución, unos modelos cíclicos tridimensionales más coherentes y lógicos que los representados anteriormente y que se conocen como proyecciones de Haworth. Ver esquema:

Observamos, en el esquema, cómo la glucosa adquiere su forma cíclica piranósica (las cetosas de 6C y las aldosas de 5C forman ciclos furanósicos ) En consecuencia, aparece un C* más, con respecto a la forma lineal, que es el C1. Esto da lugar a dos nuevos isómeros para cada monosacárido. El carbono que cierra el ciclo (C1 en este caso) se denomina carbono anomérico o hemiacetálico y los dos nuevos estereoisómeros, antes citados, se llaman anómeros , que son las formas á y â. (En realidad, son como epímeros de cadena cíclica).

Los anómeros se definen como isómeros de los monosacáridos de cadena cíclica que se diferencian en la orientación del -OH que está unido al carbono hemiacetálico (C-anomérico). Anómero á Y -OH hacia abajo. Anómero â Y -OH hacia arriba.

Nomenclatura Como podemos observar en la ilustración anterior y las siguientes, para nombrar estos compuestos hay que indicar: tipo de anómero , tipo de enantiómero , el monosacárido de que se trata y el tipo de anillo que forma.

OBSERVACIONES

1) Nótese que, al ciclar un monosacárido, los -OH que en la fórmula lineal están a la derecha, en la cíclica quedan hacia abajo y viceversa. 2) Se sabe que, en disolución, coexisten en equilibrio las moléculas lineales y cíclicas de los azúcares, con predominio de las cíclicas y los anómeros â. Igualmente, se sabe que existe interconversión entre formas á y â, lo que se conoce como fenómeno de mutarrotación. 3) El grupo aldehído (-CHO) tiene tendencia a oxidarse transformándose en grupo carboxilo (-COOH) por lo que presenta carácter reductor (toda sustancia que se oxida lo hace a costa de otra que se reduce). El carbono anomérico, derivado del grupo aldehído, conserva dicho carácter reductor. Esto se utiliza en el laboratorio para el reconocimiento de ciertos azúcares (los reductores) mediante el licor de FEHLING y otros ensayos.