En estereoquímica , un estereocentro de una molécula es un átomo (centro), eje o plano que es el foco de la estereoisomería ; es decir, cuando se tienen al menos tres grupos diferentes unidos al estereocentro, el intercambio de dos grupos diferentes crea un nuevo estereoisómero . [1] [2] Los estereocentros también se conocen como centros estereogénicos .
Un estereocentro se define geométricamente como un punto (ubicación) en una molécula; un estereocentro suele ser, aunque no siempre, un átomo específico, a menudo carbono. [2] [3] Los estereocentros pueden existir en moléculas quirales o aquirales ; Los estereocentros pueden contener enlaces simples o dobles. [1] El número de estereoisómeros hipotéticos se puede predecir usando 2 n , siendo n el número de estereocentros tetraédricos ; sin embargo, excepciones como los compuestos meso pueden reducir la predicción por debajo del 2 n esperado . [4]
Los centros de quiralidad son un tipo de estereocentro con cuatro grupos sustituyentes diferentes; Los centros quirales son un subconjunto específico de estereocentros porque solo pueden tener hibridación sp 3 , lo que significa que solo pueden tener enlaces simples . [5]
Los estereocentros pueden existir en moléculas quirales o aquirales . Se definen como una ubicación (punto) dentro de una molécula, en lugar de un átomo particular, en el que el intercambio de dos grupos crea un estereoisómero. [3] Un estereocentro puede tener cuatro grupos de apego diferentes o tres grupos de apego diferentes donde un grupo está conectado por un doble enlace. [1] Dado que los estereocentros pueden existir en moléculas aquirales, los estereocentros pueden tener hibridación sp 3 o sp 2 .
Los estereoisómeros son compuestos que son idénticos en composición y conectividad pero que tienen una disposición espacial diferente de los átomos alrededor del átomo central. [6] Una molécula que tiene múltiples estereocentros producirá muchos estereoisómeros posibles. En compuestos cuyo estereoisomerismo se debe a centros estereogénicos tetraédricos (sp 3 ), el número total de estereoisómeros hipotéticamente posibles no excederá 2 n , donde n es el número de estereocentros tetraédricos. Sin embargo, este es un límite superior porque las moléculas con simetría suelen tener menos estereoisómeros.
Los estereoisómeros producidos por la presencia de múltiples estereocentros se pueden definir como enantiómeros (imágenes especulares no superponibles) y diastereómeros (moléculas no superponibles, no idénticas y sin imágenes especulares). [6] Los enantiómeros y diastereómeros se producen debido a diferentes configuraciones estereoquímicas de moléculas que contienen la misma composición y conectividad (enlace); las moléculas deben tener múltiples (dos o más) estereocentros para clasificarse como enantiómeros o diastereómeros. Los enantiómeros y diastereómeros producirán estereoisómeros individuales que contribuirán al número total de estereoisómeros posibles.
Sin embargo, los estereoisómeros producidos también pueden dar un compuesto meso , que es un compuesto aquiral que se puede superponer a su imagen especular; la presencia de un compuesto meso reducirá el número de posibles estereoisómeros. [4] Dado que un compuesto meso es superponible en su imagen especular, los dos "estereoisómeros" son en realidad idénticos. Como resultado, un compuesto meso reducirá el número de estereoisómeros por debajo de la cantidad hipotética de 2 n debido a la simetría. [6]
Además, es posible que determinadas configuraciones no existan por motivos estéricos . Los compuestos cíclicos con centros quirales pueden no exhibir quiralidad debido a la presencia de un eje de rotación doble. La quiralidad plana también puede proporcionar quiralidad sin tener presente un centro quiral real.
La configuración se define como la disposición de los átomos alrededor de un estereocentro. [6] El sistema Cahn-Ingold-Prelog (CIP) utiliza designaciones R y S para definir la configuración de los átomos alrededor de cualquier estereocentro. [7] Una designación de R denota una dirección de prioridad de sustituyente en el sentido de las agujas del reloj alrededor del estereocentro, mientras que una designación de S denota una dirección de prioridad de sustituyente en sentido antihorario. [7]
Un centro quiral (centro quiral) es un tipo de estereocentro. Un centro quiral se define como un átomo que contiene un conjunto de cuatro ligandos diferentes (átomos o grupos de átomos) en una disposición espacial que no se puede superponer en su imagen especular. Los centros de quiralidad deben tener hibridación sp 3 , lo que significa que un centro de quiralidad solo puede tener enlaces simples . [5] En química orgánica , un centro quiral generalmente se refiere a un átomo de carbono , fósforo o azufre , aunque también es posible que otros átomos sean centros quirales, especialmente en áreas de química organometálica e inorgánica .
El concepto de centro quiral generaliza el concepto de átomo de carbono asimétrico (un átomo de carbono unido a cuatro entidades diferentes) a una definición más amplia de cualquier átomo con cuatro grupos de unión diferentes en el que un intercambio de dos grupos de unión cualesquiera da lugar a un enantiómero. . [8]
Un átomo de carbono que está unido a cuatro grupos sustituyentes diferentes se denomina átomo de carbono asimétrico o carbono quiral . Los carbonos quirales son el tipo más común de centro de quiralidad. [6]
La quiralidad no se limita a los átomos de carbono, aunque los átomos de carbono suelen ser centros de quiralidad debido a su ubicuidad en la química orgánica. Los átomos de nitrógeno y fósforo también pueden formar enlaces en configuración tetraédrica. Un nitrógeno en una amina puede ser un estereocentro si los tres grupos unidos son diferentes porque el par de electrones de la amina funciona como un cuarto grupo. [9] Sin embargo, la inversión de nitrógeno , una forma de inversión piramidal , provoca racemización , lo que significa que ambos epímeros de ese nitrógeno están presentes en circunstancias normales. [9] La racemización por inversión de nitrógeno puede ser restringida (como los cationes de amonio cuaternario o fosfonio ) o lenta, lo que permite la existencia de quiralidad. [9]
Los átomos metálicos con geometrías tetraédricas u octaédricas también pueden ser quirales debido a que tienen diferentes ligandos. Para el caso octaédrico, son posibles varias quiralidades. Al tener tres ligandos de dos tipos, los ligandos pueden estar alineados a lo largo del meridiano, dando el isómero mer o formando una cara: el isómero fac . Tener tres ligandos bidentados de un solo tipo da una estructura de tipo hélice, con dos enantiómeros diferentes denominados Λ y Δ.
Como se mencionó anteriormente, el requisito para que un átomo sea un centro quiral es que el átomo debe tener hibridación sp 3 con cuatro uniones diferentes. [5] Debido a esto, todos los centros quirales son estereocentros. Sin embargo, sólo bajo algunas condiciones ocurre lo contrario. Recordemos que un punto puede considerarse un estereocentro con un mínimo de tres puntos de unión; Los estereocentros pueden tener hibridación sp 3 o sp 2 , siempre que el intercambio de dos grupos diferentes cree un nuevo estereoisómero . Esto significa que, aunque todos los centros quirales son estereocentros, no todos los estereocentros son centros quirales.
Los estereocentros son identificadores importantes de moléculas quirales o aquirales. Por regla general, si una molécula no tiene estereocentros, se considera aquiral. Si tiene al menos un estereocentro, la molécula tiene potencial de quiralidad. Sin embargo, existen algunas excepciones, como los compuestos meso que hacen que las moléculas con múltiples estereocentros se consideren aquirales. [6]