ISÓMEROS CONFORMACIONALES

 

 

Las conformaciones diferentes que corresponden a mínimos de energía se llaman isómeros conformacionales o confórmeros. Puesto que los isómeros conformacionales solamente se diferencian entre sí por la orientación espacial de sus átomos, también son estereoisómeros y, como tales, los pares de confórmeros pueden ser o no imágenes especulares entre sí.

El n-butano existe en forma de tres isómeros conformacionales: uno anti y dos oblicuos. Los confórmeros oblicuos, II y III, son imágenes especulares mutuas, por lo que son enantiómeros (conformacionales). Los confórmeros I y II (o I y III) no son imágenes especulares, por lo que son diastereómeros (conformacionales).

Aunque la barrera rotacional para el n-butano es algo mayor que para el etano, aún es suficientemente baja como para que -al menos, a temperaturas ordinarias- la interconversión de confórmeros sea fácil y rápida. Existe un equilibrio que favorece la existencia de mayor cantidad del confórmero anti, más estable; las cantidades de ambos confórmeros oblicuos son, desde luego, iguales, puesto que son imágenes especulares y, por tanto, de estabilidad igual. Expresado de otra manera, toda molécula pasa la mayor parte del tiempo en la conformación anti, y el resto, se encuentra a partes iguales en las dos oblicuas. Como resultado de la rápida interconversión, estos isómeros no son separables.

 La facilidad de interconversión es característica de casi todo conjunto de isómeros conformacionales, propiedad por la cual tales isómeros se diferencian más de la clase de estereoisómeros que hemos estudiado en este capítulo. La diferencia en interconvertibilidad se debe a la diferencia en la altura de la barrera energética que separa los estereoisómeros, que, a su vez, resulta de un origen diferente. Por definición, la interconversión de isómeros conformacionales implica rotación en torno a enlaces simples; la barrera rotacional es muy baja -en la mayoría de los casos-, por lo que la interconversión es fácil y rápida. El otro tipo de estereoisómeros, los isómeros configuracionales o inversionales, difieren entre sí en configuración en torno a un centro quiral. En este caso, la interconversión implica la ruptura de un enlace covalente, para la que existe una barrera muy alta: 50 kcal/mol o más. La interconversión es difícil y despreciablemente lenta, a menos que de forma deliberada se den las condiciones para lograrla.

La interconvertibilidad de estereoisómeros es de importancia práctica considerable, pues limita las posibilidades de su aislamiento. Los estereoisómeros difíciles de interconvertir son separables (desde luego, por métodos especiales, en el caso de la resolución de enantiómeros) y pueden estudiarse de forma individual; entre otras cosas, se puede medir su actividad óptica. Los isómeros fácilmente interconvertibles no son separables y los isómeros individuales aislados no pueden estudiarse: no puede observarse actividad óptica, puesto que todas las moléculas quirales sólo se encuentran como modificaciones racémicas que no pueden resolverse.

En consecuencia, el estudio general de estereoisómeros implica dos etapas; en prímer lugar, ensayamos la superponibilidad de posibles estructuras isómeras, y luego ensayamos su interconvertibilidad. Ambas pruebas resultan mejor con modelos. Construimos modelos de las dos moléculas y, sin permitir rotaciones en torno a enlaces simples, tratamos de superponerlos; si ésto no es posible, representan isómeros. A continuación, permitimos todos los giros posibles de los modelos en torno a enlaces simples y tratamos repetidamente de superponerlos, si esto aún no es posible, no son interconvertibles, por lo que representan isómeros configuracionales, pero si después de las rotaciones son superponibles, son interconvertibles y representan isómeros conformacionales.

Al tratar los aspectos de la estereoquímica que dependen del aislamiento de estereoisómeros –como número de isómeros o actividad óptica, por ejemplo, o el estudio de las reacciones de un solo isómero-, podemos ignorar la existencia de isómeros fácilmente interconvertibles, lo que significa la mayoría de los isómeros conformacionales.

Entre estereoisómeros fácil y dificilmente interconvertibles, no hay límite preciso; aunque podemos asegurar que la interconversión de isómeros configuracionales será fácil, no podemos afirmar lo mismo para los isómeros conformacionales. Según sea la naturaleza y el tamaño de los sustituyentes, la barrera rotacional de enlaces simples puede tener cualquier altura, desde la baja del etano hasta una comparable a la ruptura de un enlace covalente. Existen algunos isómeros conformaclonales que pueden  aislarse,conservarse y estudiarse fácilmente; en efecto, el estudio de tales isómeros ( atropisómeos) es una parte extensa y sumamente importante de la estereoquímica. También existen otros isómeros conformacionales aislables, no a temperaturas ordinarias, sino a temperaturas más bajas, a las cuales la energía media de las colisiones es menor. Sin embargo, los isómeros conformacionales que encontraremos en este libro tienen barreras rotacionales bajas, por lo que podemos suponer que -mientras no tengamos informacion que diga lo contrario- cuando clasificamos estereoisómeros como configuracionales o conformacionales, estamos clasificándolos como fácil o dificilmente interconvertibles.