Izomerie a stereochemie

Transkript

1 Izomerie a stereochemie 1

2 2

3 Izomery mají stejný sumární vzorec, ale liší se uspořádáním atomů v prostoru. Konstituční izomery jednotlivé atomy v molekule jsou spojeny různým způsobem Stereoizomery jednotlivé atomy v molekule jsou spojeny stejným způsobem, ale mají různé prostorové uspořádání konformační izomery mohou přecházet jeden v druhý rotací kolem jednoduché vazby stereoizomery konfigurační izomery mohou přecházet jeden v druhý pouze štepením a opětovnou tvorbou kovalentních vazeb 3

4 Konfigurační izomery - chiralita Enantiomery 4

5 Chirální objekt se pozná podle toho, že on a jeho zrcadlový obraz nejsou totožné nebo se nemohou vzájemně překrýt. 5

6 Chirální objekt nemá rovinu symetrie. Stereogenní centrum strukturní rys v molekule, který způsobuje chiralitu Např. uhlík, na který jsou navázány 4 různé substituenty 6

7 Centrální chiralita Axiální chiralita Planární chiralita Helikální chiralita (helicita) 7

8 Polarizované světlo Obyčejné světlo, které přichází k pozorovateli, kmitá ve všech možných rovinách. Paprsek AB je možné rozložit na horizontální (EF) a vertikální (CD) složky. Pokud paprsek světla projde polarizačním hranolem, bude kmitat pouze v jedné rovině, 8

9 Přednáška 3 Běžný paprsek světla projde dvěmi polarizačními hranoly (clonami) pouze v případě, že jejich polarizační osy jsou rovnoběžné. Pokud jsou vůči sobě kolmé, paprsek neprojde. 9

10 Optická aktivita - polarimetr Přednáška 3 specifická rotace = [ ] t l kde l je délka kyvety decimetrech, c koncentrace v g/ml, t teplota roztoku, l vlnová délka použitého světla. V závorce se uvádí použité rozpouštědlo. Měření se většinou provádí při laboratorní teplotě (20 C) a jako zdroj světla se používá linie D sodíkové výbojky (l = nm). = l c (rozpouštědlo) 10

11 Pasteurovy experimenty Krystalizace vínanu sodno-amonného Racemická směs je směs enantiomerů v poměru 1:1 není opticky aktivní. 11

12 Vlastnosti enantiomerů, kyselina mléčná COOH HO C H CH3 (+)-kyselina mléčná dehydrogenáza kyseliny mléčné O COOH CH 3 kyselina hroznová dehydrogenáza kyseliny mléčné COOH C H 3 C H OH (-)-kyselina mléčná 12

13 Chiralita a biologické vlastnosti Vůně (+)-limonen * citrusová vůně * (-)-limonen terpenická vůně HO HO (R)-(-)-linalool květinová vůně s levandulovým podtextem (S)-(+)-linalool hořce nebo kysele pomerančová vůně 13

14 Přednáška 3 Chuť NH 2 H 2 NOC COOH (S)-Asparagin hořký NH 2 H 2 NOC COOH (R)-Asparagin sladký Hormony Me O Me O O Me H H H HO H (+)-estron aktivní H HO H (-)-estron neaktivní H H H OH 14

15 Další příklady O O HO OH (+)-metabolit benzo[a]pyrenu karcinogenní HO OH (-)-metabolit benzo[a]pyrenu O O O N O NH (S)-thalidoimid exterémně teratogenní O O N O (R)-thalidoimid sedativum NH O 15

16 Konfigurace Enantiomery se liší uspořádáním skupin kolem stereogenního centra. Toto uspořádání se nazývá konfigurace stereogenního centra. Konfigurační izomery mají stereogenní centra s různou konfigurací Pro zápis konfigurace se používá tzv. R-S nebo Cahn-Ingold-Prelogovův systém. 16

17 1. Priorita atomů se řídí atomovým číslem. Čím vyšší atomové číslo tím vyšší priorita. I > Br > Cl > F > O > N > C > D > H 2. Pokud není možné určit prioritu podle pravidla 1 (např. dva atomy jsou stejné). Postupuje se podle stejného pravidla směrem od chirálního centra. H H C C H H H ethyl H C H H methyl 3. Násobné vazby se považují rovné násobkům jednoduchým vazeb. H H C C H = H H C C H C C Pořadí důležitosti (priority) jednotlivých atomů a funkčních skupin: I >Br > Cl > SO 2 R > SOR > SR > SH > F > OCOR > OR > OH > NO 2 > NHCOR > NR 2 > NHR > NH 2 > CCl 3 > COCl > COOR > COOH > CONH 2 > COR > CHO > CR 2 OH > CHROH > CH 2 OH > CR 3 > C 6 H 5 > CHR 2 > CH 2 R > CH 3 > D> H 17

18 (-)-mléčná kyselina R R/S- stereodeskriptory nesouvisí se specifickou rotací!!! 18

19 E-Z pravidla pro cis-trans izomerii na dvojné vazbě Cahn-Ingold-Prelogovův systém je vhodný i k popisu cis a trans izomerie. E (z německého entgegen, proti) Z (z německého zusammen, spolu) 19

20 Sloučeniny s více než jedním stereogenním centrem 2-brom-3-chlorbutan 20

21 Jestliže má molekula n různých center chirality, může existovat až 2 n stereoizomerů. Přednáška 3 Z toho plyne, že může existovat 2 n /2 enantiomerních párů. 21

22 meso sloučeniny - 2,3-dichlorbutan Meso sloučeniny jsou opticky neaktivní a achirální diastereoizomery sloučenin obsahující centra chirality. 22

23 5.13. Dělení enantiomerů * CH 3 CH 2 CH CH 2 + HBr CH 3 CH 2 CHCH 3 1-buten H + H CH 3 CH 2 CH CH 2 CH 3 CH 2 + CH 3 + Br - Br 2-brombutan Br CH 3 CH 2 H CH 3 (S)-2-brombutan CH 3 CH 3 CH H 2 Br (R)-2-brombutan Přednáška 3 R S + R racemická směs chirální činidlo R S R R dělitelná směs diasteroizomerů R R R + R S R S + R 23

24 Racemická směs Racemická směs Racemická směs Diastereomery 24

25 Naproxen nesteroidní protizánětlivé léčivo Dělení na enantiomery v posledním kroku syntézy R S recyklace 25

26 26

27 Enzymatická resoluce 27