61

สเตอรโอเคม (Stereochemistry)

1. บทน ำ สเตอรโอ (stereo) มาจากค าภาษากรกวา stereos ซงหมายถง space สเตอรโอเคมจงเปน

การศกษารปทรงของโมเลกลของสารเคม ใน 3 มต ซงมผลตอสมบตทางกายภาพและสมบตทางเคม

ท านายทศทาง กลไกของปฏกรยาทเกดขน และผลตภณฑทมรปรางแตกตางกนได ออกแบบการ

สงเคราะหสารในรปแบบทตองการได

การแสดงสตรโครงสรางดวยรปทรงโมเลกล (molecular models)

Space-filling model Ball-and-stick

โมเลกลทมความแตกตางในโครงสราง 3 มต มความส าคญรอบตวมนษย เชน อตสาหกรรมอาหาร และ

การแตงกลน ยาฆาแมลง สารก าจดวชพช รวมถงอตสาหกรรมยารกษาโรค มากกวา 40% ของยาม

โครงสรางทางสเตอรโอเคมทแตกตางกนและการใชประโยชนตางกนโดยสนเชง อาทเชน

tropical fruit herbal green

caramel musty farinaceous

อกตวอยาง คอ ทาลโดไมด (thalidomide) เปนสารทใชบรรเทาอาการแพทอง โดยเรมใชในป ค.ศ. 1957 ใน

รปของสารผสม โดยไมทราบวาสารบรสทธแตละชนดใหผลทแตกตางกน โดย (R)-(+)-thalidomide มผล

บรรเทาอาการแพทองไดจรง แต (S)-(-)-thalidomide มผลกบการเจรญเตบโตของแขนขาตวออนในครรภ

มารดาลดลง ทารกทคลอดออกมาจงมแขนและขาเลกและลบ

62

(R)-(+)-thalidomide (S)-(-)-thalidomide

ถายโดย Lynette Rowe, Melb, 1960s

2. ไอโซเมอร (isomerism) คอ สารทมสตรโมเลกลเหมอนกน แตไมใชสารเดยวกน สามารถจ าแนก

ชนดตามพลงงาน หรอรปราง แตไมสามารถครอบคลมความแตกตางไดทงหมด ดงน

2.1 ไอโซเมอรโครงสราง (structural/constitutional isomer) เปนไอโซเมอรของสารทมสตรโมเลกล

เหมอนกน แตมโครงสรางแตกตางกนหรอต าแหนงของหมทเกาะแตกตางกน (positional isomer หรอ

functional isomer)

2.2 คอนฟอรเมชนนลไอโซเมอร (conformational isomer) หรอคอนฟอรเมอร (conformer)

ไอโซเมอรชนดนเปนสารชนดเดยวกน แตมรปรางแตกตางกน เพราะมการหมนรอบแกนพนธะ

เดยวเกดขนได รปรางของโมเลกลทแตกตางกนจะมพลงงานแตกตางกนดวย การเปลยนจากคอนฟอร

เมอร หนงไปเปนอกคอนฟอรเมอรหนงจะใชพลงงานไมสงมากนก เนองจากใชเพยงการหมนรอบแกนของ

พนธะเทานน

2.3 คอนฟกเรชนนลไอโซเมอร (configurational isomer) เปนสารตางชนดทมทงสตรโมเลกลและสตร

โครงสรางเหมอนกน แตการจดตวของอะตอมหรอหมของอะตอมตางกน การเปลยนจากคอนฟกเรชนนล

ไอโซเมอรหนง ไปเปนอกแบบหนงตองใชพลงงานเพอแตกพนธะระหวางอะตอม ซงเปนพลงงานทสง

มากกวาการหมนแกนพนธะเดยวเพอเปลยนคอนฟอรเมอร สารทมคอนฟกเรชนนลไอโซเมอรอาจเปนได

ทงสารทมพนธะเดยว เปนวง หรอมพนธะค ดงตวอยาง

สารทเปนพนธะเดยว

สารทเปนวง

63

สารทเปนพนธะค

3. คอนฟกเรชนแบบสมบรณ (absolute configuration) การศกษาสเตอรโอเคมของสาร หรอแสดง

รปรางโมเลกลของสารทเปนจรง นยมเขยนแบบ 2 มต แตมความหมาย 3 มต วธทนยมดงน

3.1 แบบลม (wedge projection)

การเขยนโมเลกลในสามมตบนกระดาษซงมสองมตนนท าไดโดยใชเงอนไขบางอยาง แสดงโมเลกล

ในสามมตโดยใชเสนตรงแทนพนธะทอยในระนาบของกระดาษ รปสามเหลยมทบแทนพนธะทชขนมาเหนอ

ระนาบของกระดาษเขาหาตวผด เสนประแทนพนธะทชไปทางดานหลงระนาบของกระดาษออกจากตวผด

ดงน

3.2 โปรเจคชนแบบฟชเชอร (Fischer projection)

เขยนโดยใชเสนตรง 2 เสน ซงตดกนดวยมมฉาก จดตดคอต าแหนงของคารบอน หรอศนยกลางส

เตอรโอจนก โดยก าหนดใหเสนทอยในแนวนอนแทนพนธะทชขนมาเหนอระนาบของกระดาษ และเสนทอย

ในแนวตงแทนพนธะทชไปทางดานหลงระนาบของกระดาษ ดงน

3.3 โปรเจคชนแบบเฮเวรท (Haworth projection)

นยมใชเขยนคอนฟกเรชนของน าตาลและคารโบไฮเดรตทเปนวง โดยใชเสนทตงฉากกบวงเพอแทน

พนธะทพงขนเหนอวง และพนธะทพงลงดานลางของวง รายละเอยดจะเรยนในบทของคารโบไฮเดรตตอไป

64

4. สเตอรโอไอโซเมอร (stereoisomers) ไอโซเมอรกลมนมการจบกนของอะตอมตางๆ ในโมเลกล

เหมอนกน แตมการจดตวในทวางแตกตางกน แบงเปนไอโซเมอรเชงเรขาคณต (geometric isomerism)

หรออาจเรยกวา ซส-ทรานส ไอโซเมอร และไอโซเมอรเชงแสง (optical isomerism)

4.1 ไครลลต (chirality) ค าวาไครลนมาจากภาษากรก “cheios” แปลวา มอ ทงนเพราะมอซอนทบกบ

ภาพในกระจกเงาไมได ถาวตถซอนทบกบภาพในกระจกเงา (mirror image) ไมได วตถนนเปนไครล (chiral)

เชน ถาน ามอซายวางไวหนากระจก ภาพในกระจกเงาคอมอขวา เมอเลอนมอ 2 ขางมาซอนกน จะเหนวา

ไมสามารถซอนทบกนได (นวหวแมมอของมอซายซอนทบกบนวกอยของมอขวา) สวนวตถทซอนทบกบ

ภาพในกระจกเงาได ไมเปนไครล หรอเรยกวาเปนอะไครล (achiral) ตวอยางเชน ขวดกนกลม ซงสามารถ

ซอนทบกบภาพในกระจกเงาของมนได โมเลกลหรอวตถทเปนอะไครลจะมสมมาตรอยดวย ส าหรบ

สารอนทรยสวนใหญมกเปนระนาบสมมาตร (plane of symmetry) ซงเปนระนาบทแบงโมเลกลหรอวตถ

ออกเปนสองสวนโดยแตละสวนเปนภาพในกระจกเงาซงกนและกน สวนตวอยางของวตถทเปนไครล เชน

ถงมอ รองเทา หรอวตถใดๆ ทไมสมมาตร

กระจก กระจก

วตถไครล วตถอะไครล

4.2 ศนยกลางสเตอรโอจนกและสเตอรโอจนกคารบอน (stereogenic center and stereogenic carbon)

ลกษณะโครงสรางทท าใหโมเลกลเปนไครลคอ การทคารบอนทมไฮบรไดเซชนเปน sp3 มอะตอมหรอหมทง

4 มาสรางพนธะกนซงแตกตางกนทงหมด คารบอนแบบนเรยก stereogenic center หรอ stereocenter หรอ

chiral center สวนคารบอนทมหมทเหมอนกนตงแต 2 หมขนไปจบอย เชน (–CH2- , -C(CH3)3) ไมเปนไครล

คารบอนแบบนเรยกวาอะไครลคารบอน (achiral carbon) ตวอยางของไครลโมเลกล (มเครองหมายดอกจน

ทศนยกลางสเตอรโอจนก)

ตวอยางของอะไครลโมเลกล

65

เมอพจารณาอะไครลโมเลกลและภาพในกระจกเงาของมน พบวาสามารถซอนทบกนได ดงน

อะไครลโมเลกลโบรโมคลอโรมเทน ภาพในกระจกเงา ซอนทบกนสนท

แตไครลโมเลกลซอนทบกนภาพในกระจกเงาของมนไมได ดงน

ไครลโมเลกลของโบรโมคลอโรอเธน ภาพในกระจกเงา ซอนทบกนไมสนท

4.3 โครงแบบ R และ S (R, S configuration) และคอแนนทโอเมอร (enantiomeric pairs)

การจดตวของหมตางๆ ทจบกบศนยกลางสเตอรโอจนก เรยกวา คอนฟกเรชน (configuration)

ความสมพนธระหวางไครลโมเลกลและภาพในกระจกเงา เรยกวา อแนนทโอเมอร (enantiomers) มาจาก

ภาษากรก “enatio” แปลวา ตรงกนขาม และ “meros” แปลวา สวน โดยตามนยาม enantiomers จงมา

เปนคและมคอนฟกเรชนตรงกนขามกน เชน

การบอกคอนฟกเรชนทศนยกลางสเตอรโอจนกของสารประกอบไครลท าไดโดยใชระบบ (R) และ (S)

สงทส าคญของระบบ (R) และ (S) คอ การเรยงล าดบหมตางๆ บนศนยกลางสเตอรโอจนกตามเลขอะตอม

(atomic number) อะตอมหรอหมทง 4 ทสรางพนธะกบศนยกลางสเตอรโอจนกจะถกเรยงล าดบจาก 1 ถง

66

4 ตามล าดบกอนหลง (order of priority) โดยใชกฎล าดบ (sequence rule) ของ Cahn Ingold และ Prelog

(CIP) ดงน

(1) อะตอมทมเลขอะตอมสงสดมล าดบส าคญทสดใหอยในล าดบท 1 สวนเลขอะตอมนอยทสดอย

ในล าดบท 4 และในกรณทธาตเปนไอโซโทป (isotope) กน อะตอมของธาตทมมวลสงกวามล าดบทส าคญ

กวา เชน

(2) ถาอะตอมทสรางพนธะกบศนยกลางสเตอรโอจนกนนเหมอนกน ใหพจารณาอะตอมตางๆ ท

สรางพนธะกบอะตอมเหลานแทน แลวเรยงล าดบตามขอ (1) ถายงไมพบความแตกตางใหพจารณาอะตอม

ตางๆ ทสรางพนธะกบอะตอมถดไปจนกวาจะพบอะตอมทแตกตางกน ตวอยางเชน

หม –CH2Cl และ –CH(CH3)2 อะตอมทสรางพนธะกบศนยกลางสเตอรโอจนกเปนคารบอนเหมอนกน จง

พจารณาอะตอมทสรางพนธะกบคารบอนทง 2 นแทน คอ (Cl , H , H) ส าหรบ –CH2Cl และ (C , C , H)

ส าหรบ -CH(CH3)2 เนองจาก Cl มเลขอะตอมสงกวา C จงท าให –CH2Cl มล าดบสงกวา –CH(CH3)2

(3) ถาอะตอมทก าลงพจารณาจดล าดบเปนสวนประกอบของพนธะคหรอพนธะสาม ให

พจารณาเสมอนอะตอมทสรางพนธะค หรอพนธะสามตออยกบอะตอมนน 2 หรอ 3 อะตอมตามล าดบ

แลวจงเรยงล าดบตามขอ (1) หรอ (2) ตอไป ดงตวอยาง

มความหมายเทากบ

มความหมายเทากบ

มความหมายเทากบ

มความหมายเทากบ

67

ตวอยางเชน กลเซอรลดไฮด (glyceraldehyde) พบวาล าดบของหมทงสเปน OH CHO CH2OH H

ทงนเพราะหม CHO เปรยบเสมอน จงเรยงล าดบอะตอมทเกาะกบคารบอนไดเปน O, O, H ดงนน

จงมล าดบสงกวาหม –CH2OH ซงเรยงล าดบอะตอมทเกาะกบคารบอนไดเปน O, H, H

หลงจากเรยงล าดบหมหรออะตอมตางๆ ทสรางพนธะกบศนยกลางสเตอรโอจนกสามารถบอกคอนฟ

กเรชนทศนยกลางสเตอรโอจนกแบบลม ไดวาเปน (R) หรอ (S) โดยใชวธการตอไปน

1) วางโมเลกลโดยใหหมทมล าดบต าสด (4) ชออกจากตวเรา

Br > Cl > F > H อะตอมทมล าดบต าทสด (H) อยทางดานหลง C

2) ใหเขยนลกศรโคงจากหมทมล าดบท 1 ไปยงหมทมล าดบเปนทสอง ถาลกศรโคงนนม

ทศทางตามเขมนาฬกาศนยกลางสเตอรโอจนก มคอนฟกเรชนเปน (R) (มาจากภาษาละตน “rectus”

แปลวา ขวา) ถาลกศรโคงมทศทางทวนเขมนาฬกาศนยกลางสเตอรโอจนกนน มคอนฟกเรชนเปน (S) (มา

จากภาษาละตน “sinister” แปลวา ซาย)

ลกศรทวนเขมนาฬกา ดงนนคอนฟกเรชนเปน (S)

ตวอยาง สารทก าหนดใหมคอนฟกเรชนเปน (R) หรอ (S)

68

วธท า (1) จากเลขอะตอมของอะตอมทง 4 ทสรางพนธะกบศนยกลางสเตอรโอจนก Br มล าดบสงทสด

ขณะท O ของ –OH มล าดบรองลงมา และ –C ของ CH2CH3 และ CH3 มล าดบต าทสด เรยงล าดบไดเปน

ดงน Br, OH, C , C

(2) เรยงล าดบหม –CH3 และ –CH2CH3 โดยพจารณาอะตอมทสรางพนธะกบคารบอนทงสอง

-CH2CH3 จงมล าดบสงกวา –CH3

ดงนนล าดบของหมทงสคอ Br OH CH2-CH3 CH3

(3) วางหมทมล าดบต าทสดไวขางหลง (ชออกจากตวผด)

โดยจบแกน C-OH และหมนใหล าดบต าทสดไปไวขางหลง

(4) ลากลกศรโคงจากหมทมล าดบสงทสดไปหาหมทมล าดบเปนท 2

เนองจากลกศรมทศทางทวนเขมนาฬกา สารประกอบขางตนจงมคอนฟกเรชนเปน (S) ดงนน คอ

แนนทโอเมอร หรอโมเลกลในเงากระจกของ 2-bromo-2-butanol จะมคอนฟกเรชนเปน (R)

การหาคอนฟกเรชนทศนยกลางสเตอรโอจนก ซงแสดงโครงสรางโดยใชโปรเจคชนแบบฟชเชอร ให

แสดงศนยกลางสเตอรโอจนกและใชรปสามเหลยมทบแทนพนธะในแนวนอน และเสนประแทนพนธะใน

แนวตงกอน แลวจงหมนโครงสรางเพอใหหมหรออะตอมทอยล าดบสดทายของ order of priority ชออก

จากตวผด

69

หมนเพอให H

ชออกจากตวผด

เนองจากโครงสรางของโมเลกลหนงๆ อาจแสดงไดหลายแบบ จงจ าเปนตองทราบวาโครงสราง

เหลานนแทนสารชนดเดยวกนหรอคอแนนทโอเมอร วธพจารณาท าโดยหาคอนฟกเรชนทศนยกลางสเตอร

โอจนก ถาเหมอนกนแสดงวาเปนสารชนดเดยวกน (identical) ถาแตกตางกนคอ คอแนน-ทโอเมอร (กรณ

ทโมเลกลม 1 ศนยกลางสเตอรโอจนก) เชน

สารชนดเดยวกน คอแนนทโอเมอร

การพจารณาโครงสรางทแสดงโดย โปรเจคชนแบบฟชเชอร นนมการเปลยนโครงสรางเพยง 2 แบบ ท

ท าแลวยงคงไดคอนฟกเรชนเหมอนเดม คอ

(1) หมนโปรเจคชนแบบฟชเชอร บนกระดาษได 180 เทานน ถาหมน 90 หรอ 270 จะท าใหคอนฟ

กเรชนเปลยนไป เชน

เหมอนกบ

ตางกน

(2) ใหหมหนงของโปรเจคชนแบบฟชเชอร อยกบทแลวหมนหมทเหลอทง 3 ในทศตามเขมนาฬกาหรอ

ทวนเขมนาฬกากได เชน

70

อยกบท

เหมอนกบ

อยกบท

เหมอนกบ

4.4 สมบตของคอแนนทโอเมอร (Properties of Enantiomers)

เนองจากคอแนนทโอเมอรมโครงสรางคลายกนมาก จงมสมบตทางกายภาพ และทางเคม

เหมอนกนเกอบหมด เชนมจดหลอมเหลว จดเดอด การละลายในตวท าละลายทวไปเทากน กลาวคอ ม

สมบตทกอยางเหมอนกน ยกเวน 2 อยางคอ พฤตกรรมของอแนนทโอเมอรในสงแวดลอมไครล (behavior

in chiral environment) และอนตรกรยา (interaction) กบระนาบแสงโพลาไรส (plane-polarized light)

4.4.1 พฤตกรรมในสงแวดลอมไครล (behavior in chiral environment)

ปฏกรยาในสงแวดลอมไครลนนหมายถง ปฏกรยาทเกดโดยมตวท าปฏกรยา (reactant)

ตวเรงปฏกรยา หรอตวท าละลาย ทเปนไครล สงแวดลอมไครลเหลานพบในระบบชวภาพ (biological

system) เพราะในระบบชวภาพประกอบดวยโมเลกลอนทรยทเปนไครลเกอบทงหมด ดงนนอแนนทโอเมอร

จงเกดปฏกรยาตางกนในระบบชวภาพ ตวอยางเชน กรดอะมโน (amino acid) ทเปน คอแนนทโอเมอรกน

คอ (S)-alanine และ (R)-alanine ประพฤตตวแตกตางกนอยางสนเชงในรางกายสงมชวต กลาวคอ (S)-

alanine ถกน าไปสรางโปรตน สวน (R)-alanine ถกออกซไดสให keto acid แลวถกเมตาบอไลซตอไป

4.4.2 อนตรกรยากบระนาบแสงโพลาไรส (interaction with plane-polarized light)

คอแนนทโอเมอรหมนระนาบแสงโพลาไรสเทากน แตมทศทางตรงกนขามกบ สารประกอบท

สามารถหมนระนาบแสงโพลาไรสได สมบตนเรยกวา ออพตคลแอกทบ (optically active) สวนสารทไม

หมนระนาบแสงโพลาไรส เรยกวา ออพตคลอนแอกทบ (optically inactive)

แสงธรรมดา (ordinary light) ประกอบดวยคลนทสนในทกระนาบทตงฉากกบทศทางท

ล าแสงเดนทาง เมอใหแสงผาน polarizer ซงท าดวย Nicol prism หรอ Polaroid lens แสงทผานออกมาจะ

ถกเปลยนใหมการสนเพยงระนาบเดยว เรยกวาระนาบแสงโพลาไรส (plane polarized light)

71

Polarizer

แสงธรรมดา แสงโพลาไรสระนาบเดยว

เครองมอทใชวดการหมนระนาบแสงโพลาไรส เรยกวา เครองโพลารมเตอร (polarimeter)

ซงประกอบดวยสวนตางๆ ดงรปท 4

Polarimeter tube

Polarizerfixed

Plane -Polarizedlight

Solution of opticallyactive material

Plane ofpolarizationhas undergonea rotation

Analyzermovable

Viewer

โพลาไรเซอร สารทตองการวดในรปสารละลาย อะนาไลเซอร

รปท 4 สวนประกอบตางๆ ของเครองโพลารมเตอร (ทมา: ดดแปลงจาก Solomon และ Fryhle, 2011)

มมทเกดจากการหมนระนาบแสงโพลาไรส ซงไดจากการทดลอง (observed rotation) ใช

สญลกษณ โดยทศทางของการหมนนนอาจไปทางขวา หรอทางซายของคาเดม (เมอ = 0)

สารประกอบทหมนระนาบแสงโพลาไรสไปทางขวาเรยกวา dextrorotatory (มาจากภาษาละตน “dexter”

แปลวา ขวา) โดยก าหนดใหคา เปน + สวนสารประกอบทหมนระนาบแสงโพลาไรสไปทางซายเรยกวา

levorotatory (มาจากภาษาละตน “laevus” แปลวา ซาย) และก าหนดใหคา เปน – (เดมเคยใชสญลกษณ

“d” ส าหรบ dextrorotatory และ “ l ” ส าหรบ levorotatory) คา observed rotation () ขนกบปจจยหลาย

อยางคอ ธรรมชาตของสารทน ามาวด ความเขมขนของสารละลาย ความยาวของหลอดทบรรจสาร ความ

ยาวคลนแสง อณหภมและตวท าละลาย เพอใหสามารถเปรยบเทยบคา ทวดภายใตสภาวะตางๆ กนได

จงเปลยนคา observed rotation เปน specific rotation โดยใชสญลกษณ []TD เมอ D คอ ความยาวคลน

แสง ทนยมใชคอ sodium D line ซงมความยาวคลน 589.3 นาโนเมตร และ T หมายถงอณหภม พรอมทง

ระบตวท าละลายทใชดวย คา specific rotation นนสามารถค านวณได จากสมการตอไปน (ในทนใช sodium

D line และอณหภม 20 C)

[]TD = /(lxc) เมอ = observed rotation

l = ความยาวของหลอดบรรจสารในหนวยเดซเมตร (1 dm = 10 cm)

c = ความเขมขนของสารละลายในหนวยกรม/มลลลตร หรอความหนาแนน

ของสารในหนวยกรม/มลลลตร

72

ตวอยาง จงค านวณคา specific rotation ของ โคเคอน (cocaine) จากขอมลทก าหนดใหโคเคอน 1.80 กรม

ละลายในคลอโรฟอรม 10.0 ml ใสในหลอดบรรจสารยาว 5.00 เซนตเมตร คา observed rotation เทากบ

-14.4 ทอณหภม 20 C (ใช sodium D line)

วธท า เปลยนขอมลทก าหนดให ใหอยในหนวยทเหมาะสม

= -14.4

l = 5.00 cm x 1 dm/10 cm = 0.5 dm

c = 1.80 g/10.0 ml = 0.18 g/ml

จากนนแทนคาในสตร

[]TD = /(lxc)

= -14.4/(0.5x0.18)

= -160.0 (chloroform)

4.5 สารผสมราซมก (racemic mixtures)

สารผสมระหวางคอแนนทโอเมอร ในปรมาณทเทากนไมหมนระนาบแสงโพลาไรส เนองจากแตละ

อแนนทโอเมอร หมนระนาบแสงโพลาไรสดวยจ านวนองศาเทากนแตมทศทางตรงกนขาม ดงนนการหมน

ระนาบแสงโพลาไรสของคอแนนทโอเมอร ทมปรมาณเทากนจงหกลางกนไป สารผสมของคอแนนทโอ-

เมอร ทมปรมาณเทากนนเรยกวา ราซมก (racemic mixtures) และใชสญลกษณ () ขางหนาชอสาร เพอ

แสดงวาสารผสมนไมหมนระนาบแสงโพลาไรส เชน ()-glyceraldehyde หมายถง สารผสมระหวาง (+)-

glyceraldehyde และ (–)-glyceraldehyde ในปรมาณเทากน

คอนฟกเรชนของคอแนนทโอเมอร (configuration of enantiomers)

เครองหมาย (+) หรอ (-) ทเตมหนาชออแนนทโอเมอรนน บอกใหทราบเพยงทศทางของการหมน

ระนาบแสงโพลาไรสเทานน ไมไดบอกเกยวกบคอนฟกเรชนของศนยกลางสเตอรโอจนก และทศทางการ

หมนระนาบแสงโพราไรสกบคอนฟกเรชนของสารนนไมสมพนธกน

โครงสรางของกลเซอรลดไฮด เขยนได 2 แบบ ดงน

C

OHCH2OH

CH

HC

HOHOH2C

CH

H

O O

โครงสรางหนงเปน (+)-glyceraldehyde อกโครงสรางหนงเปน (–)-glyceraldehyde จากการน า (+)-

glyceraldehyde มาท า x-ray diffraction จงทราบวา โครงสรางดานซายคอ (+)-glyceraldehyde ดงนน (–)

73

-glyceraldehyde จงมโครงสรางแบบดานขวา หลงจากทราบคอนฟกเรชนของ (+) และ (–)-

glyceraldehyde แลวสามารถบอกคอนฟกเรชนของ optically active compound อนๆ ไดโดยการ

เปรยบเทยบกบของ glyceraldehyde เชน ถาหม –CHO ของ (+)-glyceraldehyde ถกออกซไดสเปนหม –

CO2H เนองจากไมมการแตกพนธะระหวางศนยกลางสเตอรโอจนกกบอะตอมทง 4 ทจบอยกรดคารบอกซ

ลกจงมคอนฟกเรชนเหมอนกบของแอลดไฮดตงตน

จากตวอยางขางตนจะเหนไดวา คอนฟกเรชนของศนยกลางสเตอรโอจนกไมสมพนธกบทศทางในการหมน

ระนาบแสงโพลาไรสของ enantiomers เพราะโครงสรางและคอนฟกเรชนของ (+)-glyceraldehyde และ

()-glyceric acid มความคลายคลงกนมาก แตสารประกอบทงสองมเครองหมายของการหมนระนาบแสง

โพลาไรสตรงกนขามกน

เมอทราบคอนฟกเรชนของโมเลกลแลว ยงตองการวธบอกคอนฟกเรชนทศนยกลางสเตอรโอจนก

โดยไมจ าเปนตองเขยนโครงสรางของโมเลกล

4.6 ไดแอสเตอรโอเมอร (diastereomer)

เปนสเตอรโอเมอรของสารทมโครงสรางเหมอนกน แตการจดเรยงตวอะตอมหรอหมอะตอม

ตางกน ไมเปนภาพสะทอนและซอนทบกนไมสนท (non-superimposable) สารทจะมไดแอสเตอรโอเมอรได

นนอาจเปนไดทงสารทมพนธะค สารทเปนวง หรอมแตพนธะเดยวทมโมเลกลมศนยกลางสเตอรโอจนก

มากกวา 1 ต าแหนง ดงตวอยางเชน

สารทเปนพนธะค

มระนาบสมมาตร มระนาบสมมาตร

สารประเภท ซส และ ทรานส อาจเรยกวาเปนไอโซเมอรเรขาคณต ได

สารทเปนวงจะตองมหมแทนทอยางนอย 2 หม เกาะบนคารบอนคนละตว จงจะมไดแอสเตอรโอเมอรได

ยกตวอยางเชน ไซโคลเฮกเซนทมหมเกาะทต าแหนงท 1 และ 4 ซงเปนทง ซส และ ทรานส สารทงสองน

จดเปนไดแอสเตอรโอเมอร ดงแสดง แตเนองจากมระนาบสมมาตรจงไมมอแนนทโอเมอร

74

สารทมแตพนธะเดยวจะตองมศนยกลางสเตอรโอจนกไดอยางนอย 2 ต าแหนง เชน 2,3,4-

trihydroxybutanal ม 2 ศนยกลางสเตอรโอจนกการแสดงโครงสรางของสารประกอบทมศนยกลางสเตอร

โอจนกมากกวา 1 แหง นยมใชโปรเจคชนแบบฟชเชอร โดยเขยนสตรโครงสรางใหหมทมต าแหนงนอยทสด

ในการเรยกชออยดานบน และมโซคารบอนอยในแนวตง เนองจาก 2,3,4-trihydroxybutanal ม 2

ศนยกลางสเตอรโอจนก คอคารบอนอะตอมท 2 และ 3 ในการเรยกชอ โดยทคารบอนทง 2 อะตอมนอาจ

มคอนฟกเรชนเปน (R) หรอ (S) กได ดงนนสารนจงมสเตอรโอไอโซเมอรได 4 แบบ โดยไอโซเมอรทเปน

ภาพสะทอนกนจะเปนอแนนทโอเมอร แตทไมใชภาพสะทอนกนจะเปนไดแอสเตอรโอเมอร ดงน

เนองจาก อแนนทโอเมอรเปนภาพในกระจกเงาซงกนและกน ดงนนจงเกดเปนค จากสตรโครงสรางของ

2,3,4-trihydroxybutanal พบวา สารประกอบ (2R,3R) กบ (2S,3S) เปนคอแนนทโอเมอร กนและ

สารประกอบ (2R,3S) กบ (2S,3R) กเปนคอแนนทโอเมอรกน แตสารประกอบ (2R,3R) ไมใชคอแนนทโอ

เมอร ของสารประกอบ (2R,3S) และสารประกอบ (2S,3R) สเตอรโอไอโซเมอรทไมใชภาพในกระจกเงาซง

กนและกนเรยกวา ไดแอสเตอรโอเมอร ดงนนสารประกอบ (2R,3S) และ (2S,3R) เปนไดแอสเตอรโอเมอร

ของสารประกอบ (2R,3R) และ (2S,3S)

75

สตรทใชในการค านวณจ านวนสเตอรโอไอโซเมอรมากทสดทเปนไปไดคอ 2n เมอ n = จ านวน

ศนยกลางสเตอรโอจนก ตวอยางเชน สารประกอบทม 2 ศนยกลางสเตอรโอจนก มจ านวนสเตอรโอไอโซ

เมอรไดมากทสด 22 หรอ 4 สเตอรโอไอโซเมอร สวนสารประกอบทม 3 ศนยกลางสเตอรโอจนก ม

จ านวนสเตอรโอไอโซเมอรไดมากทสดถง 23 = 8 สเตอรโอไอโซเมอร

การเรยกชอสารทมศนยกลางสเตอรโอจนกมากกวาหนงต าแหนง

สารทพจารณาผานมาแลวมเพยง 1 ศนยกลางสเตอรโอจนกในโมเลกล กรณทศนยกลางสเตอร-

โอจนกมากกวาหนงต าแหนง สามารถบอกคอนฟกเรชนไดในลกษณะเดยวกน เพยงแตตองพจารณาคอน-

ฟกเรชนของแตละศนยกลางสเตอรโอจนกทละครง พรอมทงบอกต าแหนงของศนยกลางสเตอรโอจนก แต

ละแหงดวย

ตวอยาง ใหบอกคอนฟกเรชนทแตละศนยกลางสเตอรโอจนก ในสารประกอบทก าหนดใหวาเปน (R) หรอ

(S)

คารบอนต าแหนงท 2 และ 3 เปนศนยกลางสเตอรโอจนก

วธท า พจารณาคารบอนต าแหนงท 2 กอน

หมนเพอให H

ชออกจากตว

ผด

พจารณาต าแหนงท 3

หมนเพอให H

ชออกจากตว

ผด

OH > -CHOH > CH2OH > H

CHO

ดงนนสารประกอบนคอ (2R,3R)-2,3,4-trihydroxybutanal

4.7 สารประกอบมโซ (meso compound)

สารประกอบทมจ านวนศนยกลางสเตอรโอจนกมากกวาหนงต าแหนง บางชนดมจ านวนสเตอรโอ

ไอโซเมอรนอยกวา 2n สารประกอบพวกน ไดแก สารประกอบทมศนยกลางสเตอรโอจนก 2 ต าแหนงท

76

เหมอนกน กลาวคอหมหรออะตอมทง 4 ทสรางพนธะกบศนยกลางสเตอรโอจนกหนงเหมอนกบหมหรอ

อะตอมทง 4 ทสรางพนธะกบศนยกลางสเตอรโอจนกอกแหงหนง เชน tartaric acid ม 2 ศนยกลางสเตอร

โอจนก แตมเพยง 3 สเตอรโอไอโซเมอร

สเตอรโอไอโซเมอรของ tartaric acid ทมคอนฟกเรชนเปน (2S,3S) และ (2R,3R) เปนคอแนนทโอเมอรกน

แตอก 2 โครงสรางนนซอนทบกนไดสนท (เมอหมนโครงสรางหนงไป 180) ดงนนจงไมใชไอโซเมอรกนแต

เปนการเขยนสารประกอบชนดเดยวกนคนละแบบ tartaric acid ไอโซเมอรนเรยก meso-tartaric acid

หมน 180 ใน

ระนาบของกระดาษ

ระนาบสมมาตร

meso-tartaric acid มระนาบสมมาตรภายในโมเลกล โมเลกลทมระนาบสมมาตรภายในโมเลกลจะซอนทบ

กบภาพในกระจกเงาได ดงนนโมเลกลจะไมเปนไครลแมวาจะมศนยกลางสเตอรโอจนกอย และไมหมน

ระนาบแสงโพลาไรส กลาวคอโมเลกลนนเปน optically inactive compound โมเลกลทมศนยกลางสเตอรโอ

จนก แตไมเปนไครลเรยกวา สารประกอบมโซ เชน

ระนาบสมมาตร

4.8 สมบตทางกายภาพของสเตอรโอไอโซเมอร

คอแนนทโอเมอร มสมบตทางกายภาพเหมอนกนทกอยางยกเวนทศทางในการหมนระนาบแสงโพ

ลาไรส ขณะทไดแอสเตอรโอเมอร มสมบตทางกายภาพแตกตางกน แมแตสารผสมราซมก ซง

ประกอบดวยค enantiomers ในปรมาณทเทากนกมสมบตทางกายภาพตางจากแตละอแนนทโอเมอร ท

เปนองคประกอบดงตารางท 1

77

ตารางท 1 สมบตทางกายภาพบางประการของสเตอรโอไอโซเมอรของ tartaric acid

dextrorotatory levorotatory racemic meso

form form mixture form

Rotation () + 12 -12 0 0

Melting point 168–170C 168-170C 206C 140C

Water-solubility 20C,100 ml 139 g 139 g 20.60 g 125 g

pKa (acidity) 2.93 2.93 2.96 3.11

Density 1.7598 1.7598 1.697 1.666

4.9 สารประกอบวง (cyclic compound)

ไอโซเมอรแบบ ซส และ ทรานส ของสารประกอบวงบางชนดเปนไครล ในการพจารณาวา

สารประกอบวงเปนไครลหรอไม ท าไดโดยการดวารปเหลยมเหลานนมระนาบสมมาตรหรอไม ถามระนาบ

สมมาตรสารประกอบนนไมเปนไครล เชน 1,2-dibromocyclopropane ในไอโซเมอรแบบซส มโบรมนทงสอง

อะตอมอยทางดานเดยวกนของระนาบของวง ในไอโซเมอรแบบทรานส โบรมนอยคนละดานของระนาบ

ของวง เนองจาก 1,2-dibromocyclopropane ม 2 ศนยกลางสเตอรโอจนก จงมจ านวนสเตอรโอไอโซเมอร

ไดมากทสด 4 แบบ ไอโซเมอรแบบซสมระนาบสมมาตรจงเปนสารประกอบมโซ และไมเปนไครล ท าให

เหลอจ านวนสเตอรโอไอโซเมอรเพยง 3 แบบ

1-bromo-2-chlorocyclopropane ม 2 ศนยกลางสเตอรโอจนก ทแตกตางกนจงมจ านวนสเตอรโอ

ไอโซเมอร 4 แบบ

4.10 ไครลโมเลกลทไมมศนยกลางสเตอรโอจนก

ไครลโมเลกลคอโมเลกลทไมสามารถซอนทบกบภาพในกระจกเงาของมนได แมวาไครลโมเลกล

ทไดกลาวถงมาแลวจะมศนยกลางสเตอรโอจนกอยดวย แตมโมเลกลบางชนดเปนไครลไดโดยไมตองม

ศนยกลางสเตอรโอจนก เชน 1,3-dichloroallene

78

แอลลน (allene) เปนสารประกอบทมพนธะคอยตดกนดงน ( )

ระนาบของพนธะไพของแอลลนตงฉากกน และท าใหหมหรออะตอมทเกาะกบปลายคารบอนทงสองขางอย

ในระนาบทตงฉากกน ซงจะมผลท าใหแอลลนทมหมทแตกตางกนบน sp2 คารบอนอะตอมเดยวกนเปน

ไครล

4.11 การแยกสารผสมราซมก (resolution of racemic mixture)

ปฏกรยาทท าในหองปฏบตการสวนใหญท าใหเกดผลตภณฑทเปนอะไครลหรอให สารผสมราซ

มก (racemic mixture) ตวอยางเชน ปฏกรยาการเตม HCl ทพนธะค คลอไรดไอออนเขาท าปฏกรยากบคาร

โบแคทไอออนซงเปน planar ไดทงจากดานบนและดานลางเทาๆ กน จงท าใหไดผลตภณฑเปน racemic

mixture

เนองจากสมบตทางกายภาพของคอแนนทโอเมอรเหมอนกน จงไมสามารถแยกคอแนนทโอเมอร

ไดโดยตรงดวยกระบวนการทางกายภาพ เชน การตกผลก การกลน ตองใชวธทางออม คอเปลยนคอ-

แนนทโอเมอรใหเปนไดแอสเตอรโอเมอร โดยใหท าปฏกรยากบไครลรเอเจนต เนองจากไดแอสเตอรโอ

เมอร มสมบตทงทางกายภาพและทางเคมตางกน จงสามารถแยกไดดวยกระบวนการทางกายภาพ เมอ

แยกไดแอสเตอรโอเมอร ออกจากกนไดแลวจงเปลยนกลบเปนแตละชนดของอแนนทโอเมอร ตามเดม

ตวอยางเชน การแยก racemic carboxylic acid ท าไดโดยใหท าปฏกรยากบ (+) หรอ ()-amine ทบรสทธ

จะไดเกลอ 2 ชนดผสมกน

79

(+)-RCO2H (+)-RCO2 NHR3 (+)

( )-RCO2H ( )-RCO2 NHR3 (+)

(+)-R3N:

เกลอทง 2 ชนดทเกดขนเปนไดแอสเตอรโอเมอร ซงสามารถแยกออกจากกนไดโดยวธทางกายภาพ เชน

การตกผลกตามล าดบสวน (fractional crystallization) เมอแยกเกลอไดแลวน ามาท าปฏกรยากบกรด เชน

กรดไฮโดรคลอรก (HCl) จะไดแตละอแนนทโอเมอร ของกรดคารบอกซลก

(+)-RCO2 NHR3 (+) (+)-RCO2H + (+)-R3NHH

( )-RCO2 NHR3(+) ( )-RCO2H + (+)-R3NHH

สรปความสมพนธระหวางไอโซเมอรประเภทตางๆ แสดงดงภาพ

achiral chiral

ไมม stereogenic center

การจบกนของ

อะตอมเหมอนกน

เหมอนกน

สารประกอบทมสตร

โมเลกลเหมอนกน

stereoisomers constitutional isomers

enantiomers cis,trans (E,Z) isomers

or diastereomers

enantiomers diastereomers meso compounds

compounds

conformational isomers

isomers

ม stereogenic centers

achiral

หมนรอบพนธะ

เดยว

การจบกนของ

อะตอมแตกตางกน

chiral

80

บรรณำนกรม

1. เกศรา สวรรณฉตร, สารอนทรย, เอกสารประกอบการเรยน Organic Chemistry for Non Chemistry

Students, ภาควชาเคม คณะวทยาศาสตร มหาวทยาลยเชยงใหม. 2550.

2. ชนตา พงษลมานนท. เคมอนทรยเบองตน. มหาวทยาลยสงขลานครนทร. 2547.

3. สนนทา วบลยจนทร. เคมอนทรย. มหาวทยาลยมหดล. 2539.

4. สรตน ละภเขยว. เคมอนทรย 1. มหาวทยาลยแมฟาหลวง. 2557.

5. Clayden, J.; Greeves, N.; Warren, S.; Wothers, P. Organic Chemistry, 1st ed., Oxford University

Press, 2001.

6. Klein, D. Organic Chemistry, 2nd ed., John Wiley and Sons, Inc., 2012.

7. McMurry, J. Organic Chemistry, 7th ed. Thomson Books/Cole, 2008.

8. Solomon, G.T.W and Fryhle, G.B. Organic Chemistry, 9th ed., John Wiley and Sons, Inc., 2008.

9. Solomon, G.T.W and Fryhle, G.B. Organic Chemistry, 10th ed., John Wiley and Sons, Inc., 2011.

81

แบบฝกหดสเตอรโอเคม

1. ใหวงกลมลอมรอบศนยกลางสเตอรโอจนกของสารประกอบตอไปน

ก.

ข.

ค.

ง.

2. ใหบอกความสมพนธระหวางสารแตละคทก าหนดให โดยเลอกใชค าตอไปน : constitutional isomer

(structural isomer) , enantiomers , diastereomers หรอ identical

ก.

และ

ข.

และ

ค.

และ

ง.

และ

จ.

และ

ฉ.

และ

ช.

และ

ซ.

และ

ฌ.

และ

ญ.

และ

3. ใหเรยงล าดบหมตอไปน โดยเรมจากหมทมล าดบสงทสด

ก. -Cl, -Br, -F, -I ข. -CH3, -NH2, -H, -OCH3

ค. -CH3, -CH2CH3, -CH(CH3)2, -OCH3 ง. -CH3, -CHO, -CH=CH2, -OCH3

82

4. Sterogenic centers ในโครงสรางตอไปนมคอนฟกเรชนเปน (R) หรอ (S)

ก.

ข.

ค.

ง.

จ.

ฉ.

5. เหตใด 2,4-Dibromopentane จงมจ านวน stereoisomers นอยกวา 2,3-dibromopentane

6. ในการแยกสารผสมราซมกของ 1-phenylethylamine โดยใช (-)-malic acid สารทไดจากการตกผลก

ใหมสารผสมของ diastereomeric salts คอ (R)-1-phenylethylammonium (S)-malate สวนสารอก

ชนดหนงละลายไดดกวา จงยงคงอยในสารละลายใหบอกคอนฟกเรชนของเกลอทยงคงอยใน

สารละลาย

1-phenylethylamine (-)-malic acid

7. ใหเขยนไอโซเมอรทงหมดของแอลคลเฮไลดทมสตรโมเลกลเปน C5H11Br ไอโซเมอรใดเปนไครล (chiral)

(วงกลมลอมรอบศนยกลางสเตอรโอจนกดวย) และไอโซเมอรใดเปนอะไครล (achira)l

8. 1,3-dimethylcyclohexane มไอโซเมอรหนงเปนสารประกอบมโซ ใหแสดงสตรโครงสรางพรอมทงระบ

ดวยวาเปนไอโซเมอรแบบ ซส หรอ ทรานส

9. 3-penten-2-ol มสเตอรโอไอโซเมอรจ านวนเทาใด

10. ใหเขยนโครงสรางคอแนนทโอเมอร R และ S ของไครลแอลคนทมสตร C6H12