Analisis conformacional

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Introducción al análisis conformacional de ciclohexanos y 1,3-dioxanos monosustituidos

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Analisis conformacional

  1. 1. Análisis ConformacionalQuímica Orgánica Avanzada
  2. 2. ConformacionesSon arreglos no idénticos de los átomos de unamolécula, por rotación de enlaces sencillos. <10 kcal mol-1 (Tamb)Peróxido de Hidrógeno (H2O2) Ángulo diedral∞ confórmeros, aunque algunos son más estables
  3. 3. Análisis conformacionalEstudio de las propiedades físicas (E) y químicas(reactividad) de los confórmeros de una molécula.1874 Le Bel y van’t Hoff1884Baeyer los ángulos en los cicloalcanos ≠ 109.2º > > < < < 60º 90º 108º 120º 138º
  4. 4. Sachse ciclohexano con conformaciones no planares H H H H H H H H H H H H1943 Kohlrausch y Hassel demostró la existencia deenlaces ecuatoriales y axiales (rayos X)1950 Barton demostró la importancia de lasconsecuencias de las distintas disposiciones axiales yecuatoriales de los hidrógenos
  5. 5. Conformación de Moléculas acíclicasEtano HH H H H H H H HH H H E 0 60 120 180 240 300 360 Degrees of Rotation Tensión torsional o de Pitzer = 3.0 kcal/mol
  6. 6. DGº=3 kcal/molK=e-DGº/RT > 100>99% de las moléculas de etano existen enconformación alternadaNo se sabe con certeza la razón de la inestabilidad delconfórmero eclipsadoLa repulsión de van der Waals explica una diferenciade 0.5 kcal/molSe propone que un mejor argumento es la repulsión delos orbitales ocupados.
  7. 7. n-butano H CH3 H CH3 CH3 CH3 CH CH3 H H H H H H3 H H H H H H H CH3 H H H HH H CH3 H H H A A C C E B E D 0 60 120 180 240 300 360 Degrees of Rotation 
  8. 8. Proporciones de isómeros en equilibrio% del isómero K DGº25ºC más estable (kcal/mol) 50 1.0 0.0 55 1.22 0.12 60 1.50 0.24 70 2.33 0.50 75 3.0 0.65 85 5.67 1.03 90 9.0 1.30 95 19.0 1.75 99 99.0 2.72 99.9 999.0 4.09
  9. 9. CiclohexanoDos conformaciones de silla que se interconvierten a Tamb H1 H2 bote, bote torcído H1 H2
  10. 10. X  X X -DGº25ºC X -DGº25ºC (kcal/mol) (kcal/mol) F 0.25 SH 1.0Cl 0.4 Me 1.74Br 0.5 Et 1.8 I 0.4 i-Pr 2.1OH 0.7 t-Bu 4.9OMe 0.8 Ph 2.9OEt 0.9 CN 0.2 H X H vs X H H
  11. 11. H3C H3C H3C H3C H H H H HH doble bote torcido
  12. 12. Otros ciclos H H H H H H H H H H H H H H H HH H H H H H H H H H H H H H H H H H
  13. 13. El análisis conformacional de1,3-Dioxanos monosustituidos
  14. 14. Necesidad de estudio conformacional de compuestos heterocíclicos
  15. 15. Ciclohexano y anillos heterocíclicos Semejanzas Diferencias• Conformación silla más estable• Barreras energéticas de inversión comparables
  16. 16. Diferencias entre sistemas cabocíclicos y heterocíclicos• Longitudes de enlaces C-X – C-C (1.54 Å) - C-N (1.47 Å) – C-O (1.43 Å) - C-S (1.82 Å – C-S-C ≈ 100°• Presencia de momentos dipolares• Radios de Van der Waals. La ausencia de ligandos (N, O, S) disminuye las interacciones estéricas.• Otros factores – Puente de hidrógeno intramolecular (-OH) – Inversión del Nitrógeno
  17. 17. 1,3-Dioxano 109.5° 111° Águlos torsionales 1.43 Å O-C-O-C 63°1.50 Å C-O-C-C 59° 1.41 Å O-C-C-C 55° 111° Barrera de inversión del anillo: 1,3-dioxano < ciclohexano (ΔG 9.5 kcal/mol) (ΔG 10.5 kcal/mol)
  18. 18. 1,3-Dioxanos-2-Sustituidos R: CH3 CH2CH3 i-Pr C6H5ΔG° (1,3-dioxano) -4.0 -4.0 -4.2 -3.1ΔG° (ciclohexano) -1.7 -1.8 -2.1 -2.9 Mayor preferencia por la posición ecuatorial en los 1,3- dioxanos Repulsión estérica 1.42 Å 1.54 Å
  19. 19. ≈ Repulsión estérica
  20. 20. Modelos Anancoméricos• Modelos conformacionalmente rígidos• Poseen un sustituyente R’ que ancla el anillo en una sola conformación.• La equilibración de los modelos diastereoméricos se logra mediante catálisis ácida.
  21. 21. R: CH3 CH2CH3 i-Pr C6H5ΔG° (1,3-dioxano) -0.9 -0.8 -1.0 -1.4ΔG° (ciclohexano) -1.74 -1.8 -2.1 -4.9 Repulsión esterica entre el sustituyente axial en ciclohexano y los H sin-diaxales
  22. 22. Equilibrios Conformacionales en 1,3-Dioxanos con Sustituyentes Polares en C(5) Ciclohexanos monosustituidos Axial Estabilidad Ecuatorial excepciones• Acetato• Cloruro de ciclohexilmercurio
  23. 23. 1,3-dioxanos con sustituyentes polares en C(5) • Conformero ecuatorial posee menor repulsión dipolo-dipolo X Disolvente ΔG° (Kcal/mol) F C6H12 0.21 CH3CN 1.22 Cl CCl4 -1.40 CH3CN -0.25 CN CH3CN 0.55 OH C6H12 0.90 DME -0.50 SCH3 C6H12 -1.82 S(O)CH3 CHCl3 0.82 SO2CH3 CHCl3 1.19 No se cumple en disolventes poco polares
  24. 24. Grupo OH (efectos del disolvente) δ+Poco polares δ- Puente de hidrogeno intramolecularPolares Puente de hidrogeno intermolecular
  25. 25. X= F y CN (efecto gauche atractivo)• Grupos pequeños y muy electronegativos• Prefieren la conformación gauche en lugar de la anti
  26. 26. • El grupo SMe prefiere la posición ecuatorial(-ΔG°)• Se esperaría que para el análogo S(O)Me, haya mayor preferencia ecuatorial.• Muestra preferencia axial
  27. 27. Para X= SO2CH3• Un ligando forzosamente se ubica sobre el anillo• Se espera un valor mayor de -ΔG°(ecuatorial)• Tiene preferencia por el conformero axial• Por RMN-H1 se observa que el grupo metilo apunta hacia dentro del anillo.
  28. 28. La atracción electroestática explica elpredominio axial de X=S(O)CH3 y SO2CH3 δ+ δ+ δ- δ-
  29. 29. Comportamiento conformacional de los grupost-Butil-tio, t-Butil-sulfinilo y t-Butil-sulfonilo en C(5). Equilibración cis-trans de los sulfuros, sulfóxidos y sulfonas. Dioxano X ΔG° (Kcal/mol) 118 S-t-Bu -1.90 119 SO-t-Bu +0.10 120 SO2-t-Bu -1.14 121 SCH3 -1.73 122 S(O)CH3 +0.82 123 SO2CH3 +1.19
  30. 30. Sulfuros 118 y 121• Valores de ΔG° similares• Me y t-Bu se orientan hacia fuera del anillo

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