Download pdf - Sterio Isomer

Transcript

สเตอรโอเคม (Stereochemistry)

บทท 6

6.1 บทนา สเตอรโอเคม (Stereochemistry) เปนวชาทศกษาเกยวกบโครงสรางสามมตของโมเลกล

โครงสรางทวไปของสารประกอบอนทรยทเขยนบนกระดาษนน เราจะเหนแคโครงสรางทเปนสองมต แตโครงสรางทแทจรงของโมเลกลเปนรปสามมต แมวาเราจะมวธเขยนแสดงโครงสรางโมเลกลเปนสามมต เชน Sawhorse projections, Newman projections, Wedge projections เปนตน แตการมองโครงสรางทเขยนบนแผนกระดาษไมเพยงพอทจะทาใหนกศกษาเขาใจอยางถองแทถงโครงสรางทแทจรงของโมเลกลของสาร เพอใหนกศกษาไดเหนภาพพจนทแทจรงของโมเลกลของสาร เราจะใหนกศกษาทดลองทาแบบจาลองโมเลกลของสารประกอบอนทรยดวยตนเอง ไดเหนตาแหนงตางๆ ของอะตอมภายในโมเลกล และรปรางทแทจรงของโมเลกลของสาร

6.2 ชนดของไอโซเมอร ไอโซเมอร คอ สารตางชนดกนทมสตรโมเลกลเหมอนกน ไอโซเมอรถกจาแนกออก

เปนชนดตางๆ ดงน Isomers structural isomers conformational Stereoisomers isomers enantiomers diastereoisomers

geometrical isomers

CM 328 57

6.2.1 ไอโซเมอรเชงโครงสราง (Structural isomers) คอไอโซเมอรทมโครงสราง (สองมต) ตางกน เชน Skeletal isomers เชน

CH3CH2CH2CH3CH3 CH3

CH

CH3 n-Butane Isobutene Positional isomers เชน

CH3CH2CH2Cl CH3CH3

CHCl

1-Chloropropane 2-chloropropane Functional isomers เชน

CH2CH2OH CH

3O CH3

Ethanol Dimethyl ether

6.2.2 คอนฟอรเมชนนลไอโซเมอร(Conformational isomers) เปนไอโซเมอรทเกดขนจากการหมนรอบพนธะเดยวซงทาใหตาแหนงของอะตอมภาย

ในโมเลกลเปลยนแปลงไปจากเดม เชน

Acyclic compounds Ethane

H

H

H

H

HH

H

H H

H

HH

H

H

H

H H

H

HH H

H HH

sawhorse Newman Sawhorse Newman Eclipsed staggered

CM 328 58

n-Butane

H

H H

CH3

HH

3C

H

CH3

H

H3C

HH

H

CH3

H

H H

CH3

CH3H H

H HCH3

H

CH3

CH3

H

H CH3

H

CH3H

H

H

CH3

HH

CH3H

CH3

H3C

HH

H

HHH

(sp) (ac) (sc) (ap)

Cyclic compounds

Cyclopropane Cyclobutane

Envelope half-chair Cyclopentane

Twist-boatChair Boat Cyclohexane

CM 328 59

6.3 สเตอรโอไอโซเมอร (Stereoisomers) เปนสารประกอบทมสตรโมเลกลเหมอนกน แตตางกนทการจดตวของอะตอมในอวกาศ

(space) การจดตวดงกลาวนกคอการจดตวทเปนรปสามมต การจดตวทเปนรปสามมตนเราเรยกวา คอนฟกเรชน ดงนน สเตอรโอไอโซเมอรกคอโมเลกลทมคอนฟกเรชนตางกน

X

C

YA

B

X YA B

การจดตวของอะตอมหรอหมรอบๆ อะตอมทเปนศนยกลาง เชน คารบอน ถาอะตอมทมาจบกบคารบอนตางกนทง 4 ตว เราเรยกคารบอนซงเปนศนยกลางของรปเตตตระฮดรลวา ศนยไครล (chiral center) หรอ asymmetric carbon atom และสารประกอบนจะมสเตอรโอไอโซเมอรได 2 ตวทมคอนฟกเรชนตางกน

สารประกอบทมศนยไครล 1 ศนย สารประกอบทมศนยไครล 1 ศนยจะมสเตอรโอไอโซเมอรได 2 ตว สเตอรโอไอโซเมอร

นมความสมพนธเปนภาพในกระจกเงาของกนและกน เราเรยกสารประกอบ 2 ตวนวา อแนนตโอเมอร (Enantiomers)

CHO

CHO

CH3

CHO

C

CH3

OHH

CHO

ClCCl

CH3

CHO

C

CH3

ClClH

ก กระจก ข ค กระจก ง

อแนนตโอเมอร ก และ ข เปนสารคนละตว ค และ ง เปนสารตวเดยวกน

(มศนยไครล 1 ศนย) (ไมมศนยไครล ไมมอแนนตโอเมอร )

CM 328 60

อแนนตโอเมอรทง 2 ตว (ก และ ข) ไมสามารถซอนทบกนสนท (non-superimposable) แต ถาสารประกอบใดมหมแทนทหรออะตอมทจบกบคารบอนซากน โมเลกลนนจะไมมอแนนตโอเมอร เพราะอแนนตโอเมอร 2 ตวน (ค และ ง) เปนสารตวเดยวกนและสามารถซอนทบกนไดสนท (super-imposable) เราเรยกสารประกอบ (ค หรอ ง) วา มโซเมอร (mesomer)

สารประกอบทมศนยไครลมากกวา 1 ศนย สารประกอบทมศนยไครลมากกวา 1 ศนย จะมจานวนสเตอรโอไอโซเมอรมากกวา 2 ตว

ในกรณทเปนศนยไครลทตางกน(หมทจบกบศนยไครลไมซากน) จานวนสเตอรโอไอโซเมอรท

เปนไปไดคอ 2n โดย n เปนจานวนศนยไครลทแตกตางในโมเลกลนน ตวอยางเชน

ไดแอสเตอรโอไอโซเมอร

CHO CHO

C H

C C

H HO

CH2OH

OHC

HHOOHH

CHO CHO

H

C C

HO H

CH2OH CH2OH

C

HHO

OH

H

CH2OH

C

OH

กระจก กระจก อแนนตโอเมอร อแนนตโอเมอร ไดแอสเตอรโอไอโซเมอร

ไดแอสเตอรโอไอโซเมอร

สรป : สเตอรโอไอโซเมอรทงหมดม 4 รป มอแนนตโอเมอร 2 ค

สาหรบสารประกอบทมศนยไครลหลายศนยทเหมอนกน(คอศนยไครลเหลานมหมทจบ

อยเหมอนกน) สารประกอบดงกลาวจะมจานวนสเตอรโอไอโซเมอร < 2n ตวอยางเชน

CM 328 61

COOHC

H

COOH

OHC

OHHCOOH COOH

OH

C C

HO CH

COOH COOH

HC

HHOOHH

กระจก มโซเมอร อแนนตโอเมอร

ไดแอสเตอรโอไอโซเมอร ไดแอสเตอรโอไอโซเมอร

สรป : สเตอรโอไอโซเมอรทงหมดม 3 รป คอ อแนนตโอเมอร 1 คและมโซเมอร 1 ตว

สารประกอบทมศนยไครลแตโมเลกลมระนาบสมมาตรจะไมมอแนนตโอเมอร เพราะสารประกอบดงกลาวและอแนนตโอเมอรของมนเปนสารตวเดยวกน เราเรยกสารดงกลาวนวา มโซเมอร (mesomer)

6.4 คณสมบตของอแนนตโอเมอร อแนนตโอเมอร 2 ตวทมโครงสรางเปนภาพในกระจกเงาของกนและกนมคณสมบตท

สามารถหมนหรอเบยงเบนระนาบแสงโพลาไรสได สารทมคณสมบตดงกลาว เราเรยกวา สารออปตกลลแอกตฟ (optically active compounds) หรอเปนสารทมออปตกลแอกตวต (optical activity)

อแนนตโอเมอร 2 ตวน มคณสมบตทางกายภาพเหมอนกนแทบทกประการ แตจะมความแตกตางอย 2 ประการ คอ 1. หมนหรอเบยงเบนระนาบแสงโพลาไรสไปในทศทางตรงกนขามกน โดยตวหนงจะหมนระนาบ

แสงไปทางขวา เรยกชอนาหนาวา “dextrorotatory” หรอ “d” หรอ “+” สวนอกตวหนงหมน

ระนาบแสงไปทางซาย เรยกชอนาหนาวา “levorotatory” หรอ “l” หรอ “−” ตวอยางเชน กรดแลกตก (Lactic acid)

CM 328 62

COOH

HO C H

CH3

COOH

H C O

CH3

H

d -lactic acid หรอ (+)-lactic acid l -lactic acid หรอ (-)-lactic acid

2. ถานาอแนนตโอเมอร 2 ตวนไปทาปฏกรยากบรเอเจน (reagent) หรอ สารทออปตกลลแอกตฟ (optically active) อแนนตโอเมอร 2 ตวนจะทาปฏกรยาดวยอตราเรวทตางกน เชน R

NH2

CH COOH ไมเกดปฏกรยา

R

NH2

CH COOH

D-enantiomer

R

D-aminooxidase

L- enantiomer

O2 , H2O2

C OHD-aminooxidase

O2 , H2O2

H2O

O

NH3+ +

6.5 ฟชเชอรโปรเจกชน (Fisher projection) เปนวธเขยนโมเลกลสามมตทเสนอแนะโดย Emil Fisher(1891) ฟชเชอรโปรเจกชน

เขยนงายโดยเพยงลากเสนตดกนเปนมมฉาก จดตดของเสนตงฉากเปนตาแหนงของคารบอนอะตอม หมทอยในแนวนอน(ดานขวาและซาย)จะอยเหนอระนาบของกระดาษ สวนหมในแนวตง(ดานบนและลาง)จะอยใตระนาบของกระดาษ

CH3

COOH

CHO H C

CH3

HO H

COOH

CH3

HO H

COOH

Wedge projection Fisher projection

CM 328 63

CH3

COOH

CH C

CH3

H OH

COOH

H

CH3

OH

COOH

OH

Wedge projection Fisher projection

การเปลยนแปลงตาแหนงของหมทมาจบกบคารบอนทเปนศนยไครล อาจทาใหเปลยน เปนสารใหมซงไมใชสารเดม จงตองทราบวธทถกตองในการยายหมตางๆ รอบๆ ศนยไครล

การหมนฟชเชอรโปรเจกชนเปนมม 180o ในระนาบของกระดาษสามารถทาไดโดยสตรทเปลยนไปยงคงเปนของสารตวเดม เชน

1.

หมน 1800

ในระนาบของกระดาษ

CH3CH

COOH

OH

CH3

C H

COOH

HO

2. การตรงหมใดหมหนงไวแลวหมนอกสามหมตามหรอทวนเขมนาฬกาสามารถทาไดโดยสตรเหลานยงคงเปนของสารตวเดมอย

CH3

OH

COOH

H CH3

OH

COOH

H

CH3

OH

COOHH

CH3

HO

COOH

H

6.6 คอนฟกเรชนสมบรณ (Absolute configuration) 6.6.1 ระบบ RS R และ S ใชนาหนาชอของสารเพอบอกคอนฟกเรชนสมบรณ (Absolute configuration)

ของศนยไครลโดยอาศยหลกของ sequence rule ในกรณทศนยไครลเปนคารบอนอะตอม การพจารณาอะตอมทงสตวทจบกบศนยไครลโดยตรง ใหวางอะตอมทม priority ตาสดใหไกลจาก ตาของคนมองมากทสด สวนอกสามอะตอมทเหลอใหเรยงลาดบตาม sequence rule โดยเรยง

CM 328 64

จากเลขอะตอม(atomic number)สงไปตา ถาการเรยงลาดบของสามอะตอมนวนตามเขมนาฬกา คอนฟกเรชนสมบรณจะเปน R แตถาวนทวนเขมนาฬกา คอนฟกเรชนสมบรณจะเปน S ถาเลขอะตอมเทากน ใหเปรยบเทยบเลขมวลและถาเทากนอก ใหพจารณาอะตอมตวถดไป

R-2-Butanol S-2-Butanol

Priority : - OH > -CH2CH3 > -CH3 > H

CHO CHO

H

C C

HO H

CH3CH

3

C

HHO

OH

H

C

OH

(2R , 3S)-Butanol (2S , 3R)-Butanol

การเรยงลาดบของอะตอมและหมตางๆตาม sequence rule เปนดงน : I > Br > Cl > S > P > F > O > N > C > D(deuterium) > H

−C(CH3)3 > −CCH(CH3)2 > −CH2CH3 > −CH3

CO

CO

NH2CO

RCO

HCO

> > > >OR OH

C N > C C CH CH2>H

CM 328 65

6.6.2 ระบบ DL เปนระบบทใชบอกคอนฟกเรชนสมบรณแบบเกาทใชเรยกสารประกอบประเภทคารโบ

ไฮเดรต และกรดอะมโน โดยการพจารณาจากฟชเชอรโปรเจคชนของโมเลกลทมโครงสรางแบบ R1 – CHX – R2 กอนอนใหจดหมทมระดบออกซเดชนสงกวาอยดานบน ถาหม X (กรณของคารโบไฮเดรด, X = OH; สวนกรณของกรดอะมโน, X = NH2) อยทางขวามอ ใหมคอนฟกเรชนสมบรณเปน D แตถาหม X อยทางซายมอ ใหมคอนฟกเรชนสมบรณเปน L เชน

CHO

CH

CH2OH

OH

CHO

C H

CH2OH

HO

กระจก

D-(+)-glyceraldehyde L-(−)-glyceraldehyde

HO

CHO

OHHHHOOHHOHH

CH2OHD-(+)-Glucose

COOH

HNH2

OHHCH3

COOH

HCH3

L-(+)-ThreonineL-(+)-Lactic acid

2

5

(พจารณาจากหม NH2 ท C2 (พจารณาจากกหม OH ท C5

ซงเปนศนยไครลสาดบตาสด) ซงเปนศนยไครลสาดบสงสด)

6.7 Cis-trans isomers

6.7.1 ระบบ EZ ใชเรยกสารประกอบทเปนจโอเมตรกลปไอโซเมอร (geometrical isomers) หรอซส-

ทรานส-ไอโซเมอร (cis - trans isomers) วธการคอ เปรยบเทยบ priority ของหมแทนททงสองทจบกบคารบอนแตละตวของพนธะคตามsequence rule ถาหมแทนท 2 หมทม priority

CM 328 66

C C

Br Cl

CH3I Br ม priority สงกวา CH3

E-1-bromo-2-chloro-2-iodo-propene I มpriority สงกวา Cl Br และ I อยดานตรงขามกน

HH3C

H

CH3

HCC

H3C

HCC

CH3 Z - 2 -Butene E - 2 –Butene

หรอ Cis -2 – Butene trans – 2 - Butene

H H H CH3 H3C CH3 H3C H Z- หรอ Cis- E- หรอ trans- 1,2 –Dimethylcyclopropane

6.7.2. ระบบ re-si เปนระบบทใชเรยกดานสองดาน (faces) ของสารประกอบทมพนธะค เนองจากสารประกอบ

เหลานเปนรปแบนราบ การเรยกชอดานสองดาน (หนาและหลงหรอบนและลาง) ของสารประกอบเหลานทาไดโดยมองโมเลกลจากดานใดดานหนง แลวเรยงลาดบอะตอมหรอหมแทนททจบกบคารบอนตาม sequence rule

CM 328 67

มองจากดานหลง

มองจากดานหนา

ดานหนา

XY

ZC

ดานหลง

C

X

Z

C

X

Y ZY

si re

ถาเปนพนธะค C=C การเรยกชอตามระบบ re-si โดยพจารณาคารบอนทละตว (เรยงลาดบจาก 1 ไป 2)

re-si มองจากดานบน si-si มองจากดานบน

C CHOOC COOH

H HC C

H COO

HOOC H

H1 2 1 2

si - re มองจากดานลาง re-re มองจากดานลาง

maleic acid fumaric acid

CM 328 68

ระบบ αβ 6.8 ใชบอกตาแหนงของหมแทนทในสารประกอบบางประเภท เชน นาตาล และโดยเฉพาะอยาง

ยงใน steroid อะตอมหรอหมแทนททอยใตระนาบของกระดาษเปนตาแหนง α [เขยนเปนเสน

ประในรปแบนราบ (steroid) หรอตาแหนง axial ในรปสามมต(รปบนซาย)] สวนอะตอมหรอหม แทนททอยเหนอระนาบของกระดาษเปนตาแหนงβ[เขยนเปนเสนหนาทบในรปแบนราบ(steroid)

หรอตาแหนง equatorial ในรปสามมต (รปบนขวา) ]

O

H

OH

H

OH

H

OHOHH

H

OH

O

H

OH

H

OH

H

HOHH OH

OH

α- D-(+)- glucopyranose β - D-(+)- glucopyranose

CH3

CH3

HO

H

H

COOH

H

H

OH

α steroid (รปแบนราบ) β

6.9 Symmetry elements และ Chirality คณสมบตความสมมาตรของโมเลกลสามารถพจารณาไดจาก symmetry elements ซง

สามารถใชประกอบในการพจารณา ไครลลต (chirality) ของโมเลกลได symmetry elements ทสาคญประกอบดวย

1. ระนาบสมมาตร (A plane of symmetry หรอ σ plane) เปนระนาบทแบงโมเลกลออกเปน 2 สวน แตละสวนเปนภาพในกระจกเงาของกนและ

กนหรออาจเรยกวา เปนระนาบกระจกเงา ตวอยางเชน

CM 328 69

COOH

C

H

COOH

OHC

OHHσ

2. ศนยสมมาตร (A center of symmetry หรอ i)

เปนจดกงกลาง หรอ จด i ของโมเลกลซงโมเลกลนมอะตอมทเหมอนกนอยตรงกนขามกนและเมอลากเสนจากจดนไปยงอะตอมทงสอง จะมระยะหางทเทากน

HO CL

OH

i

Cl

3. แกนหมน-สะทอนกลบ (rotation-reflection axis หรอ Sn)

เปนแกนนาซงเมอหมนโมเลกลรอบแกนนเปนมม แลวใชกระจกเงาสะทอนภาพใน

แนวตงฉากกบแกนหมน ภาพของโมเลกลในกระจกเงาจะเหมอนกบโมเลกลกอนหมนทกประการ n

0360

เชน

H

Cl

Cl

H

Cl

H

Cl

HC S4

CM 328 70

4. แกนหมนสมมาตร (axis of symmetry หรอ Cn , n > 1)

เปนแกนหมนทเมอหมนโมเลกลรอบแกนหมนเปนมม (n > 1) จะไดโมเลกลท

เหมอนเดมทกประการ คอ เหมอนกบโมเลกลตอนกอนหมน ตวอยางเชน n

0360

CHCH3

C2H5HC

C2H5

CH3

C2

คณสมบตความสมมาตร และ ไครลลตของโมเลกล

โมเลกลทอะไครล (achiral molecule) คอโมเลกลทประกอบดวย symmetry elements ตอไปน

1. ระนาบสมมาตร (σ) 2. ศนยสมมาตร ( i ) 3. แกนหมนสะทอนกลบ (Sn)

โมเลกลทไครล (chiral molecule) คอ 1. โมเลกลทประกอบดวย symmetry element คอ แกนหมนสมมาตร (Cn , n > 1 ) 2. โมเลกลทไมม symmetry elements คอโมเลกลทประกอบดวย point group C1

6.10 ออปตกล แอกตวต(Optical activity) สารประกอบทไครลสามารถหมนระนาบแสงโพลาไรสได สารประกอบเหลานอาจอยใน

รปบรสทธของแขง ของเหลว หรอกาซบรสทธ สารประกอบทมคณสมบตดงกลาวเปนสารประ กอบทออปตกลลแอกตฟ (optically active compound) หรอมออปตกลแอกตวต (optical activity)

CM 328 71

สารประกอบออปตกลลแอกตฟอาจเปนสารประกอบตอไปน คอ 1. เปนสารประกอบทม chiral center อยางนอยหนงตว ตวอยางเชน

CH3

CH

CH3

CHO

C6H5C6H5

OH H

กระจก [α] = +42.9o (neat) [α] = - 42.9o (neat) 27

D27D

1-Phenylethanol

หรอ 2. เปนสารประกอบทไมม chiral center แตมความไมสมมาตรของโมเลกล สารเหลานกเปนสารไครลเชนกน ตวอยางเชน

6.11 เรโซลชนของสารผสมราซมก (Resolution of racemic mixture )

สารผสมราซมก ประกอบดวย อแนนตโอเมอรสองตวทมปรมาณเทากนมาผสมกน สารผสมราซมกไมสามารถหมนระนาบแสงโพลาไรส เนองจากอแนนตโอเมอรตวหนงหมนระนาบแสงโพลาไรสไปทางขวา อกตวหนงหมนระนาบแสงไปทางซายดวยมมทเทากน คาการหมนจง

Paracyclophane Ansa derivative

Trans-cyclo-octene Hexahelicene

CM 328 72

(+) – B – (+) – A (+) – B ⎯⎯⎯ →⎯regenerate

(±) – B + 2 (+) – A แยก

Racemic chiral

Mixture reagent (−) – B – (+) – A (-) – B ⎯⎯⎯ →⎯regenerate

Diastereoisomers

สารผสมราซมกทเปนกรดอนทรย แยกไดโดยเปลยนใหเปนเกลอไดแอสเตอรโอไอโซเมอร (diastereomeric salts) โดยการทาปฏกรยากบเบสอนทรย เชน เอมนทมoptically pure) แลวแยกเกลอไดแอสเตอรโอไอโซเมอรออกจากกนดวยการตกผลกลาดบสวน

สารผสมราซมกทเปนเบสอนทรยกใหทาปฏกรยากบกรดอนทรยท optically pure แลวแยกเกลอไดแอสเตอรโอไอโซเมอรออกจากกนดวยวธธรรมดา

R′NH2 + R∗COOH (±)-R′+Ν H3

−OOCR∗ (±)-เบส กรด เกลอไดแอสเตอรโอไอโซเมอร แยก

(+)-R′ H3−OOCR∗ (−)-R′

+Ν H3

−OOCR∗

สารละลาย NaOH เจอจาง สารละลาย NaOH เจอจาง

R∗COO-Na+ + (+)-R′NH2 R∗COO

-Na+ + (−)-R′NH2

CM 328 73

สารผสมราซมกทเปนกลาง ใหเปลยนเปนอนพนธของกรดหรอเบสกอน แลวจงเปลยน เปนเกลอไดแอสเตอรโอไอโซเมอร เชน ราซมกแอลกอฮอลใหทาปฏกรยากบ phthalic anhydride กอนได racemic hydrogen phthalate ester ซงยงมหมกรดอย จงใหทาปฏกรยากบบรซน (brucine)ทบรสทธ จะไดเกลอไดแอสเตอรโอไอโซเมอรแลวแยกออกโดยการตกผลก นาผลกทไดมาไฮโดรไลสดวยกรดเพอแยกบรซนออก แลวไฮโดรไลสดวยเบส จะไดแอลกอฮอลทออปตกลลแอกตฟกลบคนมา(รปท6.1)

C

CH3O

C

O

+ CHC6H13(+)

O

COOH

C OO

CH

2-Octanol

CH3

C6H13OH

COO-Brucine-(-)

C OO

CH

CH3

C6H13-(+)

(-)-Brucine

(+)

เกลอไดแอสเตอรโอไอโซเมอร

COO-Brucine-(-)

C OO

CH

CH3

C6H13-(+)

COO-Brucine-(-)

C O CH

CH3

C6H13

O

HCl

COO-Brucine-(-)

C OO

CH

CH3

C6H13-(+) OH-CH3CHC6H13(+)

2-Octanol

OH

(+)

+

รปท 6.1 เรโซลชนของราซมกแอลกอฮอล

แยกเกลอไดแอสเตอรโอไอโซเมอร

COO-

(-)

COO-

CM 328 74

6.12 โพลารมเตอร (Polarimeter) เปนเครองมอทใชวดออปตกลแอกตวตของสาร สวนประกอบของโพลารมเตอรมดงน :

แหลงกาเนดแสง, Nicol prism ทเปนโพลาไรเซอร (polarizer), หลอดบรรจสารและ Nicol prism ทเปนตววเคราะห (analyzer)

รปท 6.2 สวนประกอบของโพลารมเตอร

แสงจากแหลงกาเนดซงสนไปทกทศทกทาง เมอผาน Nicol prism แสงจะสนอยใน

ระนาบเดยวซงเรยกวา plane-polarised light ในขณะทหลอดบรรจสารวางเปลา เราจะเหนแสงมความเขมสงสด ถาหมน analyzerไป แสงจะคอยๆมวลงจนกระทงมวทสด ถาหมนanalyzer ไปท 90O จดทมดทสดคอจดศนย (zero point)

ถาใสสารตวอยางในหลอดแลวไมมการเปลยนแปลงความเขมของแสงจากจดศนย แสดงวา สารนน optically inactive แตถาสารนนหมนระนาบแสงโพลาไรส จะเหนแสงสวางขน ใหหมน analyzer ไปจนกวาจะเหนแสงมวทสด(ทจดศนย) มมทหมน analyzer ไป คอ α องศา ถามมทหมนไปอยในทศตามเขมนาฬกา แสดงวา สารนหมนระนาบแสงไปทางขวา เราเรยกสารนวา dextrorotatory isomer หรอ d-isomer แตถาหมน analyzer ไปทางซายจงจะถงจดศนย แสดงวา สารนหมนระนาบแสงไปทางซาย เราเรยกสารนวา levorotatory isomer หรอ l-isomer

ในทางปฏบต การสงเกตจดศนยทาไดยาก เพอใหการวดจดศนยทาไดดขน คอจดเครอง มอใหเหนแสงเปนสองสวน ถาถงจดศนยจะเหนแสงในสองสวนนมความเขมเทากน ( ดรปท 6.1)

CM 328 75

ถามการขยบ analyzer เพยงเลกนอย แสงสวนหนงจะสวางขนหรอมดกวาอกสวนหนง การวดจดศนยโดยการเปรยบเทยบความเขมของแสง ทาใหวดไดแมนยากวาอยางนอย 0.01O ในขณะทการวดโดยวธสงเกตจดทมวทสดมความแมนยาตา( 5O)

±

±

(ก) (ข) (ค)

รปท 6.3 การปรบ analyzer รป (ก) และ (ค) เปนการปรบทไมถกตอง สวนรป (ข) เปน การปรบทถกตอง

6.13 Optical rotation

ถาสารตวอยาง (ในรปของเหลวบรสทธหรอสารละลายทรความเขมขนแนนอน) ทใสในหลอดบรรจสารสามารถหมนระนาบของแสงโพลไรสได เราเรยกสารนวา เปนสารทออปตกลลแอกตฟ

ขนาดของมมทหมนไป (optical rotation) ขนกบ 1. ความยาวของหลอดบรรจสาร(ความยาวของสารละลายทแสงผาน) 2. อณหภม 3. ความเขมขนของสาร(ถาปนสารละลาย) 4. ตวทาละลาย 5. ความยาวคลนของแสงทใชวด ทนยมใชคอ sodium D line (5893Å) และ mercury

green line (5461 Å)

Specific rotation คอ optical rotation ทวดโดยใชความเขมขนของสาร 1 กรมใน 1 มลลลตรของตวทาละลายและใชหลอดบรรจสารยาว 1 เดซเมตร

คาของ specific rotation สาหรบสารละลาย สามารถคานวณจากสตรดงน

[α] = tD

obs.

C I

α×

CM 328 76

[α] Dt คอ specific rotation

αobs. คอ มมทวดไดจากการทดลอง(องศา)

t คอ อณหภมขณะวด

C คอ ความเขมขนของสารละลายหนวยเปนกรมตอมลลลตร l คอ ความยาวของหลอดบรรจสารหนวยเปนเดซเมตร

คอ ความยาวคลนของแสงทใชวดคอ sodium D line (5893Å) D

คาของ specific rotation สาหรบของเหลวบรสทธ สามารถคานวณจากสตรดงน

[α] = tD

obs.

d I

α×

d คอ ความหนาแนนของของเหลวบรสทธหนวยเปนกรมตอมลลลตร

เครองหมาย (+) และ (−) และขนาดของมมทหมนระนาบแสงโพลาไรส ไมสามารถบอกขอมลเกยวกบโครงสรางสามมตของโมเลกล คาของ optical rotation เปรยบไดกบคณ สมบตทางกายภาพทวไปของสาร เชน จดเดอด จดหลอมเหลว ซงเปนตวชเอกลกษณบางประการของสาร การทมคา optical rotation เปนศนยไมไดหมายถงสารท optically inactiveเพยงอยางเดยว แตยงหมายถงสารผสมราซมกกได

6.14 สารผสมราซมก , Optical purity และ Enantiomeric excess ถาเรามสารผสมของ d และ l ไอโซเมอรในอตราสวน 50 : 50 คา optical rotation ท

วดไดคอศนย เนองจากการหมนระนาบแสงโพลาไรสของ d ไอโซเมอรถกหกลางโดย l ไอโซเมอรทมปรมาณเทากน แตมทศทางตรงกนขาม สารผสมน optically inactive และมชอเรยกวา สารผสมราซมกโมดฟเคชน (racemic modification) สารผสมราซมกมความหมายแตกตางกนเลกนอย กลาวคอ เปนสารผสมของผลกของสองอแนนตโอเมอรทมปรมาณเทากน อยางไรกตาม โดยทวไปมกนยมเรยกวา“สารผสมราซมก” ถาสารผสมเปนอแนนตโอเมอรทม d- หรอ (+)-ไอโซเมอรมากกวา l หรอ (−)-ไอโซเมอร optical rotation ของสารผสมจะเปน (+) กลาวคอ สารผสมจะหมนระนาบแสงไปทางขวา แตมมทวดไดจะนอยกวาอแนนตโอเมอรบรสทธ ในสาร

ผสมทม d และ l ไอโซเมอร specific rotation สทธทวดได คอ [α]net

[α]net = fd [αd] + fl [αl]

CM 328 77

โดย fd และ fl เปนสดสวนของ d และ l ไอโซเมอร ตามลาดบ สวน [αd] และ [αl] เปน

specific rotation ของ d และ l ไอโซเมอรทบรสทธ เนองจาก fl = 1 – fd และ [αl] = –[αd] ดงนน

[α]net = fd [αd] + (1 – fd ) [–αd]

= fd [αd] – [αd ] + fd [αd]

= [αd] (2 fd – 1) ถา d ไอโซเมอร > l ไอโซเมอร

และ [α]net = [αl] (2 fl – 1) ถา l ไอโซเมอร > d ไอโซเมอร

เราเรยก (2 fd – 1) และ (2 fl – 1) วา “enantiomeric excess” (ee) หรอ optical purity

ของสารผสม Optical purity ยงสามารถคานวณไดจาก

Optical purity (%) = [ ][ ]

obs.

max .

100α

×α

[α]obs. = specific rotation ทวดไดจากการทดลอง

[α]max = specific rotation ของอแนนตโอเมอรบรสทธ

CM 328 78

การทดลองท 6.1 แบบจาลองโมเลกล ( Molecular model )

บทนา การศกษาสเตอรโอเคมซงเปนการศกษาโครงสรางสามมตของโมเลกลในบทน เราจะใชแบบจาลองของอะตอมและพนธะมาตอกนเปนโมเลกล เพอใหนกศกษาไดเขาใจถงภาพพจนทแทจรงของโมเลกล แบบจาลองทใชในการทดลองนทาจากพลาสตกประกอบดวยตวแบบอะตอมและหลอดซงแทนพนธะ กาหนดใหตวแบบอะตอมมสตางๆ และใชแทนอะตอมตอไปน

สขาว เปน ไฮโดรเจนอะตอม สดา เปน คารบอนอะตอม สแดง เปน ออกซเจนอะตอม สนาเงน เปน ไนโตรเจนอะตอม ตวแบบอะตอมเหลานมกานเลกๆ ยนออกมาเพอใชเสยบหลอดซงแทนพนธะ มมระหวาง

กานเลกๆ เหลานเปนมมพนธะซงมคาตามความเปนจรงโดยกาหนดไวดงน คารบอน sp3-ไฮบรไดส มมมพนธะ 109.5O คารบอน sp2-ไฮบรไดส มมมพนธะ 120O คารบอน sp-ไฮบรไดส มมมพนธะ 180O

ความยาวพนธะ ความยาวพนธะเปนผลบวกรศมของพนธะโคเวเลนต (covalent bonding radii) ของ

สองอะตอมทกอพนธะกน รศมโคเวเลนตสาหรบพนธะเดยวของอะตอม H , C , N และ O มคา 0.3 , 0.77 , 0.70 และ 0.67 Å ตามลาดบ รศมโคเวเลนตของพนธะคจะสนกวาของพนธะเดยว รศมโคเวเลนตของพนธะค C , N , O มคา 0.70 , 0.62 และ 0.55 Å ตามลาดบ ความยาวพนธะระหวางอะตอมตางๆ แสดงอยในตาราง 6.1

การกาหนดความยาวของหลอดพลาสตก ไมจาเปนตองถกตองทสดสาหรบการสรางแบบ จาลองโมเลกลของสารประกอบอนทรย ตราบใดทการจดวางตาแหนงของอะตอมภายในโมเลกลถกตอง และการเลอกใชความยาวของหลอดใหสอดคลองกบความเปนจรง เชน พนธะเดยวจะตองมความยาวมากกวาพนธะค และพนธะคกมความยาวมากกวาพนธะสาม เปนตน ทาใหสามารถสรางแบบจาลองทแสดงรปรางของโมเลกลทใกลเคยงกบความเปนจรง

CM 328 79

ตารางท 6.1 ความยาวพนธะ ความยาวพนธะ (Å)

พนธะเดยว พนธะค พนธะสาม C – H 1.09 C = C 1.35 C ≡ C 1.2 N – H 1.00 C = N 1.30 C ≡ N 1.16 O – H 0.96 C = O 1.22 C – C 1.54 C – N 1.47 C – O 1.43 C – Cl 1.76 C – Br 1.94 C – I 2.14

แบบจาลองทใชในการทดลองนกาหนดความยาวของพนธะเปนดงน คอ พนธะ C – C ,

C – N และ C – O ประมาณ 1.5 Å สวนความยาวของพนธะ C – H , N – H และ O – H ประมาณ 1 Å สาหรบหลอดพลาสตกทตดไดกาหนดความยาวไวดงน 5 ซม. แทนพนธะ C – C , C – N และ C – O

ซม. แทนพนธะ C = C , C = N และ C = O 3.5 3 ซม. แทนพนธะ C – H , N – H และ O – H

วธทดลอง ใหนกศกษาทาแบบจาลองของโมเลกลตอไปน โดยใชสของตวแบบอะตอมและความ

ยาวพนธะตามทกาหนดไวขางตนและตอบคาถามในแตละขอ

1. สารประกอบอะไซครก (Acyclic compounds)

1. สรางแบบจาลองของโมเลกลของ H2O และ CH4 รปรางของโมเลกล H2O และ CH4 เปนแบบใด เขยนโครงสรางแบบ Wedge projection

ลงบนกระดาษ 2. สรางแบบจาลองของโมเลกลของEthane (CH3 – CH3) และ 1-Bromo-2-chloro-

ethane (Cl – CH2 – CH2 – Br) พจารณาดวา โดยการหมนรอบพนธะเดยว C – C โมเลกลของ

CM 328 80

ก. Sawhorse projections ข. Newman projections 3. สรางแบบจาลองจากฟชเชอรโปรเจกชน (Fischer projections) ของโมเลกล

ตอไปน

Br

CH2Br

CH2Cl

Br

H

BrCl

CH3

CH3CH3

CH3

Br

C C

CC

H

HHH

C

(ก) (ข) (ค)

3.1 จงเขยนสารประกอบขางบนนในรป Wedge projection 3.2 สารประกอบขางบนนมศนยไครล (Chiral center) กศนยและสามารถมสเตอรโอ ไอโซเมอรไดกรป 3.3 กาหนดคอนฟกเรชนสมบรณ (Absolute configurations) ของทกศนยไครลตามระบบ RS 3.4 สารประกอบตวใดออปตกลลแอกทฟ (Optically active) 3.5 สารประกอบแตละตวมมโซเมอร (Mesomer) หรอไม มโซเมอรออปตกลลแอกทฟหรอไม เพราะเหตใด

4. Lactic acid มสเตอรโอไอโซเมอรได 2 รป คอ

COOH COOH

CH3

CH3

HO OHH HC C

(+)-Lactic acid (-)-Lactic acid

CM 328 81

4.1 (+)– Lactic acid อาจเรยกวา d– Lactic acid ใชหรอไม และ (−)– Lactic acid อาจเรยกอกอยางหนงวาอะไร 4.2 (+)– และ (−)– หมายความวาอะไร 4.3 กาหนดคอนฟกเรชนสมบรณของ Lactic acid ทง 2 ไอโซเมอรตามระบบ RS 4.4 วาดรปสามมตของ (+)– Lactic acid ในรป Wedge projections ตอไปน

C C

5. D-(+)-Glucose สวนใหญอยในรปวงไพราโนส (puranose ring) และสวนนอยอยในรปวงเปดในสภาวะสมดล

5.1 ใหนกศกษาสรางแบบจาลองของ D-(+)- Glucose จากฟชเชอรโปรเจกชน (รปเปด) จากนนแสดงการเชอมตอออกซเจนของหม OH ทตาแหนง C-5 กบหมคารบอนล

ท C-1 ของหม CHO เพอใหเกดเปนวงไพราโนส [D-(+ )-Glucopyranose ]

5.2 บดรปหกเหลยมของ D-(+)-Glucopyranose เปนรปเกาอ (Chair form) พจารณาจากตาแหนงของหม OH ท C-1 วากลโคส เปน α- หรอ β- D-(+)-Glucopyranose

CM 328 82

6. สรางแบบจาลองของสารประกอบไบฟนล (Biphenyls) ตอไปน

พจารณาวา ไบฟนลตวใด Optically active หรอ Optically inactive เพราะเหตใด

7. สรางแบบจาลองของสารประกอบแอลลน (Allenes)

C CCCCH

3H HH

CH3H

CH CH3

HH

CH3 CH3C CC C

(ก) (ข) (ค)

พจารณาวา แอลลนตวใด Optically active หรอ Optically inactive เพราะเหตใด 8. ใหนกศกษาทาแบบจาลองของจโอเมตรกลไอโซเมอร (Geometrical isomers) ตอไปน ก. 2 ,4- Hexadiene สารประกอบนมจโอเมตรกลไอโซเมอรกรป เขยนจโอเมตรกลไอโซเมอรทกรปและเรยกชอตามระบบ EZ ใหนกศกษาหมนพนธะเดยวทอยระหวางพนธะคทงสอง จะเหนคอนฟอรเมชนของจโอเมตรกลปไอโซเมอรเหลานในรป S–cis (cisoid) และ S-trans (transoid)

CH2H2C

CH2

CH2 S-cis S-trans

คอนฟอรเมชนสองแบบน แบบไหนเสถยรกวา ข. 2 , 4 –Heptadiene

สารประกอบนมจโอเมตรกลไอโซเมอรกรป เขยนจโอเมตรกลปไอโซเมอรทงหมด ในรป S – trans และเรยกขอตามระบบ EZ

CM 328 83

2. สารประกอบไซครก (Cyclic compounds) 1. ไซโคลเฮกเซน (Cyclohexane) สรางแบบจาลองของไซโคลเฮกเซน (Cyclohexane) ซงม 3 conformers คอ Chair conformer , Boat comformer และ Twist-boat conformer

Twist-boatChair Boat

ใหนกศกษาตอโมเลกลของไซโคลเฮกเซนรป Chair conformer จากนนบดไปเปนรป Boat comformer และบดเปน Chair conformer อกครงหนง กลาวคอ ไซโคลเฮกเซนรป Chair อยได 2 รป ปรากฏการณนเรยกวา ring flip โดยผานรป boat

Chair Boat Chair

1.1 การเปลยนจาก Conformer หนง ไปเปนอก conformer หนงนนเกดจากการหมนรอบพนธะเดยวใชหรอไม

1.2 ใสอกษร a ทตาแหนง axial และ e ทตาแหนง equatorial ตาแหนงของพนธะ axial และ equatorial เปลยนแปลงอยางไร หลงการเกด ring flip

1.3 เปรยบเทยบความเสถยรของ Chair conformer และ boat conformer 1.4 บด boat conformer ไปเปน twist boat conformer เปรยบเทยบความเสถยรของ

สอง Conformers น 2. ไซโคลเฮกเซนทมหมแทนท 2.1 สรางแบบจาลองของ Chair conformers ของ methylcyclohexane สารประกอบน

ม conformers ไดกรปและรปไหนเสถยรกวา

CM 328 84

2.2 สรางแบบจาลองของ Chair conformers ของ Cis- และ Trans-isomers ของ 1,2-; 1,3- และ 1,4–Dimethylcyclohexane Cis และ trans-isomers เหลาน ม Conformers ไดกรปและรปไหนเสถยรกวา

2.3 สรางแบบจาลองของ Chair conformer ของ tert- butylcyclohexane สารประกอบนม conformer ไดกรป

3. สรางแบบจาลองของ Cis- และ trans– Decalin

H H

HH cis – decalin trans –decalin

3.1 Cis– และ trans– decalin มก conformers เขยนแสดง conformers ทงหมด 3.2 Cis– decalin หรอ trans- decalin เสถยรกวา เพราะเหตใด

4. หาจานวนสเตอรโอไอโซเมอรทงหมดทเปนไปไดของ 3,5-Dichlorocyclohexanol และ 3-Bromo-5-chlorocyclohexanol

Br

OH

Cl

Cl

OH

Cl

3,5- Dichlorocyclohexanol 3-Bromo-5-chlorocyclohexanol

4.1 หาจานวนจโอเมตรกลไอโซเมอรทงหมดของ 3,5-Dichlorocyclohexanol และ 3-Bromo-5-chlorocyclohexanol เขยนสตรโครงสรางทงหมดเปนรปแบนราบ 4.2 จโอเมตรกลไอโซเมอรแตละรปมอแนนตโอเมอรหรอไม นบจานวนสเตอรโอไอไซ เมอรทงหมด

CM 328 85

5. กรดคอลก (Cholic acid) เปนกรดในนาด (bile acid) ทพบในรางกายมนษย มสตรโครงสราง ดงน

CH3

CH3

H

H

HOH

COOH

HO

CH3

3 7

1217

Cholic acid

5.1 เขยนรปสามมตหรอสตรคอนฟอรเมชนของกรดคอลก(กรดนาด)

5.2 หม OH ของวง A อยตาแหนงอะไร (α- หรอ β-) หม OH อยทตาแหนงดงกลาวเสถยรหรอไม เพราะเหตใด

5.3 หาจานวนสเตอรโอไอโซเมอรทงหมดของกรดคอลก 6. สรางแบบจาลองของ 2– norborneol ([2.2.1] heptan–2–ol)

OH

a. 2–norborneol มจโอเมตรกลไอโซเมอรไดกรป เขยนสตรโครงสรางและบอกชอของจโอเมตรกลไอโซเมอรทงหมด b. 2–norborneol มศนยไครลกศนยและมสเตอรโอไอโซเมอรกรป เหตใดจานวนสเตอรโอไอโซเมอรจงไมตรงกบททานายไว

CM 328 86

7. หา symmetry elements ในสารประกอบตอไปน พจารณาจาก symmetry elements ทสารประกอบเหลานมอย แลวตดสนวา เปนสารประกอบ chiral หรอ achiral H H

COOH

Cl H

ClH Cl

Cl H

Cl

H COOH

COOH HCOOH

HH

Cl

H

OH

HOOHCl

HO HO

OHH

H H

H

HOH OH

H

H

H

OH

OH

HH

OH

OHH

CH2

O2N

HOOC

NO2

HOOC

NO2

HOOCNO2

HOOC

CH2CH2

CH2

COOH

O

O

(CH2)n

COOH

CM 328 87

แบบฝกหด 1. หา Absolute configurations ตามระบบ RS ของสารประกอบตอไปน

ก. ข.

CH

3

Cl

CH2

CH2OH

NH2 HC C6H5

H

H

ค. ง.

C

CH2CH3

Cl

CH3CH

2

H

CH3CH

2C

CHO

HO H

จ. ฉ.

H

H

H

H

COOH

CH2Br

CHO

BrCl

CH3

Br HO

2. สารประกอบตอไปน คใดเปน Structural isomers และคใดเปน Stereoisomers

ก. CH3CH2

C6H5CH2COCH3C6H5OCCH2CH3

OOข.

CM 328 88

ค. CH3NH H2N CH2 CH3

CH3

ง. H OH HO H

จ.

Cl ClClCl

3. ขอความตอไปน ขอใดถกใหเขยน T และขอใดผดใหเขยน F หนาขอนน .........สารประกอบทมศนยไครลหลายศนยเปนสารประกอบไครล

สารประกอบทมแกนหมนสมมาตร(Cn ,n > 1) เพยงอยางเดยวเปนสารประกอบไครล ......... ........สารประกอบทมแกนหมนสมมาตรและมระนาบสมมาตรเปนสารประกอบอะไครล .........สารประกอบทไมมองคประกอบสมมาตรเลยเปนสารประกอบอะไครล .........คานาหนา dl บอกคอนฟกเรชนของสาร .........คานาหนา cis / trans บอกคอนฟกเรชนของสาร .........สารประกอบทเปนcisและ trans isomers กนสมพนธเปนไดแอสเตอรโอไอโซเมอร .........Tertiary amine ทมหมแทนทสามหมทตางกนมาเกาะอยเปนสารประกอบไครล .........สารประกอบ erythro และ threo เปน structural isomers .........สารประกอบ meso เปนสารประกอบอะไครล

สารประกอบ meso มคอแนนตโอเมอร ......... .........Boat conformer ของไซโคลเฮกเซนมความเครยดเชงมม .........สารประกอบ Bicyclic ประเภท Bridgering เชน norborneol มจานวนสเตอรโอไอโซ

เมอรเทากบ 2n โดย n เปนศนยไครลทงหมดทโมเลกลมอย ........Norborneol มจานวนสเตอรโอไอโซเมอรเทากบ 8 ........Norborneol มจานวนจโอเมตรกลปโอไอโซเมอรนอยกวาททานายไวตามทฤษฎเนองจาก พนธะเดยวบางพนธะในโมเลกลของสารนถกตรงกบทและไมอาจเปลยนแปลงตาแหนงได

CM 328 89

การทดลองท 6.2 เรโซลชนของสารผสมราซมก(±)-แอลฟา-ฟนลเอทลเอมน

(Resolution of racemic mixture (±)-α-Phenylethylamine)

ในหองปฏบตการ ปฏกรยาระหวางสารประกอบอะไครลกบรเอเจนตทอะไครลจะไดผลตภณฑเปนสารอะไครล ตวอยางเชน การเตรยม 1-ฟนลเอทลเอมนจากปฏกรยาระหวาง อะซโตฟโนนและแอมโมเนยมฟอรเมต ปฏกรยานเรยกวา Leukart reaction

Ph-C-CH3H-C-ONH4

Ph-CH-CH3

NH2

( )-Phenylethylamine

CO2 H2O

O O

Acetophenone ammonium formate +-

ปฏกรยานมสารตงตนเปนสารอะไครลทงค แมวา 1-ฟนลเอทลเอมนทเกดปฏกรยานจะมศนยไครล แตเนองจากผลตภณฑทเกดเปนสารผสมราซมก มปรมาณของ (+) และ (−)-1-ฟนลเอทลเอมนเทากน สารผสมราซมกไมสามารถหมนระนาบแสงโพลาไรส จงเปนสารทออปตกลลอนแอกตฟ (optically inactive)

วธการทใชในการแยก (+)-α-phenylethylamine และ (−)-α-phenylethylamine จากสารผสมราซมก คอ

นา (±)–α-phenylethylamine มาทาปฏกรยากบ (+)-tartaric acid ทออปตกลลแอกตฟ 1. 2. จะไดเกลอแอมโมเนยมซงเปนสารผสมไดแอสเตอรโอไอโซเมอรสองตว

3. นาสารผสมไดแอสเตอรโอไอโซเมอรสองตวนมาตกผลกในเมทานอล ผลกทไดเปน (−)-α-

phenylethylamine-(+)-hydrogentartrate สวน(+)-α-phenylethylamine-(+)-hydrogentartrate อยในฟลเทรด นาผลกทไดมาทาปฏกรยากบโซเดยมไฮดรอกไซด จะได (−)-α-phenylethylamine กลบคนมา 4.

สกด (−)-α-phenylethylamine ดวยอเทอร แลวนามากลนใหบรสทธ 5.

6. สวนฟลเทรดนามาทาปฏกรยากบโซเดยมไฮดรอกไซดเชนกน จะได (+)-α-phenylethylamine

CM 328 90

CH3 (±)- Ph –CH – NH2 สารผสมราซมก

COOHCH

COOHHHOOH

C

(+)-Tartaric acid

CH3

Ph CH-OOC COOHOH

NH3

+CHCH(+)

OH

(+)-α-phenylethylamine-(+)-hydrogentartrate (เกลอไดแอสเตอรโอไอโซเมอร)

CH3

Ph CH-OOC COOHOH

NH3

+CHCH(-)

OH+

(−)-α-phenylethylamine-(+)-hydrogentartrate (เกลอไดแอสเตอรโอไอโซเมอร)

ตกผลกในเมทานอล ผลก ฟลเทรต เกลอไดแอสเทอรโอไอโซเมอร เกลอไดแอสเทอรโอไอโซเมอร

NaOH NaOH

CH3 CH3

(+)- Ph –CH –NH2 + (+)–sodium tartrate (-)- Ph –CH –NH2 + (+)–sodium tartrate

(+)-α-Phenylethylamine (-)-α-Phenylethylamine

CM 328 91

วธทดลอง

การเตรยม (±) -α-phenylethylamine 1.

Ph-C-CH3

O2HCOONH4 Ph-CH-NH-C-H

CH3HClH

2O Ph-CH-NH2 HCl

α−Phenylethyl formamide

Ph-CH-NH2

CH3

CH3

NaOH

O

(±)-α-phenylethylamine

ผสมอะซโตฟโนน 72 กรม (0.6 โมล) กบแอมโมเนยมฟอรเมต 12 กรม (2 โมล) ในขวดกนกลมขนาด 250 มลลลตร เตม boiling chip สก 4-5 ชน จดเครองมอสาหรบกลนโดยใช Claisen Still head ใช heating mantle หรอ oil bath ใหความรอนกบขวดกนกลม สารผสมในขวดกนกลมจะหลอมแลวแยกออกเปนสองชน สารผสมนจะรวมเปนเนอเดยวกนเมออณหภมเพมเปน 150-155 OC ใหความรอนตอไปจนถงอณหภม185 OC เปนเวลา 2 ชวโมง ในระหวางทใหความรอน อะซโตฟโนน นาและแอมโมเนยมฟอรเมตจะกลนออกมา หยดใหความรอนชว คราว แยกอะซโตฟโนนทกลนออกมา (ชนบน) เทกลบเขาไปในขวดกลน ใหความรอนอกครงท 180-185 OC เปนเวลา 3 ชวโมง แลวปลอยใหเยนลง

เทสารผสมจากขวดกลนใสในกรวยแยกขนาด 250 มลลลตร เขยากบนา 2 ครงๆ ละ

75 มลลลตร เพอขจดแอมโมเนยมฟอรเมตใหเขาไปอยในชนนา แลวเทชนα-phenylethyl formamideกลบเขาไปในขวดกลนเดม สวนชนนาใหเอามาสกดดวยโทลอน 2 ครงๆ ละ 20 มลลลตร แลวเทชนโทลอนกลบเขาไปในขวดกลนเดมเชนกน

เตมกรดเกลอเขมขน 75 มลลลตรและใส boiling chip สก 4-5 ชนลงในขวดกลนท

บรรจ α-phenylethyl formamide อย ทาการกลนในตควนจนกระทงมโทลอนออกมาสก 40

มลลลตร จดเครองมอใหมเปนการตมกลน ทาการตมกลนเปนเวลา 40 นาท ขนตอนน α-

phenylethyl formamide จะถกไฮโดรไลสเปน α-phenylethylamine hydrochloride เมอขวดกลนเยนลง เทสารผสมใสในกรวยแยก สกดดวยโทลอน 4 ครงๆ ละ 20 มลลลตร

เพอขจดอะซโตฟโนนทเหลออย ในชนนาม α-phenylethylamine hydrochloride ใหเทใสขวดกนกลมขนาด 500 มลลลตร เตมสารละลายโซเดยมไฮดรอกไซด (62.5 กรมในนา 125 มลลลตร)

CM 328 92

เรโซลชนของ (±) -α-phenylethylamine ( Resolution of (±)-α-phenyl- 2. ethylamine)

ก. การแยก (−) -α-phenylethylamine ละลาย (+)-tartaric acid 12.5 กรม (0.083 โมล) ในเมทานอล (เปนพษและตดไฟงาย!)

75 มลลลตร ใสใน Erenmeyer flask ขนาด 250 มลลลตร โดยอนบนอางนารอน [(+)-tartaric

acid ละลายในเมทานอล แตสารละลายจะยงคงขนอยและความขนนไมมผลตอปฏกรยา] เท

(±)-α-phenylethylamine 10 กรม (0.082 โมล) ทละลายในเมทานอล 75 มลลลตร ลงไปในสารละลายของ (+)-tartaric acid อยางชาๆ อนสารละลายจนเกอบเดอด ปลอยใหสารผสมเยน

ลงโดยแชในอางนาแขง (−)−α-phenylethylamine − (+)−hydrogentartrate ตกผลกมลกษณะคลายรปเขม (ดหมายเหต 1) นาสารผสมไปอนอกครงหนงจนเกอบเดอด ปดปาก flask ดวยบกเกอรเพอปองกนมใหเมทานอลระเหย แลวปลอยคางคนใหเยนลงชาๆ ถาผลกทไดยงคงมรปเขมไมใชรปปรซม นาสารผสมไปอนอกและปลอยใหตกผลกชาๆ

กรองผลกดวยวธกรองดดแลวลางดวยเมทานอลเยน 10 มล. ถามเวลา ปลอยใหผลกแหงในอากาศ ปรมาณผลกทนาจะไดคอ 8.5 กรม (77%) จดหลอมเหลว 190-200 OC

นาผลกทไดมาใสในขวดกนกลมแลวเตมสารละลาย 10% NaOH ชาๆ ถาสารละลายไมแยกเปนสองชน ใหใสมากกวาน นาสารละลายทไดไปกลนแบบธรรมดา ใหไดของเหลวกลนออกมาประมาณ 25 มล.

นาของเหลวทกลนไดเทลงในกรวยแยก ไขชนลางทเปนชนเอเควยสทงอยางระมดระวงแลวเทเอมนใส flask ทชงนาหนกไวแลว (ดหมายเหต 2) เอมนเปยกทไดควรมประมาณ 5 กรม

(η 1.5222) เตม anhydrous potassium carbonate 2-4 กรม คารบอเนตจะเกดเปนชนกงของเหลวอยชนลางโดยมเอมนลอยอยขางบน ชงนาหนก flaskทมสารผสมเอมน-โพแทสเซยม

20D

คารบอเนตกอน(ถาชนเอมนขนใหเทลงในหลอดแกวและเซนตรฟวจเพอดงของแขงลงมา)

CM 328 93

ดดเอมนออกจาก flask ดวยปเปต(ทง)อยางระมดระวงลงในหลอดโพลารมเตอร (ดหมายเหต 3) ชงนาหนกของ flask ทมสารผสมเอมน-โพแทสเซยมคารบอเนตเหลออยเพอหานาหนกของเอมนทใสในหลอดโพลารมเตอร เตมใหเตมชองวางทเหลอของหลอดโพลารมเตอรดวยเมทานอล ระวงอยาใหเกดฟองอากาศอยภายใน วด optical rotation ของสารละลายเอมน คานวณคา specific rotation และoptical purity หมายเหต 1 ผลกรปเขม (จดหลอมเหลว 168–170 OC เปนผลกของสารผสมทประกอบดวย ไดแอสเตอรโอไอโซเมอรทงสองตว ถาเอมนถกแยกออกมาผลกผสมนจะม [ = –19O ถง –21O ]20

หมายเหต 2 ถาตองทงเอมนไวขามคน ควรปด flask ดวยจกแกว อยาใชจกคอก เพราะเอมนทาปฏกรยากบจกคอกเกดสารกงของเหลวซงอาจปนเปอนผลตภณฑ หมายเหต 3 กอนจะถงขนตอนของโพลารมเตอร ตองเรยนรวธใชโพลารมเตอรเสยกอน คา

ของ Optical rotation ทวดไดจะมคานอย (∼–8O ถง –9O) สาหรบสารละลายของเอมน 2.1 กรมละลายในเมทานอล 6.8 มล. ในเซลลยาว 10 ซม. ดงนน จงตองวด blank (เซลลทใสเฉพาะเมทานอล) กอนทาการวด optical rotation ของสารละลายเอมน

คณสมบตทางกายภาพของ(± ) -α-phenylethylamine และ( −) -α-phenylethylamine

[ ]α D จดเดอด(oC) การละลาย

(±) -α-phenylethylamine 184 -186 0O H2O (ไมละลาย), CH3OH (ละลาย)

(+) – Tartaric acid - +12.0O(20 OC) H2O (ละลาย), CH3OH (ละลาย)

( − ) -α-phenylethylamine 184 -186 - 40.3O(22 OC) H2O (ไมละลาย), CH3OH (ละลาย)

CM 328 94

แบบฝกหด

1. จงเขยน R- และ S-คอนฟกเรชนของ α-phenylethylamine ในรปฟชเชอร

2. จะเกดอะไรขนเมอ (±)-α-phenylethylamine ทาปฏกรยากบ meso-tartaric acid 3. ถา R อแนนตโอเมอรของสารไครลตวหนงวด optical rotation ไดเทากบ 2.70O ทวนเขม

นาฬกา อณหภมขณะวดคอ 25O ใชแสงของ sodium D line ความเขมขนของสารคอ 0.120 กรมตอมลลลตรและความยาวของหลอดบรรจสารตวอยางคอ 10 ซม.

(ก) จงเขยนสญลกษณทใชแทน specific rotation (ข) จงคานวณคาของ specific rotation ของ R อแนนตโอเมอรน

(ค) Specific rotation ของ S อแนนตโอเมอรมคาเปนเทาไรและมทศทางเปนอยางไร (ง) จงหาoptical rotationของ R อแนนตโอเมอร(ทความยาวคลนและอณหภมเดยวกน)

สาหรบความเขมขนและหลอดบรรจสารเปน 0.041 กรมตอมลลลตรและ 20 ซม.ตามลาดบ

4. d ไอโซเมอรบรสทธของสารประกอบไครลตวหนงม [α] = +55O ถามสารผสมของสาร

ประกอบนวดคา [α] สทธเทากบ –11O

tD

tD

(ก) อแนนตโอเมอรตวไหนมมากกวาในสารผสมน (ข) จงหา enantiomeric excess หรอ optical purity ของไอโซเมอรในขอ(ก)

(ค) จงหาสดสวนของไอโซเมอรทงสองในสารผสมน 5. จงเขยนแผนผงแสดงการแยก (เรโซลชน) ของ (±)-hydratropic acid (C6H5-CHCH3COOH)

CM 328 95


Recommended