Hablemos primero de las conformaciones. Estas, también denominadas conformadores o isómeros conformacionales, son diferentes disposiciones de los átomos que se producen como resultado de la rotación sobre enlaces simples. Por ejemplo, en la siguiente molécula, podemos tener una disposición diferente de los átomos rotando alrededor del enlace σ central:
La mayoría de las veces, estas rotaciones ocurren muy rápido a temperatura ambiente, por eso las conformaciones no se consideran compuestos diferentes. Así que, por ahora, recuerda que sólo porque las estructuras parezcan diferentes no significa que representen compuestos diferentes:
Se convierte en un compuesto diferente cuando los átomos están conectados de forma diferente (isómeros constitucionales) o no es posible interconvertir entre las diferentes disposiciones de los átomos mediante rotaciones alrededor de los enlaces simples. Buenos ejemplos son los isómeros cis y trans, los isómeros e y z, que se consideran diastereómeros – una clase de estereoisómeros. Sí, se vuelve un poco abrumador, pero vamos a tratar con las conformaciones y las proyecciones de Newman por ahora.
Las conformaciones pueden ser mostradas por Bond-line (zig-zag), Sawhorse o proyecciones de Newman:
Hicimos mucha práctica en las estructuras de Bond-line y la conversión entre las estructuras de Lewis y bond-line antes: Estructuras de línea de enlace, Lewis y condensadas con problemas de práctica
Proyecciones de Newman
Dijimos que las conformaciones son diferentes formas de un compuesto que se originan a través de una rotación sobre un único enlace (sigma). A veces se obtiene una mejor perspectiva de esta rotación y de las conformaciones que se forman cuando se mira a través del enlace sigma. Y esto es lo que llamamos una proyección de Newman.
Una proyección de Newman es una representación de la molécula mirando a través de un enlace simple C-C.
Para cada proyección de Newman, es necesario especificar el enlace y la dirección en la que se está mirando. Por ejemplo, para nuestra molécula, podemos mirar a través del enlace C1-C2 (aunque puede ser a través de cualquier enlace).
La dirección se suele mostrar con un símbolo de ojo:
Así que, en esta lata, si estamos mirando desde arriba a la izquierda, y el carbono de delante va a ser el carbono 1 y detrás tenemos el carbono 2. La proyección de Newman correspondiente quedaría así:
El círculo es un objeto imaginario que se pone entre los dos carbonos para que los grupos de cada carbono se identifiquen claramente en la proyección de Newman.
Esto no estaba tan claro, ¿verdad?
¿Cómo aparecieron los grupos donde están en la proyección de Newman?
Bueno, sustituyamos el simple símbolo del ojo por este compañero. Y la razón de esto es que es importante ver qué grupos apuntan hacia dónde, es decir, hacia arriba, hacia abajo, hacia arriba-izquierda, hacia arriba-derecha, etc.
Aquí puedes ver que Cl está en la parte superior derecha (mirando a la mano derecha), H está en la parte superior izquierda (mano izquierda) y metilo está apuntando directamente hacia abajo. Y eso es todo lo que hay en el primer carbono:
En el segundo carbono, tenemos un OH apuntando directamente hacia arriba, un Br en la parte inferior izquierda y un H en la parte inferior derecha. Mucho mejor que el ojo, debe ser.
Una molécula puede tener múltiples proyecciones de Newman
Como se ha mencionado anteriormente, para dibujar una proyección de Newman de una molécula, se debe dar el enlace, y el ángulo del espectador. Dependiendo del ángulo, las proyecciones de Newman de una determinada molécula pueden tener un aspecto completamente diferente. Por ejemplo, si miráramos a través del enlace C1-C2 de la molécula anterior, desde la parte inferior izquierda, esto es lo que obtendríamos:
Estas dos proyecciones de Newman representan el mismo compuesto, lo que podemos confirmar volteando una de ellas 180o a través de un eje:
Nota también, que el patrón de la plantilla para las dos proyecciones de Newman es diferente. En la primera, el carbono frontal, tiene la forma de «Y», mientras que en la segunda, es una «Y» al revés. O también podemos llamarlas de adelante hacia arriba, de atrás hacia abajo y de adelante hacia abajo hacia atrás.
Esto depende simplemente del patrón en zig-zag y si visualizas la colocación de un modelo con los brazos abiertos en lugar de un simple ojo, te será mucho más fácil conseguir el patrón correcto.
Así, una cosa para recordar aquí es que no hay ninguna correlación en cuanto a un grupo de cuña en el zig-zag es siempre a la derecha, o un grupo de guiones es a la izquierda, etc. Y este es un patrón de confusión común cuando usted está aprendiendo la proyección de Newman.
Piensa en ello como esto – Sólo porque la cola del perro está a la derecha, no significa que es siempre una declaración correcta. Depende de la dirección en la que se mire al perro:
La práctica es la única forma de evitar este y la mayoría de los conceptos de la química orgánica. Simplemente coge un papel y dibuja lo que puedas, no pienses demasiado sin dibujar nada. Si algo está mal, puedes arreglarlo, pero si no dibujas nada, no sabrás qué es lo que tienes que trabajar.
Conformaciones escalonadas y eclipsadas – Ángulo diedro
Tomemos nuestra molécula y hagamos una rotación de 180o del primer carbono alrededor del enlace C1-C2:
Y ahora, dibujemos la proyección de Newman todavía mirando desde la parte superior izquierda:
Lo que notamos es que todos los grupos del carbono posterior están exactamente detrás de los del carbono anterior. Están todos alineados. Esto se llama la conformación Eclipsada (eclipse lunar).
En otras palabras, el ángulo entre cada grupo eclipsado es 0o. El ángulo entre estos grupos se llama ángulo diedro.
Nota que el ángulo diedro en todas las proyecciones de Newman que hicimos antes era de 60o. Estaba bisecando los grupos de cada carbono. Todas estas conformaciones eran conformaciones escalonadas – el ángulo diedro entre todos los grupos anteriores y posteriores es de 60o:
Las conformaciones escalonadas son más estables que las conformaciones eclipsadas ya que a los átomos les gusta el espacio y cuanto más se acercan, más inestable se vuelve la conformación.
Dependiendo del ángulo diedro entre los dos grupos mayores, la conformación escalonada puede ser Anti (180o) o Gauche (60o).
Un buen ejemplo es el butano:
Abajo está el diagrama de energía de todas las conformaciones escalonadas y eclipsadas del butano. Para entender cómo se produce la transformación de una conformación a otra, imagina que mantienes fijo el carbono anterior y rotas 60o el carbono posterior. Por supuesto, en la realidad, ambos rotan y sólo lo hacemos para que sea más fácil de visualizar. También podrías mantener fijo el carbono posterior y rotar el carbono anterior:
Cuanto más cerca pongas los grupos metilo grandes, más inestable será la conformación. O, lo que es lo mismo decir, cuanto mayor es la distancia entre los grupos grandes, más estable es la conformación.
También, cuanto más grandes son los grupos, más inestables son las conformaciones eclipsada y gauche.
Nota que cualquier conformación escalonada es más estable que la conformación eclipsada más estable y las conformaciones gauche son menos estables que las conformaciones anti.
Puedes leer más sobre las energías asociadas a las diferentes conformaciones descritas como tensión torsional y estérica en el siguiente post.