c 1 wiązanie wychodzi do przodu, przed kartk c ( linia pogrubiona...

1

C C1 wiązanie wychodzi do tyłu, za kartkę( linia przerywana )

Jak przedstawiamy cząsteczkę z węglem tetraedrycznym:

Stereochemia

C 2 wiązania leżą w płaszczyźnie kartki( linia prosta )

C

C C1 wiązanie wychodzi do przodu, przed kartkę( linia pogrubiona )

2

W przeciwieństwie do cząsteczek CH3X i CH2XY, cząsteczka CHXYZ nie jest identyczna ze swoim odbiciem lustrzanym.

Nie da się nałożyć modelu cząsteczki na model jej odbicia w lustrze.

To są dwie różne cząsteczki:

C CYZ

H

ZY

XX

H

H

X XY

Z

H

ZY CC

3

Cząsteczka, która nie jest identyczna ze swoim odbiciem lustrzanym, stanowi specjalny rodzaj stereoizomeru, zwanego enancjomerem ( od greckiego enantio – „przeciwny”).

Cząsteczki, które nie są identyczne ze swoimi odbiciami lustrzanymi i w związku z tym istnieją w dwóch formach enancjomerycznych, nazywane są chiralnymi.

( od greckiego cheir – ręka).

Nie można nałożyć cząsteczki chiralnej i jej odbicia lustrzanego (enancjomeru) w taki sposób, by wszystkie atomy się pokrywały.

Cząsteczka nie może być chiralna, jeśli ma płaszczyznę symetrii.

Mówimy, że taka cząsteczka jest achiralna (niechiralna).

4

Najczęstszą (chociaż nie jedyną) przyczyną chiralności cząsteczek organicznych jest obecność w nich atomu węgla związanego z czterema różnymi podstawnikami.

Takie atomy węgla nazywane są centrami asymetrii (równieżasymetryczny atom węgla). Zaznaczamy je „gwiazdką” *

Centrum stereogeniczne - miejsce w cząsteczce (niekoniecznie atom), przy którym zamiana miejscami dwóch podstawników prowadzi do powstania stereoizomeru (R,S i E,Z)

5

CH3

CH2

CH2CH2

CH2

CH2

CH3 H

65 4 3

21

12 34 5 6

CCH3

HCH2CH2CH2 CH2CH2 CH24

CH3

6

xx

CH3CH3

CH3CH3

CH3CH3

CH3

CH3

CH3

CH3

CH3

CH3

CH3

CH3

x

7

Pamiętaj : atomy węgla grup -CH2 -, -CH3, C=C i C≡Cnie mogą być centrami chiralności.

8

α

rurka pomiarowa analizatorpolaryzatorźródło światła

obserwator

Oprócz określenia wielkości kąta skręcenia α, oznacza sięrównież jego kierunek.

Z punktu widzenia obserwatora pewne związki optycznie czynne skręcają płaszczyznę polaryzacji w prawo (zgodnie z ruchem wskazówek zegara) i nazywane są prawoskrętnymi –jak na rysunku.

Inne skręcają w lewo (przeciwnie do ruchu wskazówek zegara) i nazywane są lewoskrętnymi.

9

Zgodnie z konwencją skręceniew prawo oznaczamy znakiem plus ( + ) / dawniej d /, a skręcenie w lewo znakiem minus ( - ) / dawniej l /.

10

Skręcalność właściwa

αt

λ=

c lα

gdzie: α = zmierzony kąt skręceniac = stężenie roztworu ( g/cm3)

lub gęstość ( g/cm3)l = długość drogi optycznej (dm)

długość rurki polarymetrycznejt = temperaturaλ = długość światła

11

Konfiguracja absolutna R, S

Aby określić dokładnie budowę przestrzenną cząsteczki przyjęto pewną konwencję.

Określamy ważność wszystkich 4 podstawników zgodnie z regułami pierwszeństwa CIP = Cahna-Ingolda-Preloga.

Cząsteczkę ustawiamy tak

aby 4, najmniej ważny podstawnik był skierowany do tyłu.

C C4 4

12

C C12

3

4 1 2

3

4

Rectus (łac.)– prawy (uczciwy)

R S

Sinister (łac.)– „lewy”

13

Reguły Cahna – Ingolda – Preloga CIP

Reguła pierwszeństwa 1.

Ustaw atomy bezpośrednio przyłączone do węgla w kolejności ich liczb atomowych.

Np.:

x16781735

I > Br > Cl > S > P > F > O > N > C > H > para elektronowa16 91553

14

CCl

OHCH3H

CCH2CH3

SHINH2

16781735I > Br > Cl > S > P > F > O > N > C > H

16 91553

1 Cl2 OH3 CH34 H

1 I2 SH3 NH24 CH2CH3

15


Jeżeli atomy bezpośrednio przyłączone do węgla nie różnią się liczbą atomową, należy rozważyć drugie, trzecie,..., kolejne atomy, aż do momentu, kiedy napotka się różnicę.

-CH3 -CH2CH3

-CH2CH2CH3

-CH2CH2OH

C HH

HC CH H

HHH

C CH

HC

H HH

HHC CH H

HHO H

mniej ważny ważniejszy


16

CH2CH2CH2Br CH2CH2OH

CHNH2

CH3CHCH2ClCH3

C CH

HC

H HBr

HHC CH H

HHO HC C

H

HC

H HBr

HHC CH H

HHO H



C CH

ClH

H

CH3

CH

CH3

NH2

17


Atomy przyłączone wiązaniami wielokrotnymi sąrównoważne z odpowiednią liczbą atomów przyłączonych wiązaniami pojedynczymi.

jest równoważne CH

OO

CC OH

x

CH

CC

HC

HCH

CH2

C CC

C

C

CHC C H

CN

NN C

CC N

CH

OO

CH

CC

C CC

C

CN

NN

18

CH COOH

CH3

HO1 2

3

4

HO

CH3

COOHHC

-CH3-COOH-H-OH

3241

4 podstawnik skierowany do nas

CH3CHCOOHOH

kwas mlekowy – kwas 2-hydroksypropanowy

19

CH COOH

CH3

HO1 2

3

4

1. Obrót wokół wiązaniaCo zrobić aby 4 (najmniej ważny podstawnik) znalazł się z tyłu?

3

RCH COOH

CH3

HO

3

HOOCC4

3

21

CH3

HOH

20

CH COOH

CH3

HO1 2

3

4

2. Dwukrotna zamiana miejscami dwóch podstawników

CH COOH

CH3

HO1 2

3

4

CHCOOH

CH3

HO1

2

3

4

HOOCC4

3

21

CH3

HOH

R

CH COOH

CH3

HO1 2

3

4

CHCOOH

CH3

HO1

2

3

4 C4

3

2

1CH3

HHO

COOHR

21

C C

Inne sposoby przedstawiania cząsteczki w przestrzeni.

obserwator

skierowane do nas

skierowane do tyłuod nas

C

22

CCOOH

HO HCH3

CCH3

HHO

COOH

Inne sposoby przedstawiania cząsteczki w przestrzeni.

obserwator

HO- i H- skierowane do nas

-COOH i –CH3skierowane do tyłu

(od nas)

HO

COOH

HO H

CH3

CCOOH

H

CH3

Projekcja Fischera

23

Projekcja Fischera

Tetraedryczny atom węgla jest przedstawiany w projekcji Fischera przez dwie prostopadłe przecinające się linie.

Linie poziome przedstawiają wiązania wystające przed płaszczyznę kartki,

a linie pionowe przedstawiają wiązania idące do tyłu , w głąb kartki.

Najdłuższy łańcuch węglowy powinien być umieszczony na linii pionowej.

Węgiel numerowany 1 w nazwie wg systematyki IUPAC

powinien być na górze.

24

Projekcja Fischera

COOH

OH

CH3

H

COOH

H

CH3

HO

CH3CH(OH)COOH123

COOH

CH3

COOH

CH3

25

Dozwolone są tylko dwa rodzaje przekształceń:

1. Projekcję Fischera można obrócić w płaszczyźnie o 180o:

COOH

H

CH3

HOHHO CCOOH

CH3

CH3

OH

COOH

H H CCOOH

CH3

OH

2. Dozwolona jest dwukrotna zamiana podstawników miejscami:

COOH

H

CH3

HO

COOH

CH3

H

HO

OH

CH3

H

HOOC

1

2 3

4

S4 podstawnik skierowany do tyłu

26

Przypisywanie konfiguracji R, S projekcjom Fischera:

1. Ustal kolejność ważności podstawników:

COOH

H

CH3

HO1

2

3

4

COOH

H

CH3

HO1

2

3

4

Ponieważ 4 podstawnik jest na linii poziomej, czyli jest skierowany do nas, rzeczywista konfiguracja jest przeciwna:

S

27

COOH

H

CH3

HO1

2

3

4

Drugi sposób:

Za pomocą dozwolonych przekształceń ustaw grupę najmniej ważną (4), jako dolną grupę w projekcji Fischera (skierowaną do tyłu)

S

COOH

CH3

H

HO

OH

CH3

H

HOOC1

2 34

COOH

H

CH3

HO

28

Konfiguracja względna D i L

CH2CHCHOOH OH

aldehyd glicerynowy 2,3-dihydroksypropanal2 enancjomery (+) d i (-) l

CHOOH

CH2OHH

CHOH

CH2OHHO

(+) (-) d l

D-glicerynowy L-glicerynowy

29

COOH

CH2OHNH2H

COOHH2N H

CH3

C

CH2OHOHHO

CH2OHC

HO HCH2OH

OCH2OH

D-erytruloza

L-alanina D-seryna

L-erytruloza

30

Ważne:

To, że dany związek ma konfigurację R czy D nie oznacza, że znak skręcalności będzie (+).

Znak skręcalności (+) lub (-) nie jest powiązany z oznaczeniem

R, S, D czy L.

31

L-alanina jest prawoskrętna (+)

Prawidłowe zapis: kwas (S)-(+)-2-aminopropanowy

L-alanina

COOHH2N H

CH3

COOH

NH2CH3 H

C CHCH3

NH2

COOH

S - alanina

1

2

3

4

32

aldehyd L-glicerynowy jest lewoskrętny (-)kwas L-glicerynowy jest prawoskrętny (+)

Prawidłowe pełne zapisy:

(S)-(-) –2,3-dihydroksypropanal

i kwas (S) – (+) – 2,3-dihydroksypropanowy

CHOH

CH2OHHO

COOHH

CH2OHHO

(-) (+)L LS S

33

Cząsteczki optycznie czynne nie posiadające tetraedrycznego węgla.

321

allen

C C CHH

HH

sp2sp

sp2

C CC w płaszczyźnie kartki

skierowane do nas

skierowane do tyłu

34


321

allen

C C CXH

HY

C CCXH

HY

sp2spsp2

cząsteczka optycznie czynnabrak płaszczyzny symetrii

H

XC CC

H

Y

35


C C CCH3

HHCH3

1,3-dimetyloallen

C C CXH

HX

C C CXH

HY

C C CXH

ZY

C C CXT

ZY

36

C C CCH3

CH3

HCH3

1,1,3-trimetyloallen

C CCCH3CH3

HCH3

płaszczyzna symetrii

cząsteczka nie jest optycznie czynnajest achiralna

37

Inne chiralne cząsteczki:

38

Cząsteczki z większą liczbą centrów stereogenicznych

Cząsteczka z n centrami stereogenicznymi ma najwyżej 2n stereoizomerów

H3C

H3C

H3C

HHO H H

HCH3

CH3

Cholesterol ma 8 centrów chiralności Teoretycznie możliwych jest28 = 256 stereoizomerów.Tylko jeden występuje w przyrodzie.

H3C

H3C

H3C

HHO H H

HCH3

CH3

HO

H

H

H

39

Diastereoizomery

Diastereoizomery są stereoizomerami, które nie są wzajemnymi odbiciami lustrzanymi.

Diastereoizomerami są np.: izomery geometryczne cis-trans czy E – Z.

Diasteroizomerami są również izomery optyczne różniące siękonfiguracją na niektórych centrach stereogenicznych.

Jeżeli różnią się konfiguracją na wszystkich centrach są wówczas enancjomerami.

40

COOHNH2HOH

CH3

H

COOHNH2HH

CH3

HO

COOHHH2NH

CH3

HO

COOHHH2NOH

CH3

H

enancjomery enancjomery

I II III IV

2R,3R 2S,3S 2R,3S 2S,3R

I i III, I i IV, II i III oraz II i IV są diastereoizomerami.

Spośród czterech stereoizomerów treoniny, tylko izomer 2S,3R (IV) występuje naturalnie w organizmach

roślin i zwierząt.

treonina CH3CH(OH)CH(NH2)COOH

22 = 4 stereoizomery

41

Związki mezo

COOHCH(OH)CH(OH)COOH

kwas winowy

22 = 4

COOHOHHH

COOHHO

COOHHHOOH

COOHH

COOHOHHOH

COOHH

COOHHHOH

COOHHO

IVIIIIII

2S,3R2R,3S2S,3S2R,3Renancjomery związek mezo

płaszczyznasymetrii

Związki, które są achiralne, ale zawierają centra chiralności, nazywane są związkami mezo.

Tak więc kwas winowy istnieje w trzech formach izomerycznych: dwie enancjomeryczne i jedna mezo.

42

COOHOHHOH

COOHH

COOHHHOOH

COOHH

COOHOHHH

COOHHO

2R , 3R 2S , 3S 2R , 3Skwas L-winowy D-winowy mezo-winowy

43

Mieszanina racemiczna –równomolowa mieszanina dwóch enancjomerów (racemat).

Oznaczamy ją symbolem ( ± ) lub dawniej dl.Mieszaniny racemiczne mają zawsze sumaryczną skręcalność

równą 0.Nierównomolowe mieszaniny enancjomerów wykazują

wypadkową skręcalność:Jeżeli jeden z enancjomerów ma np. skręcalność właściwą

[α] = - 50o to jego enancjomer będzie miał skręcalność właściwą[α] = + 50o .Mieszanina 60% (-) i 40% (+) będzie wykazywała skręcalnośćwłaściwą:

0,6 (-50) + 0,4(+50) = -30 + 20 = -10o

44

Nadmiar enancjomeryczny (ang. enantiomeric excess, skrót ee) –stosunek różnicy zawartości poszczególnych enancjomerów do sumy ich zawartości w określonej mieszaninie wyrażony w procentach.Powszechnie przyjęto że wartość ee jest zawsze dodatnia, więc jeśli izomer R znajduje się w przewadze to wzór przyjmie wartość:

ee = [R] - [S]

[R] + [S]x 100%

zaś gdy izomer S jest w przewadze, wzór wygląda następująco:

ee = [S] - [R]

[S] + [R]x 100%

gdzie [S], [R] - liczba moli lub stężenie molowe w mieszaninie, odpowiednio izomeru S i R.

45

Właściwości fizyczne stereoizomerów

Enancjomery mają wszystkie właściwości fizyczne identyczne (te same tt, tw., rozpuszczalności, gęstości itp.).

Różnią się jedynie znakiem skręcalności światła spolaryzowanego w płaszczyźnie.

Natomiast diastereoizomery są zasadniczo innymi związkami i mają odmienne właściwości fizyczne.

Jeszcze inne są właściwości mieszaniny racemicznej.

Mimo, że są to mieszaniny enancjomerów, racematy często zachowują się tak, jakby były czystymi związkami,

odmiennymi od każdego z enancjomerów.

46

20,61,78800206( ± )

125,01,66600146 - 148mezo

139,01,7598- 12168 - 170( - )

139,01,7598+ 12168 - 170( + )

Rozpuszczalność w 20oC

[g/100ml H2O]

Gęstość

{g/cm3][ α ]D

Temp. topnienia

[ oC ]

Stereoizomer

Niektóre właściwości stereoizomerów kwasu winowego

(+) to 2R,3R kwas L-winowy(-) to 2S,3S kwas D-winowy

47

Rozdzielanie mieszanin racemicznych

Wykorzystuje się reakcję z optycznie czynnym substratem.

Mieszanina racemiczna (±) reagując ze związkiem np. (+) daje dwa produkty:

[(+)(+)] i [(-)(+)].

RS + R R R

S R

48

Te dwa produkty są diastereoizomerami, są więc różnymi związkami o różnych właściwościach chemicznych i fizycznych.Można je rozdzielić stosując normalne techniki laboratoryjne –

np krystalizację, destylację.Po rozdzieleniu diastereoizomerów, przeprowadzamy reakcje,

aby otrzymać z powrotem chiralny reagent i rozdzielone enancjomery.

RS + R R R

S R

R R

S R

R + R

S + R

49

Chiralność a biologia

(-) - karwonmięta

(+) - karwonkminek

OCH3

CCH3CH2

OCH3

CCH3CH2

H2N COO

OH2N COO

ONH3H NH3

H

L-asparaginasmak gorzki

D-asparaginasmak słodki

(S)-asparagina (R)-asparagina

50

(S)-(-)-Thalidomidedziałanie teratogenne

(R)-(+)-Thalidomidelek. o działaniu uspokajającym

i słabo nasennym

N

O

ONH

OH

O

N

O

O

NHO

OH

Cl

C(CH3)3

Cl

C(CH3)3H

H H

H

OHHO

N

NNN N

N

(R,R) –paklobutrazol (S,S) –paklobutrazolśrodek grzybobójczy regulator wzrostu roślin

51

CH3O

CH3

CH3O

CH3

COOHH HHOOC

(S)-naproksen (R)-naproksenlek przeciwzapalny toksyczny dla wątroby

H

HCl

OH

OH HO

Cl

OHH

H

NHCOCHCl2

NHCOCHCl2

(R,R)-chloramfenikol (S,S)-chloramfenikolantybiotyk nieaktywny w stosunku do bakterii

52

O

1 – OCH2CH2CH32 – CH2CH33 – CH34 - H

CH3CH2CHOCH2CH2CH3

CH3

CH3CH2COCH2CH2CH3

CH3

H

OH

R4 podstawnik skierowany do tyłu

53

Metopren substancja imitująca juwenilny hormon owadzi jest stosowany u zwierząt domowych przeciw pchłom. Działa on przez zapobieganie rozwojowi jaj i larw pchły. Forma aktywna metoprenu jest optycznie czynna. Wskaż centrum chiralności (gwiazdka) i określ jego konfigurację (R,S). Koniecznie zaznacz kolejnośćpodstawników.

CH3O O

H3C H O

54

CH3O OH3C H O

CH3OCCH2CH2CH2CCH2CHCH3

CH3

CH3

HCHC

CH3CHCOCH(CH3)2

O

CH2CH CHCCH3

CHCOCH(CH3)2

O1

CH3OCCH2CH2CH2

CH3

CH3

2

CH3 – 3H - 4

S – ponieważ4 podstawnik jestskierowany do nas

55

Zanacz czy poniższe pary związków to enancjomery, diastereoizomery czy ten sam związek.

Zanacz konfigurację R, S na każdym centrum asymetrii.

HO Br

CH3

H OHBr

CH3

Hi

BrHO

CH3

H

enancjomery

12

3

4 R4 podstawnik skierowany do tyłu

56



COOH

CH3

H OH

CH3

COOH

HO HiCH3

HO H

COOH≡

obrót o 180o :

CH3

HO H

COOHten sam związek1

2

3

4

R4 podstawnik skierowany do nas

57



Br

Br

Br

Br i

płaszczyzna symetriizwiązek mezo-

ten sam związek

58



HO

O Cl

OH

HO

O

OH

Cl

i

HO

O Cl

OH

HO

O

OH

Cl

i

R

R S

S

enancjomery

c 1 wiązanie wychodzi do przodu, przed kartk c ( linia pogrubiona...

Documents