8.3: El Doble Enlace Alqueno y Estereoisomería
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Objetivo de aprendizaje
- reconocer y clasificar la estereoquímica de alquenos usando el sistema cis/trans
Esteroisomería en Alquenos
Hay rotación libre sobre los enlaces simples carbono-carbono (C—C) en alcanos. Por ejemplo, en 1,2-dicloroetano, hay rotación libre alrededor del enlace C-C. Los dos modelos mostrados representan exactamente la misma molécula; no son isómeros. Puedes dibujar fórmulas estructurales que se vean diferentes, pero si tienes en cuenta la posibilidad de esta rotación libre sobre enlaces simples, debes reconocer que estas dos estructuras representan la misma molécula:
En contraste, la estructura de los alquenos requiere que los átomos de carbono de un doble enlace y los dos átomos unidos a cada átomo de carbono se encuentren todos en un solo plano, y que cada átomo de carbono doblemente unido se encuentre en el centro de un triángulo. Esta parte de la estructura de la molécula es rígida; la rotación alrededor de átomos de carbono doblemente unidos no es posible sin romper el enlace. En 1,2-dicloroeteno, la rotación restringida alrededor del doble enlace significa que las posiciones relativas de los grupos sustituyentes por encima o por debajo del doble enlace se vuelven significativas. Esto lleva a un tipo especial de isomería. El isómero en el que los dos átomos de cloro (Cl) se encuentran en el mismo lado de la molécula se llama isómero cis (latín cis, que significa “en este lado”) y se denomina cis-1,2-dicloroeteno. El isómero con los dos átomos de Cl en lados opuestos de la molécula es el isómero trans (latín trans, que significa “a través”) y se denomina trans-1,2-dicloroeteno. Estos dos compuestos son isómeros cis-trans (o isómeros geométricos), compuestos que tienen diferentes configuraciones (grupos permanentemente en diferentes lugares en el espacio) debido a la presencia de una estructura rígida en su molécula.
El siguiente diagrama resume las diferencias entre alcanos y alquenos con respecto a la rotación donde los carbonos son rojos, los hidrógenos son blanquecinos y los cloros son verdes.
En 1,2-dicloroetano (a), la rotación libre alrededor del enlace C-C permite que las dos estructuras se interconviertan por una torsión de un extremo con relación al otro. En 1,2-dicloroeteno (b), la rotación restringida alrededor del doble enlace significa que las posiciones relativas de los grupos sustituyentes por encima o por debajo del doble enlace son significativas.
Los isómeros geométricos tienen diferentes propiedades físicas
Considere el alqueno con la fórmula estructural condensada CH 3 CH=CHCH 3. Podríamos llamarlo 2-buteno, pero en realidad hay dos compuestos de este tipo; el doble enlace da como resultado isomerismo cis-trans. El cis -2-buteno tiene ambos grupos metilo en el mismo lado de la molécula. El trans -2-buteno tiene los grupos metilo en lados opuestos de la molécula como se muestra en el diagrama a continuación.
El cis-2-buteno y el trans-2-buteno son compuestos únicos con propiedades físicas ligeramente diferentes como se muestra a continuación. Para reacciones estereoespecíficas, estos compuestos producen diferentes productos estereoisoméricos bajo las mismas condiciones de reacción. Este fenoneneno de reactividad se explorará más de cerca en el próximo capítulo sobre reactividad alqueno.
Ejemplo
¿Qué compuestos pueden existir como isómeros cis-trans (geométricos)? Dibujarlos.
- CHCL=CHBR
- CH 2 =CBRCH 3
- (CH 3) 2 C=CHCH 2 CH 3
- CH 3 CH=CHCH 2 CH 3
Soluciones explicadas
Las cuatro estructuras tienen un doble enlace y, por lo tanto, cumplen con la regla 1 para el isomerismo cis-trans.
- Este compuesto cumple con la regla 2; tiene dos grupos no idénticos en cada átomo de carbono (H y Cl en uno y H y Br en el otro). Existe como isómeros cis y trans:
- Este compuesto tiene dos átomos de hidrógeno en uno de sus átomos de carbono doblemente unidos; falla la regla 2 y no existe como isómeros cis y trans.
- Este compuesto tiene dos grupos metilo (CH 3) en uno de sus átomos de carbono doblemente unidos. Fracasa la regla 2 y no existe como isómeros cis y trans.
- Este compuesto cumple con la regla 2; tiene dos grupos no idénticos en cada átomo de carbono y existe como isómeros cis y trans:
Ejercicio
Ejercicio
1. Si el compuesto a continuación puede existir como isómeros cis-trans, entonces dibuje ambas estructuras de línea de enlace.
- CH 2 =CHCH 2 CH 2 CH 3
- CH 3 CH=CHCH 2 CH 3
- CH 3 CH 2 CH=CHCH 2 CH 3
- CH 2 C (CH 3) CH 2 CH 3
- CH 3 C (CH 3) CHCH 3
2. Escribe la estructura condensada para el eteno.
3. Dibuja la estructura de Kekulé (Lewis) para el eteno.
4. Dibuja la estructura de líneas de enlace para el eteno.
5. ¿Por qué es que los carbonos del eteno no pueden rotar libremente alrededor del doble enlace carbono-carbono?
- Contestar
- 1.
-
2. CH 2 CH 2 El doble enlace carbono-carbono no se muestra, pero se puede reconocer conociendo los patrones de unión neutros del carbono.
3.
4.” - "Tenga en cuenta lo fácil que sería malinterpretar este pequeño guion, por lo tanto, la estructura para el eteno se muestra típicamente con una estructura condensada o Kekule.
5. Los carbonos no pueden girar libremente alrededor del doble enlace carbono-carbono porque los orbitales p giratorios tendrían que pasar por un punto de 90° donde ya no habría solapamiento, por lo que el\(\pi\) enlace tendría que romperse para que hubiera rotación libre.