5.E: Estereoisomería de Moléculas Orgánicas (Ejercicios)

Ejercicio 5-1 Dibujar estructuras que muestren la configuración de los siguientes compuestos. Es posible que desee revisar la nomenclatura de los alquenos, dada en la Sección 3-3.

a. trans- 3-metil-3-hexeno
b. 2-cloro-cis- 2, trans-heptadieno
c. (cis-1-propenil) ciclobutano
d. trans-1,2-di - (cis-1-propenilo) ciclobutano

Ejercicio 5-2 El geraniol es un compuesto natural que se encuentra en ciertas gramíneas y se utiliza en perfumes para simular el olor de las rosas. El nombre de la IUPAC para este compuesto es 3,7-dimetil-trans -2,6-octadien-1-ol (donde “-1-ol” significa que hay un\(\ce{OH}\) grupo en el carbono de menor número de la cadena). Seleccione la estructura correcta de entre las siguientes:

Ejercicio 5-3 Identificar los átomos de carbono quirales mediante un asterisco (*) en cada una de las siguientes estructuras. Si no hay carbonos quirales presentes, escriba aquiral.

a.

b.\(\ce{CH_3CH_2CBr=CH_2}\)

c.

d.

e.

f.

Ejercicio 5-4 ¿Cuántos centros quirales son evidentes en la estructura del colesterol? Identificarlos por el número del átomo de carbono.

Ejercicio 5-5 El trabajo del químico alemán Wislicenus sobre los ácidos hidroxipropanoicos influyó en el desarrollo de las ideas de van't Hoff sobre el estereoisomería. Para 1869, Wislicenus había establecido que hay tres ácidos hidroxipropanoicos isoméricos, llamémoslos A, B y C, de estructura parcial\(\ce{C_2H_4(OH)(CO_2H)}\). El isómero A se aisló de la leche agria y el isómero B de un extracto de carne. Tanto A como B tuvieron las mismas propiedades físicas, a excepción de la rotación óptica, donde A era levorrotatorio y B dextrorrotatorio. El isómero C no era ópticamente activo y tenía propiedades físicas y químicas considerablemente diferentes a las de A o B. Elaborar las estructuras A, B y C con el mayor detalle posible a partir de la información proporcionada.

Ejercicio 5-6 Examinar las estructuras de\(\beta\) -caroteno y vitamina A mostradas en la Sección 2-1 y Sección 3-0 y determinar la configuración en cada uno de los dobles enlaces en la cadena unida al anillo (s). ¿Estas sustancias son quirales o aquirales?

Ejercicio 5-7 Dibujar las conformaciones escalonadas de cada uno de los siguientes compuestos utilizando la convención indicada:

a. 2,3-dimetilbutano (caballete)
b. 1,2-dibromo-1,1,2,2-tetrafluoroetano (Newman)
c. los isómeros d, l del 1-cloro-1-fluoroetano (Newman)

Ejercicio 5-8 Dibuja la conformación de 2,2,5,5-tetrametilhexano que esperas que sea de menor energía.

Ejercicio 5-9 Dibujar una conformación escalonada tanto en la representación de caballete como en la de Newman que corresponda a las configuraciones mostradas en las fórmulas de proyección a-c.

a.

b.

c.

Ejercicio 5-10 Dibujar fórmulas de proyección que correspondan a las configuraciones específicas mostradas en las siguientes estructuras:

a.

b.

c.*

Ejercicio 5-11 Este ejercicio puede aclarar por usted las restricciones en la manipulación de fórmulas de proyección. Se le ayudara comprobando la configuración con modelos, como en la Figura 5-12. La idea es determinar qué efecto hay, en su caso, en la configuración representada por la fórmula realizando diversos cambios en la proyección. Tu respuesta para cada parte debe ser que la operación cambie, o no cambie, la configuración.

a. Intercambio de sustituyentes a través del enlace horizontal:

b. intercambio de otros sustituyentes:

c.\(180^\text{o}\) rotación en plano de papel:

d.\(90^\text{o}\) Rotación en plano de papel:

e. Volteo extremo a extremo fuera del plano del papel:

Ejercicio 5-12 El análisis de los cristales de un ácido tartárico particular muestra que están constituidos por cantidades iguales de las siguientes conformaciones:

Utilice modelos de bola y varilla para determinar la relación entre estas dos conformaciones y también si este ácido tartárico es ácido meso-tartárico, un ácido tartárico ópticamente activo o ácido racémico. Dale tu razonamiento.

Ejercicio 5-13 Escribir estructuras para todas las configuraciones posibles para 2,4-dibromopentano. ¿Qué estereoisómeros son enantiómeros? ¿Cuáles son los diastereómeros? ¿Qué combinación de isómeros daría una mezcla racémica? ¿Qué isómero es aquiral?

Ejercicio 5-14 De los compuestos enumerados seleccionar todos aquellos que puedan tener configuraciones meso aquirales y dibujar las configuraciones para cada uno de ellos.

a. 1,2-diclorociclopropano
b. 1,4-diclorociclohexano
c. 1,3-diclorociclohexano
d. 2,3-dicloropentano
e. 2,3,4-tricloropentano
f. 2,3,4,5- tetraclorohexano

Ejercicio 5-15 Observe cuidadosamente cada par de estructuras que se muestran a continuación y decida si son idénticas. Si no estás seguro, usa modelos moleculares.

a.

b.

c.

d.

e.

f.\(\ce{Cl-C \equiv C-Br}\)\(\ce{Br-C \equiv C-Cl}\)

g.

Ejercicio 5-16 Las dos estructuras que se muestran en cada uno de los siguientes pares son isómeros. Determinar si son isómeros posicionales, configuracionales o conformacionales. El uso de modelos será muy útil.

a.

b.

c.

d.

e.

Ejercicio 5-17 ¿Cuál de los siguientes compuestos podría existir como isómeros configuracionales cis-trans?

a. 1,2-dibromoetano
b. 2,3-dibromopropeno
c. dibromoetino
d. 1,3-dibromopropeno

Ejercicio 5-18 ¿Cuál de los siguientes compuestos puede existir como (1) un par de enantiómeros, (2) un par de isómeros cis-trans, y (3) como un par cis de enantiómeros y un par trans de enantiómeros?

a. 3-cloro-1-butino
b. 4-cloro-1-butino
c. 1-cloro-1,3-butadieno
d. 2-cloro-1,3-butadieno
e. 4-cloro-2-penteno
f. 5-cloro-2-penteno

Ejercicio 5-19 Escribir estructuras que muestren las configuraciones especificadas para cada uno de los siguientes compuestos. Haga sus dibujos lo más claros posible para que no haya ambigüedad en cuanto a la estructura o configuración:

a. cis -1,2-difenileteno
b. trans -2-cloro-2-buteno
c. trans -1-propenilbenceno
d. trans-trans-2,4-heptadieno
e. cis-cis -2,4-heptadieno
f. trans-cis -2,4-heptadieno
g. cis-trans -2,4-heptadieno
h. cis -1- terc - butil-4-metilciclohexano

Ejercicio 5-20 Escribir fórmulas estructurales que muestren la configuración para todos los posibles isómeros cis-trans de los siguientes compuestos:

a. 1,2,3-trimetilciclopropano
b. 1,3-diclorociclopentano
c. 3-metil-2,4-hexadieno
d. 1- (3-metilciclobutil) -3-metilciclobutano

Ejercicio 5-21 ¿Esperarías que el cis- o trans-1,2-dimetilciclopropano sea el más estable? Explique.

Ejercicio 5-22 Dibujar fórmulas adecuadas para todos los isómeros posicionales y configuracionales posibles (incluyen isómeros ópticos pero no isómeros conformacionales) para los siguientes compuestos de fórmula molecular:

a.\(\ce{C_3H_5Cl}\) (cinco)
b.\(\ce{C_5H_{10}}\) (trece)
c.\(\ce{C_4H_7Cl}\) (diecinueve)

Ejercicio 5-23 Mostrar cómo se pueden utilizar las convenciones de caballete y Newman para representar las diferentes conformaciones escalonadas posibles de las siguientes sustancias:

a. cloroetano
b. 1,2-dicloro-1-fluoroetano
c. 1,2-dicloroetano
d. 2,3-dimetilbutano

Ejercicio 5-24 Determinar cuáles de los siguientes compuestos son quirales y cuáles son aquirales. Indicar cada átomo quiral con un asterisco (*), señalando que más de uno puede estar presente en algunos ejemplos.

a. 2,3-dimetilpentano
b. 2,3-dimetil-2-penteno
c. 2-bromo-3-clorobutano

d.

e.

f.

g.

Ejercicio 5-25 Escribir estructuras que se ajusten a las siguientes descripciones:

a. Un isómero aquiral del dimetilciclohexano que tiene los grupos metilo en diferentes carbonos.

b. Todos los isómeros quirales de fórmula\(\ce{C_5H_{12}O}\).

c. Un compuesto de fórmula\(\ce{C_4H_5Cl}\) que tiene solo un doble enlace y es quiral.

d.* La conformación de 2,5-dimetilhexano que se anticiparía es la más estable.

Ejercicio 5-26 Si tienes un conjunto de modelos moleculares con los que puedes hacer o usar enlaces doblados para dobles enlaces, construye cada una de las siguientes moléculas y determina si es posible el estereoisomero y, de ser así, identificar el tipo de estereoisómeros.

a.\(\ce{ClCH=C=CHCl}\)
b.\(\ce{ClCH=C=C=CHCl}\)

c.

d.*

Ejercicio 5-27 Designar la configuración de los compuestos cuyas estructuras se dibujan a continuación utilizando la terminología cis-trans.

a.

b.

c.

d.

e.

Ejercicio 5-28 Dibujar fórmulas de caballete como en la Figura 5-10 para los siguientes derivados de ciclohexano:

a. 1,1,3,3-tetrametilciclohexano
b. cis-1,2-dimetilciclohexano

c.

Ejercicio 5-29 Determinar la relación entre los pares de compuestos escritos como fórmulas de perspectiva como enantiómeros, diastereómeros, isómeros conformacionales, isómeros cis-trans, o alguna combinación de estos. Los modelos serán de mucha ayuda.

a.

b.

c.

d.

e.

f.

Ejercicio 5-30 Este es un problema similar al 5-29, excepto que las estructuras se escriben principalmente como fórmulas de proyección del tipo Fischer o Newman. Determinar la relación entre los pares de compuestos como uno de los siguientes: isómeros de posición idénticos, enantiómeros, diastereómeros, isómeros conformacionales o isómeros cis-trans. (\(\ce{D}\)significa deuterio, el isótopo de hidrógeno de la masa 2.)

a.

b.

c.

d.

e.

f.

Ejercicio 5-31 Dibujar estructuras para todos los posibles isómeros configuracionales de los siguientes compuestos. En la Parte a,\(\ce{D}\) significa deuterio, el isótopo de hidrógeno de masa 2.

a. eteno-1,2-\(\ce{D_2}\) (1,2-dideuterioeteno)
b. 3-fenoxi-1-buteno
c. 4-yodo-2-penteno
d. 2-cloro-3-fenilbutano
e. 2,3-difenilbutano
f. 3-clorociclohexeno
g. 3-clorocicloocteno (modelos de uso)
h. 4-clorometilciclohexano
i. 3-clorometilciclohexano
j. 1-metil-4- (1-propenil) ciclohexano
k. 1-metil-3- (1-propenil) ciclohexano

Ejercicio 5-32 Determinar cuál de las siguientes conformaciones es idéntica a su imagen especular (los modelos serán de gran ayuda). Para efectos de esta parte del problema, supongamos que los compuestos están bloqueados en las conformaciones mostradas. Para las Partes a-d, determine cuál de estas sustancias se convierte en aquiral en rotación libre.

a.

b.

c.

d.

e.

f.

Ejercicio 5-33 Redibujar los dibujos en perspectiva a, b y c como fórmulas de proyección de Fischer, dejando la configuración en los centros quirales sin cambios. De igual manera, redibuje d y e en perspectiva, utilizando una representación escalonada de caballete para e.

a.

b.

c.

d.

e.

Ejercicio 5-34 Utilice el\(L\) sistema\(D\), para designar la configuración en cada centro quiral en Estructuras a-e en el Ejercicio 5-33.

Ejercicio 5-35 Este problema está diseñado para ilustrar la quiralidad, asimetría y asimetría con modelos simples u objetos comunes.

a. Doblar tres trozos de alambre en forma de horquilla con patas iguales. Ahora toma una pieza y haz una\(90^\text{o}\) curva en una de las piernas en el medio para dar (1). Doblar ambas piernas por igual de otra pieza para dar (2), y una hacia arriba y la otra hacia abajo para dar (3). Determinar si (1), (2) y (3) son quirales o aquirales, y asimétricos, asimétricos o simétricos. (Véase nota al pie de página\(^1\), Sección 5-1B)

b. clasificar cada uno de los siguientes como quiral, aquiral, asimétrico, asimétrico o simétrico: una copa, una camisa, una bicicleta, una raqueta de tenis, un automóvil, un centavo, un par de tijeras, una espiral plana (4) y un resorte cónico (5). Indicar las ambigüedades que puedan estar involucradas.

Ejercicio 5-36 A continuación se muestran las estructuras de algunos compuestos bioquímicamente interesantes. Marcar los carbonos quirales en cada uno y calcular por\(2^n\) regla cuántos estereoisómeros podrían esperarse. Explica por qué solo se conoce un par de enantiómeros para el alcanfor (los modelos de bola y varilla serán muy útiles aquí). ¿Cuántos estereoisómeros diferentes esperaría que realmente se pudieran preparar de las estructuras de quinina y codeína?

Colaboradores

• John D. Robert and Marjorie C. Caserio (1977) Basic Principles of Organic Chemistry, second edition. W. A. Benjamin, Inc. , Menlo Park, CA. ISBN 0-8053-8329-8. This content is copyrighted under the following conditions, "You are granted permission for individual, educational, research and non-commercial reproduction, distribution, display and performance of this work in any format."