4.6 : Moléculas con múltiples centros quirales

Las moléculas que poseen múltiples centros quirales pueden producir una gran cantidad de estereoisómeros. Por ejemplo, mientras que algunas moléculas como el 2-butanol tienen un centro quiral, definido como un átomo de carbono tetraédrico con cuatro sustituyentes diferentes unidos, varias moléculas como el butano-2,3-diol tienen múltiples centros quirales. Una fórmula sencilla para predecir el número de estereoisómeros posibles para una molécula con n centros quirales es 2ⁿ. Sin embargo, puede haber un número menor cuando algunos de los estereoisómeros son imágenes especulares superponibles entre sí y, en consecuencia, representan la misma molécula. Por ejemplo, el butano-2,3-diol con sus dos centros quirales puede tener 2², es decir, cuatro configuraciones posibles. Si bien RR y SS son imágenes especulares entre sí, no son superponibles y, por lo tanto, son quirales. Sin embargo, RS y SR también son imágenes especulares entre sí, pero son superponibles y son la misma molécula. Por lo tanto, el butano-2,3-diol tiene sólo tres estereoisómeros distintos de los cuatro potenciales.

En este contexto, la comprensión de un centro quiral frente a una molécula quiral es vital. Esto depende fundamentalmente de la simetría molecular, ya sea un plano o centro de simetría o un eje de simetría rotacional inadecuado. Las moléculas con un plano de simetría o un centro de simetría poseen imágenes especulares superponibles y, por tanto, son aquirales. Sin embargo, cuando ambos están ausentes, la molécula sigue siendo aquiral si la rotación del objeto alrededor de un eje crea una imagen especular de la molécula en un plano perpendicular al eje. Un eje de este tipo se conoce como eje de rotación impropio.

Un solo centro quiral excluye la posibilidad de cualquier simetría en la molécula y, por lo tanto, las moléculas con un solo centro quiral siempre son quirales. Sólo se puede afirmar la quiralidad de una molécula con múltiples centros quirales después de evaluar la simetría de la estructura molecular. Las moléculas con múltiples centros quirales y una configuración aquiral se denominan mesocompuestos. Un ejemplo famoso es el ácido mesotartárico que se muestra en la Figura 1 (c).

Figura 1: Estructuras esqueléticas de proyección de Fischer de los enantiómeros del ácido tartárico: (a) ácido ʟ-tartárico, (b) ácido ᴅ-tartárico y (c) ácido mesotartárico