UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERAFACULTAD DE INGENIERA QUMICA Y TEXTIL REA ACADMICA DE INGENIERA QUMICA

INFORME N05ANLISIS CONFORMACIONAL Y CONFIGURACIONALQU-325 ARealizado por: Capillo Muoz, Carlos Jess Ricardo Nez Diestra, Ader Fiorane Quispe Guzmn, Jorge Willianders NOTA DE PRCTICAProfesores encargados de la prctica: Ing. Emilia Hermoza GuerraPerodo acadmico: 2012-IFecha de realizacin de prctica: 24 de abrilFecha de presentacin de informe: 02 de mayoLIMA-PERANLISIS CONFIGURACIONAL Y CONFORMACIONAL1. Objetivo general:El objetivo general de la quinta prctica de laboratorio es afianzar los conocimientos obtenidos en las clases de teora de Qumica Orgnica, utilizando como material de apoyo piezas con las cuales podemos armar molculas y analizar de forma fctica los factores que intervienen en la estabilidad de una molcula (tensin angular, tensin torsional y tensin de Van de Waals), as como los diferentes fenmenos que ocurren debido a la libre rotacin de tomos (conformaciones) y orientaciones en el espacio (configuraciones).2. Desarrollo del tema:En la prctica de laboratorio utilizamos el siguiente material didctico:

El cual nos permiti moldear todas las estructuras mencionadas en este informe, debido a la cantidad limitada de figuras y colores, cada unidad de este kit representar un tomo o un ligando segn sea el caso.

Haciendo las primeras molculasLa primera molcula realizada por nuestro grupo de trabajo es n-butano y la representacin espacial es la siguiente:

Leyenda:tomo de carbonotomo de hidrgeno Fig. 1 Molcula de n-butano

La molcula est representada y est siendo vista de tal forma que nos permita tener una idea general de la disposicin espacial de sus enlaces, la representacin Newman, que se da a lo largo del C2-C3 y nos permite analizar con facilidad los factores que determinan la estabilidad y niveles de energa relativas a las conformaciones.Proyecciones principales de Newman para el n-butano:

Fig.2 Conformacin: Totalmente Eclipsada

Fig.3 Conformacin: Anti

Fig.4 Conformacin: GaucheAnlisis de estabilidad para el n-butano:Para la Fig.2 observamos que hay una fuerte interaccin entre todos los enlaces pertenecientes al carbono-2 con el carbono-3, es decir, se produce una tensin torsional la cual conlleva al aumento de la energa de la molcula y disminuyendo su estabilidad. Para cuantificar las diferencias de energa entre las conformaciones usaremos los costos energticos relativos a las posiciones que tienen los sustituyentes:Tipo de interaccinEnerga H (kcal/mol)

Tensin estrica H-H (Gauche)0

Tensin estrica CH3-CH3 (Gauche)0.9

Tensin torsional H-H (Eclipsado)0.9

Tensin estrica y torsional CH3-H (Eclipsado)1.25

Tensin estrica y torsional CH3-CH3 (Eclipsado)3.4

Tabla 1Con estos valores podemos estimar la energa de cada conformacin:Conf. Anti: 3 x (0) = 0Conf. Gauche: 1 x (0.9) + 2 x (0) = 0.9kcal/molConf. Eclipsada: 2x(1.25)+0.9=3.4kcal/molConf. Totalmente Eclipsada: 1x(3.4)+2x(0.9)=5.2kcal/molConclusiones: La conformacin ms estable para el n-butano es la configuracin anti. La conformacin menos estable para el n-butano es la configuracin totalmente eclipsada.Grfica:

Molcula de isopentano.Representacin de la molcula con el material de apoyo:

Leyenda:tomo de carbonotomo de hidrgenoGrupo metilo (CH3-) Fig.5 Molcula de isopentanoProyecciones principales de Newman para el isopentano:

Fig.6 Conformacin: Anti

Fig. 7 Conformacin Eclipsada

Fig.8 Conformacin GaucheAnlisis de estabilidad para el isopentano:Las configuraciones se obtuvieron manteniendo la parte observable frontalmente de la proyeccin Newman fija y girando el carbono de la parte posterior 60 cada vez. Utilizaremos los valores de la tabla 1 para cuantificar la energa del isopentano.

De la imagen superior, vemos que al rotar la parte posterior, las conformaciones principales se repiten. De esta forma analizaremos slo una de ellas. Rep. 1 y 5E=0.9 kcal/mol Rep. 3E=0.9*2+2*0=1.8 kcal/mol Rep. 2 y 4E=3.4+1.25+0.9=5.55 kcal/mol Rep. 6E=3*1.25=3.75 kcal/molConclusiones: La conformacin ms estable (menor energa) es la conformacin anti y en una vuelta completa (360), aparece 2 veces. La conformacin menos estable (mayor energa) es la conformacin eclipsada y en una vuelta completa (360), aparece 2 veces. En el supuesto de poder congelar la molcula, observaramos que la mayora de molculas se encontraran en la conformacin anti, pues es la ms estable y recordemos que la materia siempre busca la estabilidad.

Molcula del 1,2-etanodiolRepresentacin de la molcula con el material de apoyo:

Leyenda:tomo de carbonotomo de hidrgenotomo de oxgeno Fig.9 Molcula del 1,2-etanodiolEsta molcula se merece una anlisis especial pues contiene un tomos de oxgeno unidos a hidrgenos, lo cual genera que a nivel molecular existan los interacciones Puente hidrgeno que es una fuerza intermolecular muy intensa que estabiliza a la molcula en una conformacin en especial y, dependiendo del medio en el que se encuentre, podra estabilizar otras conformaciones.Proyecciones principales de Newman para el 1,2-etanodiol: Fig.10 Conformacin Totalmente Eclipsada

Fig.11 Conformacin Gauche

Fig.12 Conformacin Anti

Fig.13 Conformacin EclipsadaAnlisis de estabilidad para el 1,2-etanodiol en forma aislada:

OBS: El prefijo anti- se emplea cuando los enlaces de los grupos ms voluminosos forman ngulos obtusos. El prefijo sin- se emplea cuando los enlaces de los grupos ms voluminosos forman ngulos agudos. El sufijo periplanar se emplea cuando los enlaces de los grupos ms voluminosos se encuentran en un mismo plano. El sufijo clinal se emplea cuando los enlaces de los grupos ms voluminosos se encuentran en diferentes planos.Analicemos primero las molculas eclipsadas:

-En esta disposicin espacial, la tensin torsional es mxima, pues los radicales oxidrilos que son muy voluminosos se encuentran en contacto directo.

+Adems la molcula tiene un momento dipolar mximo y existe tensin de Van der Waals del tipo Puente hidrgeno, lo cual ayuda a estabilizar la molcula, pero no lo suficiente como para compensar al 100% las otras tensiones: Esta conformacin posee alta energa.

+-En esta disposicin espacial, la tensin torsional es menor a la anterior, pues ahora interacta un radical oxidrilo (voluminoso) y un hidrgeno (pequeo), esta molcula tambin posee momento dipolar, pero de menor intensidad, debido al ngulo diedro entre los electrones desapareados del oxgeno; adems, la molcula presenta posibilidad favorable para el puente de hidrgeno, que es estabilizador: Esta conformacin posee alta energa pero menor que la anterior.Analizando las formas alternadas:

-+En esta conformacin la tensin torsional es intermedia, pues los oxidrilos se encuentran alternados, esta molcula presenta momento dipolar ms fuerte que la anterior, pues el ngulo diedro es 60 y la disposicin del hidrgeno con los electrones desapareados del oxgeno es perfecta para la generacin del puente hidrgeno, minimizando las tensiones antes generadas: Esta conformacin posee energa mnima.En esta conformacin la tensin torsional es mnima, pues no hay eclipsamiento en ninguno de los enlaces, el momento dipolar es nulo pues los oxgenos estn simtricamente opuestos; y an ms importante, su disposicin es ineficaz para formar enlace puente hidrgeno, como sabemos el enlace puente hidrgeno es el ms intenso en cuanto a fuerza de enlace intermolecular y en esta conformacin al no poseerla la deja menos estable que la conformacin anterior: Esta conformacin posee baja energa, pero es mayor a la energa en la forma Gauche.En forma grfica:

Anlisis de estabilidad para el 1,2-etanodiol en un solvente apolar a baja concentracin:Los cambios en esta situacin son mnimos pues en la mayora de conformaciones existe momento dipolar el cual no es afectado por un medio apolar, adems la baja concentracin del 1,2-etanodiol no permite una interaccin entre las mismas molculas y si las hay, seran despreciables; al estar las molculas de 1,2-etanodiol separadas por efecto del volumen de molculas apolares en el disolvente, con las que interactuar mnimamente, su comportamiento conformacional es anlogo al de una molcula en el vaco.Ver grfica adjuntadaAnlisis de estabilidad para el 1,2-etanodiol en un solvente apolar a alta concentracin:Si la concentracin del 1,2-etanodiol es elevada, que significa que existen gran cantidad de molculas en un volumen reducido, sus molculas interactan unas con otras; por este motivo es que se forman puentes de hidrgeno intermoleculares, hasta cuatro por molcula, uno por cada orbital sp3 no compartido de los oxgenos, en contraposicin al nico puente hidrgeno que se forma en el interior de la molcula. Al igual que en los anlisis anteriores, el puente hidrgeno favorece la estabilidad de la molcula, por lo tanto se buscar la conformacin que permita la mayor cantidad de puentes de hidrgeno, la conformacin gauche produce puentes de hidrgeno, 1 intramolecular y 4 intermoleculares, pero debido al acoplamiento O:::H, el tamao aumenta y las fuerzas de repulsin se incrementan de forma muy elevada, lo que produce que la conformacin gauche se convierta en la conformacin anti debido a la repulsin de los pares de electrones libres del oxgeno: Al aumentar la concentracin, las molculas en conformacin anti son las dominantes debido al carcter estabilizador del puente hidrgeno.

Fig.14 Representacin de los P.H. en la conformacin Anti

Anlisis de estabilidad para el 1,2-etanodiol en agua en baja concentracin:Si bien la baja concentracin hace poco posible que las molculas de 1,2-etanodiol interaccionen entre s, las molculas de agua formaran enlaces intermoleculares del tipo puente hidrgeno con los grupos OH del 1,2-etanodiol y, en realidad, se encontrarn en una situacin muy semejante a la anterior. Por tanto, la presencia del agua induce la formacin de enlaces puente hidrgeno para nuestra molcula y como en el anlisis anterior, la molcula adoptar la conformacin anti para maximizar el nmero de enlaces con el H2O del medio: El perfil de energa ser anlogo al ejemplo anterior.Anlisis configuracional:En esta parte del desarrollo del tema procederemos a realizar los modelos moleculares del cis-1,2-dimetilciclohexano y del trans-1,3-dimetilciclohexano.Molcula trans-1,3-dimetilciclohexano:

Leyenda:tomo de carbonotomo de hidrgenoGrupo metilo (CH3-)

Para esta configuracin no existen diferencias energticas en las dos posiciones que podra tomar en su forma trans, pues por simple rotacin se convierte una en la otra; algo muy distinto pasa si analizamos su forma cis:

De la figura se observa que el equilibrio se desplaza hacia la derecha es su forma ms estable, y esto es debido a que en la configuracin de la izquierda se producen interacciones diaxiales entre los grupos metil y los hidrgenos axiales, en cambio en la configuracin de la derecha no se produce dicha interaccin. Molcula del cis-1,2-dimetilciclohexano:

Para esta configuracin no existen diferencias energticas en las dos posiciones que podra tomar en su forma cis, pues por simple rotacin se convierte una en la otra; algo muy distinto pasa si analizamos su forma trans:

De la figura se observa que el equilibrio se desplaza hacia la derecha es su forma ms estable, y esto es debido a que en la configuracin de la izquierda se producen interacciones diaxiales entre los grupos metil y los hidrgenos axiales, en cambio en la configuracin de la derecha no se produce dicha interaccin. construir usando los modelos moleculares, las siguientes molculas y asignar la especificacin R/S a cada uno de los centros quiriales.

312312231ESPECIFICACIN RESPECIFICACIN SESPECIFICACIN S

Leyenda:Grupo metilo (CH3-)tomo de carbonotomo de hidrgenotomo de Bromo

(R)-2-clorobutano(S)-2-bromopentano(2S,3S)-2,3-dibromobutano(2R,3S)-2,3-dibromobutano(2S,3S)-2,3-dibromopentano Representar usando los modelos moleculares, en la conformacin ms estable(si es posible) las siguientes molculas:

Leyenda:Grupo metilo (CH3-)tomo de carbonotomo de hidrgenotomo de Bromo

Bibliografa: http://mazinger.sisib.uchile.cl/repositorio/ap/ciencias_quimicas_y_farmaceuticas/apquim-org1b/c26.html http://www.acdlabs.com/download/