Znaczenie odbicia lustrzanego

Znaczenie Odbicia Znaczenie Odbicia Lustrzanego Lustrzanego

Zakład Związków Heteroorganicznych Zakład Związków Heteroorganicznych Uniwersytet ŁódzkiUniwersytet Łódzki

Importance of the mirror image Importance of the mirror image

Znaczenie Odbicia Znaczenie Odbicia Lustrzanego Lustrzanego

Grzegorz Mlosto ńGrzegorz Mlosto ń

O

NH

NH2

OH

11-cis-retinal serotonina

(absorbuje swiatło w procesie patrzenia) (jeden z podstawowychneurotransmiteróww organiźmie ludzkim)

PRZYKŁADY CZĄSTECZEK ORGANICZNYCH NIEZBĘDNYCH DLA PRZYKŁADY CZĄSTECZEK ORGANICZNYCH NIEZBĘDNYCH DLA PRAWIDŁOWEGO ODBIORU WRAśEŃ WZROKOWYCHPRAWIDŁOWEGO ODBIORU WRAśEŃ WZROKOWYCH

w organiźmie ludzkim)

NH

N

NN

SN

N

O O

O

O

O

OHOH

OH

OH

Sidenafil (Viagra)

(brak centrów chiralnych)

chiralnyatomwęgla

Witamina C (kwas askorbinowy)

(cząsteczka chiralna)

*

WYBRANEWYBRANE PRZYKŁADY „FINE CHEMICALS”PRZYKŁADY „FINE CHEMICALS”

Prawdziwa Nauka to fizyka; wszystko inne jest tylko zbieraniem znaczków (pocztowych).

Science is physics; everything else is postage stamps collecting.(Ernest Rutherford)

Lewis Carrol to pseudonim angielskiego pisarza i matematyka Charla Ludwiga Dodgsona, ur. 27 stycznia 1832 roku.Jest on szczególnie znany jako autor opowieści ‘Alicja w krainie czarów’ (Alice’s Adventures in Wonderland; opublikowanej po raz pierwszy w 1865 r.).opublikowanej po raz pierwszy w 1865 r.).Carrol wymyślił swój pseudonim poprzez przetłumaczenie swoich imion na Łacinę ‘Cardus Lodovicus’ i następnie utworzenie angielskiego równowaŜnika ‘Lewis Carrol’.

Znaczenia odbicia lustrzanego

Lord Kelwin

•Figurę geometryczną lub grupę punktów określam jako chiralną wtedy, jeŜeli posiada ona odbicie lustrzane, które nie moŜe być na nią nałoŜone. Dwie jednakowe rozmiarami prawe ręce są podobne homochiralnie. Dwie jednakowe rozmiarami ręce, prawa i lewa są podobne heterochiralnie. … KaŜdy obiekt chiralny i jego odbicie lustrzane wykazują podobieństwo heterochiralne.

**I call any geometrical figure, or I call any geometrical figure, or group of points, chiral, and say that group of points, chiral, and say that it has chirality if its image in ait has chirality if its image in a plane plane mirror, ideally realized, cannot be mirror, ideally realized, cannot be brought to coincide with itself. Two brought to coincide with itself. Two equal and similar right hands are equal and similar right hands are homochirally similar.homochirally similar.similar.similar.

Definicja chiralności Lorda Kelvina

‘Chiralność’ – grafika szwajcarskiego artysty Hansa Erniego

Motywy roślinne na kolumnach prawosławnej cerkwi w Zagorsku (Rosja)

Muszla ślimaka Pyramidula pusilla:odwrócona (z lewej strony) i normalna (z prawej strony)

Muszla ślimaka Pseudalinda fallax; odwrócona (z lewej strony) i normalna (z prawej strony)

L- i D- kwarc

STRUKTURA HELISY α PRZYKŁADOWEGO POLIPEPTYDU. WIĄZANIA WODOROWE OZNACZONE SĄ LINIĄ PRZERYWANĄ

POLIMER DNA NIE POLIMER DNA NIE JEST POJEDYŃCZYM JEST POJEDYŃCZYM ŁAŃCUCHEM ŁAŃCUCHEM (HELISĄ), LECZ (HELISĄ), LECZ STANOWIĄ GO DWA STANOWIĄ GO DWA ŁAŃCUCHY UŁOśONE ŁAŃCUCHY UŁOśONE ŁAŃCUCHY UŁOśONE ŁAŃCUCHY UŁOśONE W FORMĘ W FORMĘ PODWÓJNEJ HELISY.PODWÓJNEJ HELISY.

WIELKIE NAZWISKA W HISTORII STEREOCHEMII

OdkrywcaOdkrywcaczynności czynności optycznejoptycznej

RozdzieliłRozdzieliłenancjomeryenancjomery

ZaproponowałZaproponowałtertaedrycznątertaedrycznąstrukturę strukturę atomu węglaatomu węgla

ZidentyfikowałZidentyfikował16 aldoheksoz16 aldoheksoz

Twórca regułTwórca regułnazewnictwanazewnictwaR/S & Z/ER/S & Z/E

TETRAEDRYCZNA STRUKTURA CZĄSTECZKI METANU

FORMY ENANCJOMERYCZNE α−AMINOKWASU

Sposoby Przedstawiania Struktur Enancjomerycznych

Projekcja FischeraProjekcja FischeraSystem System RR--, , SS--

(Reguły Ingolda (Reguły Ingolda CahnaCahna i i PrelogaPreloga))

CHO CHO

płaszczyzna lustrzana

NATURA JEST HOMOCHIRALNA !

CH2OH

OHH

CHO

CH2OH

HOH

CHO

LAldehyd D-(+)-glicerynowy Aldehyd L(-)-glicerynowy

**

HNH2

COOH

HNH2

COOH

SH

HNH2

COOH

NH

(L)-fenyloalanina (L)-cysteina (L)-tryptofan

Naturalnie Występujące Naturalnie Występujące αα--AminokwasyAminokwasyNaleŜą do Szeregu LNaleŜą do Szeregu L--

CHO

OHH

HOH

OHH

OHH

CH2OH

OHH

OHH

CH2OH

CHO

OHH*

*

*

*

D-(+)-glukoza

*

*

*

D-(-)-ryboza

Naturalnie Występujące Węglowodany (Cukry) Naturalnie Występujące Węglowodany (Cukry) NaleŜą do Szeregu DNaleŜą do Szeregu D--

CH3

CH3

CH3

CH3 CH3

OH

Witamina A (brak centrów chiralnych)

NCH3

H

HH

O

CO2CH3

O

Kokaina (4 centra chiralne)ilość stereoizomerów 24 = 16

ILE CENTRÓW ILE CENTRÓW CHIRALNYCH CHIRALNYCH ZAWIERAJĄZAWIERAJĄCZĄSTECZKI CZĄSTECZKI PRZEDSTAWIONYCH PRZEDSTAWIONYCH ZWIĄZKÓWZWIĄZKÓW

?O

CH3 H

CH3OH

HH

Testosteron (6 centrów chiralnych)ilość stereoizomerów 26 = 64)

NH

NH

O

O

O

Barbital (Veronal) cząsteczka wysoce symetryczna (brak centrówchiralnych)

W ilu W ilu postaciach postaciach występująwystępują ??

Pamiętaj Pamiętaj ––liczba stereoliczba stereo--izomerów izomerów = = 22nn))

?

Pionier w zakresie Pionier w zakresie mikrobiologiimikrobiologii

W swojej pracy odnoszącej się do W swojej pracy odnoszącej się do badań chemicznych, dokonał badań chemicznych, dokonał rozdziału enancjomerycznych rozdziału enancjomerycznych form kwasu winowego. Rozform kwasu winowego. Rozttwór wór kwasu winowego uzyskanego z kwasu winowego uzyskanego z osadów po fermentacji wina osadów po fermentacji wina osadów po fermentacji wina osadów po fermentacji wina skręcał płaszczyznę światła skręcał płaszczyznę światła spolaryzowanego.spolaryzowanego.Kwas winowy uzyskany na drodze Kwas winowy uzyskany na drodze syntezy nie wykazywał takiej syntezy nie wykazywał takiej właściwości.właściwości.

Louis Pasteur (27.12.1822 – 28.09.1885)

Kryształy Winianu Sodowo-Amonowego

COO-

OHHHHO

COO-

Na+

NH4

+

Polarymetr

��Polarymetr słuŜy do pomiaru kąta skręcenia płaszczyzny światła Polarymetr słuŜy do pomiaru kąta skręcenia płaszczyzny światła spolaryzowanego, które przeszło przez badany roztwórspolaryzowanego, które przeszło przez badany roztwór

��Światło emitowane ze źródła przechodzi przez polaryzator i następnie, Światło emitowane ze źródła przechodzi przez polaryzator i następnie, kąt skręcenia jest mierzony przez drugi polaryzatorkąt skręcenia jest mierzony przez drugi polaryzator

��Kąt skręcenia płaszczyzny światła spolaryzowanego określa tzw. Kąt skręcenia płaszczyzny światła spolaryzowanego określa tzw. skręcalność optyczną (optical rotation)skręcalność optyczną (optical rotation)

Pomiar Skręcalności

Inwersja Sacharozy; Cukier Inwertowany

Sacharoza (disacharyd nie redukujący)

Inwersja Sacharozy; Cukier Inwertowany

Sacharoza [α]D = +66.5D-Glukoza [α]D = +52.7

D-Fruktoza [α]D = -92.4

Cukier Inwertowany [α]D = -20.5

Enzymy - Inwertazy

Mutarotacja Glukozy

Czysta α-D-glukopiranoza – skręcalność właściwa [α]D = 112.2o

Czysta β- D-glukopiranoza – skręcalność właściwa [α]D = 18.7o

Mutarotacja Glukozy

W stanie równowagi roztwór wodny D-glukozy zawiera 35,5% formy α ([α]D = +112.2) i 64,5% formy β ([α]D = +18.7) i wykazuje skręcalność właściwą [α]D = +52,6

Forma α− Forma β−

Płaszczyzna aktywna enzymu oddziaływujetylko z jednym enancjomerem

CCl3

Cl

Cl

H

CHCl2

Cl

H

Cl

Dwa niesławne pestycydy p,p’-DDT and p,p’-DDD są powaŜnym zagroŜeniem dla środowiska naturalnego

CCl3

Cl

H

Cl

CHCl2

Cl

H

Cl

p,p' -DDT p,p' -DDD

o,p' -DDT o,p' -DDD

* *

H H

OO

(R) (S)

zapach pomara ńczy zapach cytryn

**

(R) (S)

Limonen

Karwon

[α]

AKTYWNOŚĆ BIOLOGICZNA WIELU ZWIĄZKÓW

HH

N

O

O

NH

O

O

HN

O

O

NH

O

O

H

smak mi ęty smak kminku

uspokajaj ącydeformuj ący płód (teratogen)

*

**

*(R) (S)

(S)(R)

Talidomid

[α]D ZWIĄZKÓW ZALEśY ODKONFIGURACJICENTRÓW CHIRALNOŚCI

� Talidomid ma jedno centrum asymetryczne; występuje w postaci dwóch enancjomerów.

N

O

ON HO

O

Na Przykład ... Talidomid

(-)-talidomid

“potencjalny mutagen”

(+)-talidomid

“skuteczny lek”

Karwon posiada jedno centrum asymetryczne,

występuje w postaci dwóch stereoizomerów(enancjomerów) !

O

Na Przykład ... Karwon

(-)-karwon

„zapach mięty”

(+)-karwon

“zapach kminku”

AMFETAMINA – FORMY ENANCJOMERYCZNE

Związki enancjomeryczne Bioaktywność

Leki

Amfetamina Izomer d- jest silnym środkiem Amfetamina Izomer d- jest silnym środkiem działającym na centralny układ nerwowy, izomer l- nie wykazuje takiego działania

Epinetryna Izomer l- jest 10 razy bardziej aktywny jako środek rozszerzający naczynia krwionośne, niŜ izomer d-.

Witaminy Bioaktywność

Kwas askorbinowy

(witamina C)

Izomer (+) jest skutecznym środkiem przeciw szkorbutowi; izomer (-) nie posiada takich właściwości(witamina C) posiada takich właściwości

Insektycydy

Bermetrina Izomer d- jest o wiele bardziej toksyczny dla insektów niŜ izomer l-.

X

X P P

MO

O OH

OH

PhPh

Ph Ph

Me

Me

X = OH BINOLX = PPh2 BINAP

Diels-AlderMukayama aldolaldehyde allylationhydrogenationalkene isomerizationHeck reaction

MeDuPhos

hydrogenationhydrophosphinationhydroacylationhydrosilylationBayer-Villiger oxidation

alkene reductionimine reductionalkene carbometallationzigler-Natta polymerization

Diels-Alderaldehyde alkylationester alalcoholysisiodolactonization

POPULARNE LIGANDY DO SYNTEZY ASYMETRYCZNEJ

N N

OO

M

N

OO

N

N

N

OH

OMe

Brintziger's ligand

t-Bu t-Bu

t-Bu t-Bu

Salen complexesepoxidationepoxide ring-openingDiels-Alderimine cyanationconjugate addition

t-Bu t-Bu

TADDOLate ligand

Bis(oxazoline)

Diels-AlderMukayama aldolconjugate additioncyclopropanationaziridination

Cinchonina alkaloid derivatives

dihydroxylationacylationheterogenous hydrogenationphase transfer catalysis

CO

H+ Et2Zn

benzen

OH

Et

Hligand

Ligand :

S

HO NO

S

HO NO

Me

Pri

Me

H

Wyd.

50 % 50 %

ee :

HOH

Et

(R)- (S)-

Przykład Syntezy Asymetry-

S

S

HO NO

S

HO NO

H

Me

Pri

H

99 % 97 %

99 % 93 %

95 % 94 %

M. Rachwalski et al. T etrahedron: Asymmetry 2009, 20, 2311 - 2314

Asymetry-cznej

W podsumowaniuW podsumowaniuW podsumowaniuW podsumowaniu

•Obiekty chiralne pozostają w relacji przedmiotu oraz jego odbicia lustrzanego.

•Związki chemiczne wykazujące chiralność występują w postaci izomerów przestrzennych (stereoizomerów), zwanych izomerami optycznymi.

•Najczęstszą przyczyną występowania izomerów optycznych jest obecność węgla asymetrycznego tworzącego centrum stereogeniczne cząsteczki.

•Izomery optyczne (enancjomery) wykazują te same cechy fizyko-chemiczne oraz taką samą reaktywność wobec związków achiralnych, lecz róŜnią się kierunkiem skręcenia płaszczyzny światła spolaryzowanego [enancjomer (+) lub enancjomer (-)].

•Czystość optyczną (nadmiar enacjomeryczny) związku optycznie czynnego moŜna ustalić, m. in. na podstawie pomiaru polarymetrycznego (o ile znana jest wartość [α]D dla czystego enancjomeru).

•Izomery optyczne (enancjomery) związków biologicznie czynnych wykazują na ogół zróŜnicowaną aktywność biologiczną.