32. ISOMERIA OPTICA

La luz polarizada en el plano (luz que vibra en un solo plano) cambia su plano de polarización al atravesar una sustancia quiral. El enantiómero que rota el plano de la luz polarizada en el sentido del reloj (a derechas) es dextrorrotatorio; el enantiómero que provoca rotación a izquierdas es levorrotatorio. Los símbolos (+) y (‑) designan la rotación a derechas e izquierdas respectiva­mente. A causa de esta actividad óptica, los enantiómeros se llaman isómeros ópticos. La forma racémica (±) es ópticamente inactiva, ya que no rota el plano de polarización de la luz.

La rotación específica es una propiedad física inherente a un enantiómero, que, sin embargo, varía con el disolvente utilizado, la temperatura (T en °C) y la longitud de onda de la luz usada . Se define como la rotación observada por unidad de longitud recorrida por la luz y por unidad de concentración (en el caso de una disolución) o densidad (en líquidos puros) del enantió­mero; así:

donde:                    = rotación observada, en grados

                           = longitud recorrida, en decímetros (dm)

                           c  = concentración o densidad, en g/mL = kg/dm3

y donde, por convenio, las unidades grad ‑ dm2/kg que corresponden a se abrevian a grados (°).

Problema 5.3. Se disuelve una muestra de 1,5 g de un enantiómero en etanol, hasta obtener 50 mL de disolución. Determine la rotación específica a 20 °C con luz de sodio (, = 589,3 nm, la línea D) si la disolución presenta una rotación observada de + 2,79°, en un tubo de polarímetro de 10 cm.

Hagamos primero la conversión a las unidades adecuadas: 10 cm = 1 dm y 1,5 g/50 mL = 0,03 g/mL. La rotación específica es, por tanto,

Problema 5.4. Calcule la rotación observada en el Problema 5.3 si: (a) la medida se efectúa en un tubo de 5 cm, (b) la disolución se diluye de 50 a 150 mL y la determinación se realiza en un tubo de 10 cm.

Problema 5.5.< ¿Cómo podría comprobarse que una dextrorrotación observada de +60° no es realmente una levorrotación de ‑ 300°.

Al dividir por dos la concentración o la longitud del tubo, podríamos reducir a la mitad el número de moléculas ópticamente activas. La medida efectuada en estas condiciones daría un valor de + 30° si la sustancia es dextrorrotatoria y de ‑150° si es levorrotatoria.

Muchas moléculas orgánicas quirales tienen al menos un átomo de carbono unido a cuatro átomos o grupos diferentes, que llamaremos ligandos. Un átomo de carbono de este tipo se denomina centro quiral y se representa por C*. Un centro quiral es un caso de estereocentro, definido como un átomo en el que un intercambio de dos ligandos origina un estereoisómero diferente. En el caso de un centro quiral el nuevo estereoisómero es el enantiómero opuesto. Los enantiómeros pueden representarse mediante fórmulas de proyección planas, como se indica para el ácido láctico, H3CCH(OH)COOH, en la Figura 5.2 (véase también la Fig. 1.2). En la proyección de Fischer [Fig. 5.2(c)], el C quiral se encuentra en la intersección; los grupos horizontales se proyec­tan hacia el observador; los grupos verticales se alejan del observador.

Problema 5.6. Represente las proyecciones de (a) Newman, y (b) Fischer para los enantiómeros de CH3CHIC2H5.

Véase la Figura 5.3.

Problema 5.7. Determinesi la configuración del enantiómero situado a la izquierda en la Figura 5.3(b) cambiaría al efectuar una rotación en el plano del papel de: (i) 90°, y (ii) 180°.

Las rotaciones de 90° y 180° dan lugar a las siguientes proyecciones de Fischer:

La mejor manera de saber si la configuración ha cambiado es ver cuántos intercambios de grupo han dehacerse para conseguir pasar de la proyección de Fischer original a la nueva. Un número par de intercambios deja la configuración inalterada, mientras que un número impar de intercambios da origen a una configuraciónopuesta. Compruebe que para lograr(¡) son necesarios tres intercambios, mientras que para llegar a  (¡¡) seprecisan dos intercambios.

Problema 5.8. Escriba las fórmulas estructurales de los monocloroisopentanos, y señale con un asterisco los carbonos quirales, indicando los cuatro grupos diferentes en torno al C*.

Para identificar la quiralidad, han de observarse los grupos completos, por ejemplo, CH3CH2, unidos al C*, no sólo el primer átomo directamente unido a él.