POGLAVLJE 5: STEREOIZOMERI

POGLAVLJE 5: STEREOIZOMERI Predmet i lik u ogledalu ugljovodonika limonena

šišarka smrče pomorandža

Odnos između različitih tipova stereoizomera

Podsećanje: a. Konstitucioni izomeri b. Stereoizomeri (cis-trans cikloalkani) c. Stereoizomeri koji se odnose kao predmet i lik u ogledalu

Poznata reakcija bromovanje butana:


Ova dva 2-bromobutana nisu identična (ne mogu se preklopiti: odnose se kao predmet i lik u ogledalu)

Dve prikazane strukture nisu identične. Da bi preveli jednu u drugu neophodno je raskinuti veze.

Molekuli koji ne mogu da se preklope sa likom u ogledalu su hiralni, a svaki izomer iz para zove se enantiomer. 50:50 smesa enantiomera je racemska smesa.

C Stereocentar

Molelkuli sa jednim stereocentrom su uvek hiralni

*

Hiralni molekuli sadrže atom koji je vezan za četiri različita supstituenta. Takav nukleus zove se asimetričan atom ili stereocentar.

Molekuli koji se mogu preklopiti sa svojim likom u ogledalu su ahiralni.

Asimetrični ugljenik nema ravan simetrije


Objekti mogu biti hiralni i ahiralni

Simetrija u Prirodi

20,000 : 1

Möbius-ova traka

Enantiomeri: Koji je koji? Apsolutna konfiguracija.

1. Apsolutna konfiguracija može se odrediti analizom X-zracima

2. Polarimetar: Optička rotacija ravni polarizovane svetlosti: Lik dekstrorotatorni (rotiranje u smeru kao kazaljka na satu), (+)-enantiomer

Ogledalska slika levorotatorna (ritiranje suprotno od kretanja kazaljke na satu), (-)-enantiomer.

Stereoizomerija

Polarimetar

[] specifična rotacija.

Optička rotacija: [α]λt(ºC) =

α lc

Izmerena rotacija

Koncentracija (g ml-1)

Dužina suda (u dm)

Važno: Znak rotacije ništa ne govori o apsolutnoj konfiguracija

C

CH2CH3

CH3

Br

H

C

CH2CH3

H3C

Br

H

-23.1 +23.1

*

Enantiomeri su optički aktivni.

Racemati nisu.

Ogledalska ravan

*

Cahn-Ingold-Prelog R,S-Nomenklatura

Obeležavanje svih supstituenata na stereocentru, prema sekvencionim pravilima. Rangiranje sva četiri supstutuenta po opadajućem redosledu prioriteta: a, b, c, d. Postaviti supstituent sa najnižim prioritetom što dalje od posmatrača.

Moguća su dva rasporeda supstituenata:

a, b, c udesno : R

a, b, c ulevo : S

C

a

d

b

c

Apsolutna konfiguracija: R-S sekvenciona pravila

R

Cahn-Ingold-Prelog 1966

2. Kada je prioritet na prvom atomu isti: ide se do prve tačke razlikovanja.

1. Redosled po atomskom broju, i.e. H = 1, najniži.

-CH2CH2SH -CH2CH2SCH3 ‹ -CH2CH3 -CCH3

CH3

H ‹

-CH2CH2OH -CHCH3

CH3

‹ -CHCH3

D

‹ -CH2CBr3

b

Sekvenciona pravila

C

H

CH3

Br

I

c a

d

N : * R

d

Izuzetak: slobodan par,

# “nula”. E.g., amini:

3. Višestruke veze: tretiraju se kao zasićene, broj atoma se udvostručuje ili utrostručuje na svakom kraju odgovarajućim atomima sa drugog kraja višestruke veze.

C C C C

C C

C C

H H

C C

H H

C O

H O C O C

H N C C N

N

C N

C

C C C C

Određivanje R- ili S- konfiguracije

Fischer-ove projekcione formule

Br H

C CH3 CH2CH3

H

Br

CH3 CH2CH3

H

Br

Oči u ravni table

Zavisno iz kog ugla se gleda moguće je nacrtati nekoliko Fischer-ovih projekcionih formula za isti molekul.

Fischer-ove projekcije

Pravila za Fischer-ove projekcije:

1. Zabranjena rotacija za 90o u ravni

2. Kada dva supstituenta zamene mesta dobija se drugi enantiomer

Br

CH3 CH2CH3

H CH2CH3

Br

CH3

H H

CH2CH3

Br

CH3

R R R

Dve zamene ne dovode do promene konfiguracije: Prime: (2R)-Bromobutan

1a

2b 3c

4d

1a

2b

3c

4d R !!

Ovim postupcima moguće je odrediti konfiguraciju R,S :

Primer:

Br

2b

4d

3c CH3 CH2CH3

H

1a 1a

2b 3c

4d 1a

2b 3c

4d

R R R

1a

1a 1a 2b

2b

2b

3c

3c

4d 4d 4d

3c

R !!

2b

3c

4d

1a 1a

2b

3c

4d

ili R S

Problem: Da li su ovi molekuli enantiomeri?

I

F

H CH3 I

F

H

CH3

Rešenje:

I

F

H CH3

I

F

H

CH3

I

F

H CH3 d

a

b

c

d

a b

c

S

I

F

H

CH3

a

b

c

d

d

a

b c S

Dva stereocentra: hlorovanje 2-brombutana

*

Br Br

*

Cl

* Cl2, hν

-HCl

RR, RS SR, SS

Četiri stereoizomera

RR SS i RS SR su parovi enantiomera

Diastereoizomeri su stereoizomeri koji se ne odnose kao predmet i lik u ogledalu

Diastereoizomeri

Zaključak: Dva stereocentra četiri stereoizomera

Cl H

H Br

H H Br

Cl

Br

Cl H

H

CH3

CH3

Br

Cl

H

H

CH3

CH3

CH3

CH3

Cl

Br H

H

CH3

Br

H

CH3

Cl

H S

S S S

S S

Diastereoizomeri

R

R

R

R S

S

Enantiomeri

Određivanje konfiguracije u diastereoizomerima

Zapamtiti: a b c d

Ciklični analozi: R,R (i S,S) = trans R,S (i S,R) = cis

Povezani C atomi

Određivanje R,S u cikličnim jedinjenjima

*

Br Br

*

Br

* Br2, hv

-HBr Ista procedura: SS SR RS RR

CH3

CH3

H

H Br

Br

CH3

CH3

Br

Br H

H

CH3

CH3

Br

H Br

H

CH3

CH3

H

Br H

Br

Ovi diastereoizomeri su posebni: Predmet se poklapa sa likom u ogledalu. Molekul ima ravan simetrije!!!!

Diastereoizomeri

Dva stereocentra sa istim supstituentima

• Jedinjenja koja sadrže ravan simetrije su ahiralna • Takvi diastereoizomeri se zovu mezo-jedinjenja

Ravan simetrije kod mezo diastereoizomera

Antilopa Kudu je mezo

Svi cis-disubstituisani cikloalkani sa identičnim supstituentima su mezo-jedinjenja; ili nemaju stereocentre kao npr. 1,4-disupstituisani cikloheksan.

CH3

CH3

CH3

CH3

ali

Nema stereocentara

CH3

* *

CH3 Br H

CH3

CH3

H H Br H

*

*

Primeri:

Ciklični analozi: Mezo je Cis

RRR RRS RSR SRR

SSS SSR SRS RSS

Tri stereocentra

Diastereoizomeri

Enantiomeri

8 Stereoizomera (maksimum): 4 Diastereoizomerna para enantiomera

Manji broj stereoizomera ako postoji mezo-jedinjenje npr. mezo-2,3,4–tribrompentan:

Br H

CH3

CH3

Br H Br H

Br H

CH3

CH3

H Br Br H

Generalno: n Stereocentara daje maksimalno 2n stereoizomera, e.g. 2, 4, 8, 16, 32…

* * *

H3C H

Br Cl FH3CO

Osnovno pravilo: Ne može se dobiti višak ili jedan enantiomer iz ahiralnog materijala ili racemske smese.

Br

* Br2, hv

-HBr

ahiralno

hiralno, ali racemat

Smesa 50:50 R i S

Stereohemija hemijskih reakcija

ahiralna sredina

Objašnjenje:

Kada je polazni materijal čist enantiomer ili оbogaćen jednim enantiomerom (i zato je optički aktivan) a apstrakcija H se odvija na stereocentru proizvod je racemat i nije optički aktivan.

CH3

CH3

H

H Br

H

Cl·

HCl

CH3

CH3

H

Cl Br

H

CH3

CH3

H

Cl Br

H

Planarno i simetrično prelazno stanje

Racemat Važno: Ukoliko se polazi od racemata, dobija se racemat

Optički neaktivan

C C CH3

H Br

H CH3 -

S S R Cl2

Formiraju se jednake količine

CH3

CH3

H

H Br

H

Cl·

HCl

CH3

CH3

Cl

H Br

H

CH3

CH3

H

H Br

Cl

Nesimetrično

Diastereoizomeri Ukoliko se polazi od racemata, dobijaju se diastereoizomeri, ali nastaje smesa racemata (nije optički aktivno).

Oba izomera su optički aktivna i nastaju u

nejednakim količinama: stereoselktivnost

C C CH3

H

Br

H CH3 -

S

S

S

S R

S Cl2

Kada je polazni materijal čist enantiomer ili оbogaćen jednim enantiomerom (i zato je optički aktivan), a apstrakcija H se ne odvija na stereocentru, proizvod reakcije je čist enantiomer ili obogaćen jednim enantiomerom i optički je aktivan

Stereoselektivnost: Dva diastereoizomera nastaju u nejednakim količinama. Sklonosta ka jednom enantimoeru.

Pasteur: racemski amonijum-tartrat kristališe u obliku dve vrste kristala koje se medjusobno odnose kao predmet i lik u ogledalu “enantiomerni kristali”.

Razdvajanje enantiomera?

Hemijsko

razdvajanje enantiomera

Slična vrednost je slučajna

Enantiomeri i fiziološka aktivnost

Lekovi: Enantiomeri deluju

različito

H2NOH

O

O

H2N H

S

gorak sladak

Asparagin

NH2

HO

O

O

NH2H

R

Cl

Cl

OOH

O

CH3H

R

Cl

Cl

OHO

O

H3C H

S

aktivan neaktivan

Dichlorprop

(Herbicid)

HO

HOH2CHN

HO H

OH

CH2OHHN

OHH

RS

BronchodilatorAntagonist

Albuterol

Prepoznavanje enantiomera

U prirodi: Enzimi, receptori

Enantioselektivnost : Stvaranje jednog enantiomera iz

ahiralnog materijala

Koji reagens ili katalizator može napraviti razliku

koji?

Neophodan hiralni reagens!!!!

Zašto je priroda „Šaci svojstvena“-šta je izvor enantiomerije?

Odgovori: “spontano razdvajanje”, delovanje hiralnih fizičkih sila, zemljina rotacija, cirkularno polarizivana „hiralna svetlost“, enantiomerni višak dospeo sa druge planete………

Documents

POGLAVLJE 5: STEREOIZOMERI