Stereochemie. Přednáška 6

Transkript

1 Stereochemie Přednáška 6

2 Stereoheterotopické ligandy a NMR spektroskopie

3

4 Stereoheterotopické ligandy a NMR spektroskopie NMR může rozlišit atomy v odlišném okolí stíněny jinou měrou rozdíl v chemických posunech anisochronní atomy omotopické ligandy umístěné ve stejném prostředí nerozlišitelné isochronní Enantiotopické atomy mohou být rozlišeny NMR pouze tehdy, pokud jsou převedeny na diastereoizomerní tvary chirální rozpouštědlo, chirální aditivum Diastereotopické atomy nebo ligandy vždy anisochronní Rozdíl v chem. posunech je velmi malý (< 1 ppm)

5 Diastereotopické ligandy a NMR spektroskopie Geminální jádra vázaná na chirální osu 2 X 2 X = - 2 X = - 2 Diastereotopické ligandy v cis-trans isomerech N N A A B A B B l Ph Ph A, B - enantiotopické singlet (ð= 3,70 ppm) -diastereotopické kvartet (ð=3,63) -diastereotopické kvartet

6 Diastereotopické ligandy v molekulách postrádajících stereogenní centra A B A, - enantiotopické B, D - enantiotopické A, B - diastereotopické, D - diastereotopické D Posuny vodíků A B?? z ppm Diastereotopické strany a NMR spektroskopie (-)-menth (-)-menth (-)-menth menth-(-)

7 Diastereotopická jádra v konformačně mobilních systémech F A F A F B F B F A F B Enantiotopická jádra a NMR spektroskopie enantiotopická jádra za normálních okolností isochronní (nerozlišitelná) v chirálním rozpouštědle nebo přídavkem substrátu vznikají asociáty anisochronní (rozlišitelné)

8 Enantiotopická jádra a NMR spektroskopie enantiotopická jádra za normálních okolností isochronní (nerozlišitelná) v chirálním rozpouštědle nebo přídavkem substrátu vznikají asociáty anisochronní (rozlišitelné)

9

10 Isogamní a anisogamní jádra dvě anisochronní nebo isochronní jádra při interakci s třetím jádrem (stejného nebo jiného druhu) mají - různou interakční konstantu anisogamní - stejnou interakční konstantu - isogamní anisogamii isochronních jader je možno očekávat v systému AA BB l A A A F A B B A F A N 2 J AB = J A B A, A - anisogamní J BA = J B A B, B - anisogamní A, A - isogamní

11 Prostereoizomerie a stereoizomerie molekuly se stereoheterotopickými ligandy a stranami jsou prostoreogenní a příslušná chemická (nebo biochemická) reakce je transformuje na stereoizomery stereochemický výsledek a relativní rychlosti reakce závisí na vztazích mezi ligandy (stranami), povahou reagentů (chiral, achiral), reakčních podmínkách hemické transformace heterotopických ligandů a stran omotopické ligandy a strany jsou ve všech směrech identické, proto jakákoliv reakce, které podléhají, s chirálním nebo achirálním činidlem (prostředí) poskytuje identické produkty Enantiotopické ligandy nebo strany s achirálním reagentem (prostředí) dávají vznik dvěma enantiomerům. Enantiotopické ligandy nebo strany s chirálním reagentem (prostředí) dávají vznik dvěma enantiomerům nebo dvěma diastereoizomerům Diastereotopické ligandy a strany podléhají reakcím buď s chirálním nebo achirálním reagentem přes diastereoizomerní tranzitní stavy, které se liší ve všech svých termodynamických vlastnostech. Dva nebo více diastereoizomerů vzniká různou rychlostí a v různém poměru

12 Racemizace a metody rozdělení Racemizace - proces, ve kterém je jeden enantiomer přeměněn na racemickou směs Rozdělení - pokud z racemické směsi získáme čistý enantiomer. Racemizace je proces provázený zvyšováním entropie a může probíhat i samovolně. Epimerizace - pokud má molekula více chirálních center a konfigurační změna probíhá pouze na jednom z nich

13 chanismus racemizace chanismus zahrnující karbanionty X Z Y Y Y X Z Z X Ph 2 Ph Ph

14 chanismus zahrnující karboniové ionty Ph l Sbl 5 Ph l Sbl 6 Ph l Sbl 5 chanismus zahrnující tvorbu radikálů Radikály patří mezi útvary, které jsou téměř planární, proto tvorba tetraedrického uspořádání probíhá stejně jako u karbokationtů stejně snadno z obou stran. chanismus zahrnující stabilní symetrický meziprodukt R R R 1 3 3

15 Racemizace v důsledku protáčení molekuly kolem vazeb A B A A R S R S B A B B Racemizace vzniklá v důsledku konfiguračních změn při substitučních reakcích. R 1 X + Y R 1 Y + X Y R 1 X R 1 Y X Y R 1 + X Y R 1 X Y R 1 Y R 1 + R 1 Y

16 Asymetrická transformace a mutarotace sloučenina s labilním chirálním centrem podléhá konfiguračním změnám v roztoku sloučenina s jedním asymetrickým centrem - v achirálním prostředí racemizace - v chirálním prostředí převažuje jeden enantiomer druhý chirální prvek může vzniknout interakcí s chirálním rozpouštědlem, iontem nebo jiným chirálním seskupením ( ) A + (+)B (-)A(+)B + (+)A(+)B

17 Mutarotace a asymetrická přeměna prvního řádu Změny konformačního původu D-glukóza (stopa) D-glukóza (106 o ) (22,5 o ) Změny konfiguračního původu lactone (stopa) -lactone

18 Asymetrická přeměna druhého řádu pokud dojde při asymetrické transformaci k vydělení jednoho enantiomeru nebo diastereoizomeru praktický význam izolace jednoho izomeru přechod od AP1 k AP2 např. změnou rozpouštědla

19 tody rozlišení 1. chanická separace a krystalizační metody pracná, málo spolehlivá metoda 2. Rozlišení tvorbou diastereoizomerů 1. substrát a činidlo musí mít vhodné funkční skupiny 2. činidlo musí být dostupné v enanc. čisté formě 3. činidlo musí být levné nebo regenerovatelné 4. vzniklé diastereoizomery musí být dobře dělitelné 5. důležitá je vhodná volba rozpouštědla 6. komplikace tvorbou směsných solí a azeotropů tvořených vzniklými diastereoizomery 3. Rozlišení tvorbou molekulárních komplexů často snadnější tvorba a rozklad oproti solím

20 4. hromatografické rozlišení 1.derivatizace vedoucí k diastereoizomerům 2.použití chirální stacionární faze 3.použití chirální mobilní faze 4.použití achirální stac. faze pokryté chirálním reagentem 5. Rozlišení pomocí asymetrické transformace využití asymetrické transformace druhého řádu 6. Štěpení kinetickou asymetrickou přeměnou - založena na principu, že jeden z diastereoizomerů je tvořen, rozkládán nebo přeměněn selektivně nějakou chemickou reakcí - různé E A při reakci racemátu s chirálním reagentem - kinetická metoda štěpení ( ) mandlová k. + (+)menthol (+)man(-)men rychleji

21 7. Biochemické přeměny Pasteur fermentace amonné soli DL-vinné kyseliny s využitím Penicillium glaucum (kukuřice) (+) isomer spotřebován, (-) ponechán Nevýhody: a) nutno použít velmi zředěné nejčastěji vodné roztoky b) nutný delší čas pro reakci, často nepřírodní enantiomer zůstává c) není možné vždy nalézt vhodný enzym nebo mikroorganismus pro daný substrát