PROSTOROVÁ STRUKTURA ORGANICKÝCH SLOUČENIN (ÚVOD DO STEREOCHEMIE)

Transkript

1 PRSTRVÁ STRUKTURA RGANIKÝ SLUČENIN (ÚVD D STEREEMIE) Patrik PAŘÍK Katedra organické chemie Fakulta chemicko-technologická Univerzita Pardubice nám. Čs. legií PARDUBIE patrik.parik@upce.cz

2 Dodatečně vložená stránka Tato přenáška byla přednesena na Semináři učitelů SŠ pro učitele chemie (chemií) na středních školách, a to dne v posluchárně Fakulty chemicko-technologické Univerzity Pardubice, která semináře pořádá. Přednáška byla koncipována jako stručný přehled základů stereochemie v organické chemii. Autor ji považuje za vhodný materiál ke studiu stereochemie a organické chemie pro studenty bakalářských i magisterských studijních programů na vysokých školách chemických směrů. Poděkování za pomoc patří panu prof. Ing. ldřichu Pytelovi, DrSc. Patrik Pařík v Pardubicích

3 2 IZMERIE IZMERY Molekuly mají stejný sumární vzorec, ale rozdílnou strukturu. konstituce konfigurace KNSTITUČNÍ IZMERY Liší se tím, které atomy se kterými jsou vázány a jakými typy vazeb (jednoduchá, dvojná, trojná) STEREIZMERY Atomy jsou spojeny stejným způsobem, ale odlišnost je v prostorovém uspořádání. Br F l F l Br

4 3 STRUKTURA A EMIKÉ VZRE dvourozměrné grafické vyjádření struktury empirický vzorec (elementární analýza: typ a poměr atomů) 40.01%, 6.68% : 2 sumární vzorec (hmotnostní spektrometrie: počet atomů) M + 60: strukturní vzorec (typy vazeb, nevazebné elektrony, zjednodušení zápisu) elektronový strukturní kys. ethanová racionální methyl-methanoát ethen-1,2-dial 3 1,3-dioxetan hydroxyethanal 2

5 4 STRUKTURA A IZMERIE konstituční izomery (různé uspořádání atomů) pentan 2-methylbutan 2,2-dimethylpropan polohové izomery 2-methylfenol 3-methylfenol 4-methylfenol tautomery (liší se polohou dvojné vazby a atomu vodíku) 3 2 keto-enol 3 2 N 3 N nitroso-isonitroso

6 5 PRSTR KL ULÍKU methan 4 třírozměrná molekula tetraedr, α ethen ethyn 2 = 2, planární molekula, lineární molekula

7 6 PRSTRVÁ STRUKTURA A EMIKÉ VZRE Projekční vzorce: perspektivní vzorce Newmanovy vzorce vpředu c a b f e d f vzadu a d klínkové vzorce a b c d Fischerovy vzorce = vodorovné vazby směřují dopředu a svislé dozadu c b a d a,b,c vpředu c b d,e,f - vzadu e

8 7 TRJRZMĚRNÉ MDELY cystein, 2-amino-3-sulfanylpropanová kys. 2 S N 2 N S

9 8 PRSTRVÁ STRUKTURA A IZMERIE fyzikální třírozměrnost našeho světa třírozměrnost organických sloučenin rozdílné fyzikální, chemické a biologické vlastnosti Jacobus. van t off & J. A. Le Bel STEREEMIE studium prostorové struktury chemických sloučenin, souvislosti mezi prostorovou stavbou molekul a jejich vlastnostmi typy stereoizomerií: konformace (prostorové uspořádání kolem jednoduché vazby) stereochemie alicyklických sloučenin geometrická izomerie (prostorové uspořádání na dvojné vazbě) optická izomerie (neztotožnitelné zrcadlové obrazy) Jacobus. van t off ( ), Univ. Amsterdam, první Nobelova cena za chemii (1901) J. A. Le Bel ( ), Sorbonne, Paříž

10 9 PRSTRVÁ STRUKTURA A IZMERIE fyzikální třírozměrnost našeho světa třírozměrnost organických sloučenin rozdílné fyzikální, chemické a biologické vlastnosti Jacobus. van t off & J. A. Le Bel STEREEMIE studium prostorové struktury chemických sloučenin, souvislosti mezi prostorovou stavbou molekul a jejich vlastnostmi typy stereoizomerií: konformace (prostorové uspořádání kolem jednoduché vazby) stereochemie alicyklických sloučenin geometrická izomerie (prostorové uspořádání na dvojné vazbě) optická izomerie (neztotožnitelné zrcadlové obrazy)

11 10 KNFRMAE, ETAN Konformace je vzájemné prostorové uspořádání atomů nebo skupin atomů na dvou atomech spojených jednoduchou vazbou. Jednotlivé izomery (konformery) vznikají volnou rotací kolem této jednoduché vazby. ethan zákrytová střídavá = 12 kj mol -1 zákrytová E střídavá

12 11 KNFRMAE, BUTAN butan synperiplanární (sp) synklinální (sc) antiklinální (ac) antiperiplanární (ap) A B(E) D A A E B E 3 3 D

13 12 KNFRMAE s-cis a s-trans molekuly typu A= =B, s-cis buta-1,3-dien, s-trans propenal (akrylaldehyd) s-cis s-trans s-cis s-trans stabilnější stabilnější (menší sterické napětí) 4-hydroxypent-3-en-2-on (menší sterické napětí) s-cis stabilnější (intramolekulární vodíková vazba) 3 s-trans

14 13 ATRPIZMERIE Zábrana rotace kolem jednoduché vazby způsobená sterickou náročností (interakcí substituentů ap.). Za normální teploty molekuly zůstanou uzamčeny ve dvou konformacích (atropoizomerech). např. 2,2 -disubstituované nebo 2,2,6,6 -tetrasubstituované bifenyly 2,2 -dinitrobifenyl-6,6 -dikarboxylová kys. N - + N N - + N zde různé substituenty v polohách 2 a 6, resp. 2 a 6 : oba konformery atropoizomery jsou neztotožnitelné zrcadlové obrazy, tedy enantiomery (osová chiralita)

16 15 STEREEMIE ALIYKLIKÝ SLUČENIN cyklopropan cyklopentan cyklohexan židličková konformace zkřížená vaničková k. vaničková k. ax. ekv. ax. axiální poloha ekv. ekvatoriální poloha

18 17 GEMETRIKÁ (cis trans) IZMERIE Konfigurace na dvojné vazbě. Volná otáčivost kolem dvojné vazby není možná (zánik vazby!). Na každém uhlíku dvojné vazby jeden substituent: dva izomery cis-izomer trans-izomer cis-but-2-en trans-but-2-en cis-polyisopren trans-polyisopren přírodní kaučuk gutaperča n n

19 18 Z,E NMENKLATURA 2-brompent-2-enová kys. 3 2 Br cis nebo trans? 1. Na každém atomu dvojné vazby vybereme substituent s vyšší prioritou (pravidla notace ahn-ingold-prelog pro určování absolutní konfigurace; nejdříve rozhoduje atomové číslo vázaného atomu). 2. Pokud leží substituenty s vyšší prioritou - na stejné straně dvojné vazby: Z-izomer - na opačné straně dvojné vazby: E-izomer Br Br 3 2 Br (E)-2-brompent-2-enová kys. Z, z německého zusammen (společně); E, z německého entgegen (naproti)

20 19 PRSTRVÁ STRUKTURA A IZMERIE fyzikální třírozměrnost našeho světa třírozměrnost organických sloučenin rozdílné fyzikální, chemické a biologické vlastnosti Jacobus. van t off & J. A. Le Bel STEREEMIE studium prostorové struktury chemických sloučenin, souvislosti mezi prostorovou stavbou molekul a jejich vlastnostmi typy stereoizomerií: konformace (prostorové uspořádání na jednoduché vazbě) stereochemie alicyklických sloučenin geometrická izomerie (prostorové uspořádání na dvojné vazbě) optická izomerie (neztotožnitelné zrcadlové obrazy)

21 20 IRALITA Tak to jsem já! To snad nemohu být já?! vzor zrcadlo obraz AIRÁLNÍ BJEKTY Vzor a obraz jsou ztotožnitelné. (míč, sklenice, špendlík, vodík, ethan, fosgen) IRÁLNÍ BJEKTY Vzor a obraz nejsou ztotožnitelné. (obličej, ruce, boty, alanin, mléčná kyselina, ibuprofen) chiralita, odvozeno od řeckého cheir (ruka)

22 21 IRÁLNÍ BJEKTY (PŘÍKLADY) alanin esenciální aminokyselina 3 N2 2 N 3 kyselina mléčná v krvi, svalech, kyselém mléku ibuprofen - léčivo

23 22 IRALITA A VLASTNSTI (PŘÍKLADY) fyzikální třírozměrnost našeho světa třírozměrnost organických sloučenin rozdílné fyzikální, chemické a biologické vlastnosti thalidomid ontergan (směs obou izomerů), léčivo na přelomu 50. a 60. let, léčba ranních nevolností těhotných žen, narozeno postižených dětí (malformace) N N N N nemá teratogenní účinky má teratogenní účinky limonen jedlové šišky (terpentýnová vůně) pomeranče (pomerančová vůně)

24 23 STRUKTURNÍ PŘEDPKLADY IRALITY Přítomnost stereogenního centra nebo celková nesymetrie molekuly. Typy chirality přítomnost stereogenního centra (chirálního atomu): centrální (bodová) chiralita celková nesymetrie molekuly: osová chiralita planární chiralita helikální chiralita ZDÁNLIVÁ IRALITA (jednovaječná dvojčata) Marek ndřej

25 24 TYPY IRALITY ENTRÁLNÍ IRALITA centrální (bodová) chiralita přítomnost asymetrického atomu = stereogenní centrum (záměna dvou substituentů na něm vede ke vzniku stereoizomeru) chirální uhlík (nese 4 různé substituenty) aminy (Trögerovy báze) R 1 Br R 2 R R N N 3 kvarterní amoniové soli sulfoxidy fosfinoxidy R 1 + N R 2 R 4 R 3 S R 1 R P R 1 R 3 R 2

26 25 TYPY IRALITY SVÁ IRALITA osová chiralita osa chirality X X Y Y 2,2 -binaftol (binol) alleny 3 3 spirany

27 26 TYPY IRALITY PLANÁRNÍ A ELIKÁLNÍ. planární chiralita paracyklofany feroceny Fe 3 l helikální chiralita (M)-[6]helicen (P)-[6]helicen M P

28 27 FISERVA PRJEKE Fischerův vzorec (Fischerův kříž) derivátu methanu abcd (a,b,c,d jsou rozdílné substituenty) - vodorovné vazby směřují dopředu a svislé dozadu b a c d b c c a b d d a 180 Z a b d c d a b c 3. c a b 4. d 1. přepis klínkového vzorce do podoby vyhovující Fischerově notaci 2. Fischerův vzorec (Fischerův kříž) 3. dovolené operace s Fischerovým křížem: otočení v rovině nákresny o 180 (180 ), cyklická záměna tří substituentů (Z) 4. zakázané operace s Fischerovým křížem: otočení v rovině nákresny o 90 * Emil Fischer ( ), Univerzita Berlín, Nobelova cena za chemii (1902)

29 28 ABSLUTNÍ KNFIGURAE Skutečné prostorové uspořádání atomů nebo skupin atomů kolem chirálního centra se nazývá absolutní konfigurace. v rovině vpravo a v rovině vlevo a v rovině vlevo b d c vzadu vzadu c d b v rovině vpravo vpředu vpředu Popis absolutní konfigurace vzorcem: projekční vzorce (např. klínkový vzorec, Fisherův vzorec). Popis absolutní konfigurace v názvu: sloučenina a-b-c-d-methan který izomer mám na mysli?

30 29 ISTRIKÝ PPIS ABSLUTNÍ KNFIGURAE (+), ( ) nomenklatura podle optické otáčivosti, (+) je pravotočivý a ( ) je levotočivý izomer D, L nomenklatura názvosloví cukrů a aminokyselin Ve Fisherově projekci musí být skupina s nejvyšším oxidačním stupněm nahoře. Pak je izomer označen D- nebo L- podle toho, zda asymetrický uhlík s nejvyšším pořadovým číslem má hydroxyskupinu na téže straně jako D- nebo L-glyceraldehyd. Podobně se aminokyseliny porovnávají se serinem. vpravo vlevo 2 2 D-glyceraldehyd L-glyceraldehyd N 2 2 D-serin 2 N 2 L-serin

31 30 ANVA INGLDVA PRELGVA NTAE (R), (S) nomenklatura pro jednoznačné pojmenování izomeru podle R. S. ahna,. Ingolda a V. Preloga. 1. Seřadíme substituenty na chirálním centru do klesající posloupnosti podle jejich priority. Priorita je dána atomovým číslem atomu vázaného na chirální centrum, atom s vyšším atomovým číslem má vyšší prioritu. b a c d a-b-c-d-methan a c d pořadí priority: d > c > b > a b Pokud nemůžeme rozhodnout, potom vybereme všechny atomy bezprostředně vázané na atomy, mezi nimiž nemůžeme rozhodnout. V každé takové trojici opět uspořádáme atomy do klesající posloupnosti. Při posouzení priority pak postupujeme od prvního atomu v trojici, dokud nenajdeme na stejné pozici dvojici atomů, z nichž má jeden vyšší atomové číslo. Atom vázaný dvojnou resp. trojnou vazbou zahrneme dvakrát resp. třikrát. Vladimir Prelog (*1906), Nobelova cena za chemii (1975); Robert S. ahn ( ); hristopher Ingold ( );

32 31 ANVA INGLDVA PRELGVA NTAE 2. Molekulu orientujeme v prostoru tak, aby spojnice chirální centrum atom s nejnižší prioritou (a) byla ve směru našeho pozorování, přičemž substituent s nejnižší prioritou směřuje od nás. statní tři substituenty (b, c, d) směřují k nám (jako volant v autě). b d a c a c d b d d R b c c b S posloupnost d > c > b klesá ve směru hodinových ručiček (doprava): izomer R posloupnost d > c > b klesá proti směru hodinových ručiček (doleva): izomer S R, z latinského rectus (doprava); S, z latinského sinister (doleva)

33 32 URČENÍ ABSLUTNÍ KNFIGURAE (PŘÍKLAD) D-serin N 2 2 Fisherův vzorec 2,, N,, 3 rozhodnutí mezi a 2 N 2 2 usnadnění prostorové představy s využitím klínků R N 2 2 volant : priorita klesá doprava 2-3? 4 N 1 2-3? určení priority atomů vázaných k chirálnímu centru priorita 1>2>3>4 N 2 2 (R)-2-amino-3-hydroxypropanová kyselina

34 33 MLEKULY S VÍE IRÁLNÍMI ENTRY Jedno chirální centrum: oba stereoizomery (pár vzor zrcadlový obraz) se nazývají enantiomery. 2 2 (R)-2,3-dihydroxypropanal (S)-2,3-dihydroxypropanal Více chirálních center: pravidlo van t offovo Le Belovo: pro počet chirálních center n je maximální počet stereoizomerů 2 n diastereoizomery stereoizomery, které mají alespoň na jednom chirálním centru opačnou konfiguraci a nejsou enantiomery epimery dva diastereoizomery, které mají opačnou konfiguraci pouze na jednom chirálním centru mesoforma (vnitřní racemát) v molekule jsou dvě chirální centra se stejnou substitucí, ale opačnou absolutní konfigurací, pak jsou příslušné enantiomery totožné a jsou achirální.

35 34 DIASTEREIZMERY 2,3,4-trihydroxybutanal S S 2 enantiomery R R 2 enantiomery D-erythrosa D-threosa (2S,3S)- (2R,3R)- (2S,3R)- (2R,3S)- diastereoizomery S R 2 R S 2 2,3-dihydroxybutandiová kys. (vinná kys.) R R S S R S L-(+)-vinná, +12 D-(-)-vinná, -12 mesovinná, 0 (2R,3R)- (2S,3S)- (2R,3S)- (2S,3R)-

36 35 PČET STEREIZMERŮ (2 n ) cholová kyselina steroid, žlučová kyselina syntetizovaná v játrech 11 stereogenních center, celkem 2048 stereoizomerů (jedním je cholová kyselina, dalším je její enantiomer a 2046 jejích diastereoizomerů)

37 36 VLASTNSTI STEREIZMERŮ enantiomery mají stejnou konstituci a stejné vzdálenosti mezi atomy mají stejné fyzikální a chemické vlastnosti kromě chování v chirálním prostředí ( Pravá ruka si potřese s pravou rukou a levá s levou, ne naopak. ) diastereoizomery mají stejnou konstituci, ovšem rozdílné vzdálenosti mezi atomy mají rozdílné vlastnosti Fyzikální vlastnosti (teplota tání, teplota varu, dipólmoment, rozpustnost v nechirálních rozpouštědlech, spektrální vlastnosti) mají enantiomery stejné kromě optické otáčivosti a diastereoizomery rozdílné. hemické vlastnosti enantiomerů jsou při reakcích s nechirálními látkami nebo v nechirálním prostředí stejné, s chirálními látkami (v chirálním prostředí) rozdílné; chem. vlastnosti diastereoizomerů jsou obecně rozdílné. Biologické vlastnosti chirálních molekul mohou být rozdílné (viz. thalidomid).

38 37 PTIKÁ IZMERIE hiralita je vlastnost objektu (např. molekuly) jako celku. Kritérium chirality je neztotožnitelnost vzoru a jeho zrcadlového obrazu. ba stereoizomery, tzn. pár vzor zrcadlový obraz, se nazývají enantiomery. Většina fyzikálních vlastností enantiomerů je stejná. Liší se mj. ve způsobu interakce s polarizovaným světlem. enantiomery polarizované světlo (+)-enantiomer pravotočivý, dexter α (-)-enantiomer levotočivý, laevus α enantiomery, řecky enantios (opačný); latinsky dexter (pravý) a laevus (levý)

39 38 PTIKÁ AKTIVITA ptická aktivita je makroskopickým projevem chirality (je vlastností chirálního materiálu jakožto souboru chirálních objektů). ba enantiomery se odlišují optickou otáčivostí. ptickou otáčivost měříme polarimetrem. Jednoduché schéma polarimetru. zdroj světla polarizační filtr kyveta se vzorkem α normální světelný paprsek kmitá ve všech rovinách polarizované světlo kmitá v jedné rovině rovina je stočena

40 39 PLARIMETRIE Měřenou veličinou je otáčivost α. táčivost závisí na - koncentraci roztoku - délce kyvety - teplotě - rozpouštědle - použité vlnové délce Účinek polarizačního filtru ve fotografii: např. odstranění odlesků (tj. polarizované světlo) od nekovových povrchů převzato z Specifická otáčivost [ α] T = λ α α T [ ] λ lc (závislá na rozpouštědle) c konc. v gramech látky na 1 ml roztoku l délka kyvety v dm T teplota ve λ vlnová délka použitého záření, 589 nm (sodíková čára, D)

41 40 PLARIMETR laboratorní Polarimetr P1000 (Krüss) otočný hranol rozsah (dělení po 1, odečítání po 0.05 ) sodíková lampa (589 nm) dvě polarimetrické trubice (1 a 2 dm) digitální Polarimetr 341 (PerkinElmer) vědecké a výzkumné aplikace, průmyslové aplikace (monitorování) sodíková výbojka (Na 589 nm) rtuťová výbojka (g 578, 546, 436 a 365 nm) detektor: fotonásobič kyvety skleněné nebo křemenné, délka 100 mm, objemy 6.2 ml, 1 ml, 350 µl aj. temperace vzorku (připojení k termostatu) možnost měřit v UV oblasti elektromagnetického záření

42 41 RAEMÁT Racemát je směs ekvivalentního množství pravotočivých (+) a levotočivých (-) molekul jedné sloučeniny. Racemát je opticky neaktivní. 1 mol (+)-enantiomeru + 1 mol (-)-enantiomeru = 2 moly racemátu α α α = 0 + racemát, odvozeno od latinského racemus (hrozen vína); racemická kys. = kys. vinná

43 42 VZNIK RAEMÁTU - SMÍÁNÍM, RAEMIZAÍ smícháním stejného množství pravotočivého (+)-enantiomeru a levotočivého (-)-enantiomeru butan-2-ol: (+)-butan-2-ol má 27 [α] D -13.5, ekvivalentní směs obou má , (-)-butan-2-ol má [α] D 27 [α] D 27 racemizací tautomerizace 2-methylcyklohexanonu: (R)-2-methylcyklohexanon 2-methylcyklohex-2-enol (S)-2-methylcyklohexanon

44 43 VZNIK RAEMÁTU - SYNTÉZU syntézou, tj. v průběhu chemické reakce adice kyanovodíku na acetaldehyd (kyanhydrinová syntéza) 3 N - zezadu: R N N - zpředu: S 3 S acetaldehyd (ethanal) (S)-2-hydroxypropannitril (R)-2-hydroxypropannitril N + 3 R N adice bromovodíku na but-2-en Br - shora: R Br R (50%) + Br (50%) Br - zespodu: S Br S but-2-en planární sekundární (R)-(-)-2-brombutan, [α] D -39 karbokation (S)-(+)-2-brombutan, [α] D 39

45 44 DĚLENÍ RAEMÁTŮ NA ENANTIMERY Enantiomery můžeme rozlišit v chirálním prostředí (např. polarizované světlo). ( Pravá ruka si potřese s pravou rukou a levá s levou, ne naopak. ) Některé způsoby dělení racemátů: vínan amonno-sodný: rozdílný vzhled krystalů obou enantiomerů, Louis Pasteur je dělil manuálně s pomocí mikroskopu a pinzety krystalizace z chirálních rozpouštědel dělení přes diastereoizomery (rozdílné fyzikální vlastnosti) diastereoizomerní soli, komplexy a sloučeniny chromatograficky na enantioselektivních kolonách kineticky: enzymaticky, neenzymaticky reakcí s chirálními činidly nebo v přítomnosti chirálních katalyzátorů

46 45 PŘÍKLAD DĚLENÍ RAEMÁTŮ dělení přes diastereoizomerní soli dělení racemického (R,S)-but-3-yn-2-aminu pomocí (+)-vinné kyseliny N racemický (R,S)-but-3-yn-2-amin 2 několik dnů (+)-vinná kys. - 3 N + 3 pravotočivá (+)-vinná sůl (R)-aminu, krystalizuje z roztoku R N + 3 levotočivá (+)-vinná sůl (S)-aminu, zůstává v roztoku S K K N 2 N 3 R 3 (+)-(R)-but-3-yn-2-amin, b.t (±1) (-)-(S)-but-3-yn-2-amin, (±1) b.t S

47 46 PTIKÁ A ENANTIMERNÍ ČISTTA optická čistota % optická čistota (%) = 100. [α] exp / [α] max Pro but-3-yn-2-amin naměřeno [α] +26.6, (R)-enantiomer má [α] max +53.2, tzn. optická čistota je 50%. Směs tedy obsahuje 50% opticky čistého (R)-izomeru a 50% racemátu, přítomnost 25% opačného (S)-izomeru snižuje otáčivost (R)-izomeru na polovinu. Určení optické čistoty: optická otáčivost (znalost [α] max ) enantiomerní přebytek % ee (enantiomeric excess) % ee = 100. ([en1] [en2]) / ([en1] + [en2]) Určení enantiomerní čistoty: optická otáčivost (znalost závislosti [α] na složení směsi) NMR (s přídavkem chirálního činidla ap.) chromatografie (na chirálních stacionárních fázích)

48 47 STEREEMIE RGANIKÝ REAKÍ Topologie procesů při vzniku stereogenního centra vznik racemátu (enantiomery 50% : 50%) enantioselektivní reakce (preferenční vznik jednoho enantiomeru) enantiospecifické reakce (výhradní vznik jednoho enantiomeru) Topologie procesů na stereogenním centru inverze konfigurace (S N 2, Waldenův zvrat) stereospecifická r. dvojitá inverze konfigurace (S N i) stereospecifická r. úplná nebo částečná racemizace (S N 1) - racemizace nebo stereoselektivní r. Další cis nebo trans adice cis nebo trans eliminace aj.

49 48 VZNIK RAEMÁTU viz. str. 43 adice kyanovodíku na acetaldehyd (kyanhydrinová syntéza) 3 N - zezadu: R N N - zpředu: S 3 S acetaldehyd (ethanal) (S)-2-hydroxypropannitril (R)-2-hydroxypropannitril N + 3 R N adice bromovodíku na but-2-en Br - shora: R Br R (50%) + Br (50%) Br - zespodu: S Br S but-2-en planární sekundární (R)-(-)-2-brombutan, [α] D -39 karbokation (S)-(+)-2-brombutan, [α] D 39

50 49 ENANTI- A STERESPEIFIKÉ REAKE vzniká výhradně (pouze) jeden enantiomer biologická redukce kyseliny pyrohroznové 3 laktát dehydrogenáza 3 pyrohroznová kys. (+)-mléčná kys. substituce 2-bromoktanu hydrogensulfidem substituce nukleofilní bimolekulární S N 2, zánik vazby Br a vznik vazby S probíhá synchronně, Waldenův zvrat (inverze konfigurace) S - + Br S Br S + Br - 3 ( 2 ) 5 ( 2 ) 5 3 ( 2 ) 5 3 (R)-2-bromoktan aktivovaný komplex (S)-oktan-2-thiol

51 50 ENANTISELEKTIVNÍ REAKE rganická syntéza chirálních sloučenin = enantioselektivní reakce = asymetrická syntéza generuje se stereogenní centrum a vzniká převážně jeden enantiomer achirální molekula enantiomer 1 (vzor) chirální molekula + enantiomer 2 (zrcadlový obraz) chirální molekula enantioselektivní syntézy v chirálním prostředí (rozpouštědlo, polarizované světlo aj.) s chirálními reaktanty s chirálními katalyzátory (chirální katalýza, heterogenní nebo homogenní) využití např. syntéza léčiv a agrochemikálií (syntetizovat a aplikovat jen fyziologicky aktivní enantiomer)

52 51 IRÁLNÍ KATALÝZA Nobelova cena za chemii 2001 William S. Knowles, Ryoji Noyori, K. Barry Sharpless za jejich práce na chirálně katalyzovaných hydrogenačních reakcích některá úskalí převážně syntéza sloučenin s více funkčními skupinami převážně vícekrokové syntézy vysoké požadavky na čistotu: >99%; obsah těžkých kovů < 0.001% některé požadavky na katalyzátor vysoká enantioselektivita (>99% e.e. pro léčiva, > 80% e.e. pro agroch.) vysoký chemický výtěžek syntézy opětovná použitelnost snadná separace chemická a mechanická stabilita dostupnost cena

53 52 IRÁLNÍ LIGANDY A KATALYZÁTRY BINAP DUPS Ts-DPEN vázaný na polystyren PS PPh 2 P S 2 PPh 2 P Ph N Ph N 2 BPPM bisoxazoliny Rh-komplex vázaný na zeolit (pro asymetrické hydrogenace) ( 3 ) 3 Ph 2 P N PPh 2 Ph N N Ph N Rh + N( 2 ) 3 Si m n Ph, fenyl- 6 5, odvozeno od anglického phenyl

54 53 ASYMETRIKÁ YDRGENAE Redukce acetofenonu na 1-fenylethanol 3 -( 2 5 ) 3 N (S,S)-kat. 3 acetofenon fenyl(methyl)keton 3 3 Ts N N 2 Ru 3 l (S)-1-fenylethanol (S,S)-kat. Roztok acetofenonu (2 mol/l) ve směsi mravenčí kyselina triethylamin (5:2) a obsahující (S,S)-kat. (substrát/kat. = 200:1) poskytuje při 28 po 20 hodinách (S)-1-fenylethanol s 98% ee a ve výtěžku 99%. A. Fujii, S. ashiguchi, N. Uematsu, T. Ikariya, R. Noyori: J. Am. hem. Soc. 1996, 118, Ts, tosyl S 2

55 54 ENANTISELEKTIVNÍ ALKYLAE ALDEYDŮ Alkylace benzaldehydu diethylzinkem na 1-fenylpropan-1-ol ( 3 2 ) 2 Zn, DAIB toluen, benzaldehyd (S)-1-fenylpropan-1-ol N( 3 ) 2 DAIB (-)-3-exo-(dimethylamino)isoborneol N 3 2 Zn Zn Do roztoku (-)-DAIB v toluenu se po argonem přidá toluenový roztok diethylzinku a následně při 78 benzaldehyd. Po 6 hodinách při 0 se směs rozloží přídavkem vodného chloridu amonného za vzniku (S)-1-fenylpropan-1-olu s 98% ee a ve výtěžku 97%. Množství katalyzátoru 2 mol %. M. Kitamura, S. Suga, K. Kawai, R. Noyori: J. Am. hem. Soc. 1986, 108,

56 55 ENANTISELEKTIVNÍ MIAELVA ADIE Rhodiem katalyzovaná adice arylboronové kys. na dienon PhB() 2 Rh(acac)( 2 4 ) 2 L, K 6-(propan-2-yliden)cyklohex-2-enon (S)-5-fenyl-2-(propan-2-yliden)cyklohexanon fenylboronová kys. Ph S Rh Rh(acac)( 2 4 ) 2 P N( 2 5 ) 2 L Komplex Rh(acac)( 2 4 ) 2 (3 mol %), fosforamidit L (7.5 mol %) a fenylboronová kys. se smísí v dioxanu pod argonem. Přidá se vodný K (1 ekv.) a po 1 hod. roztok dienonu v dioxanu. Po 12 hod. zahřívání na 70 vzniká produkt s 95% ee, s výtěžkem 93% a s vysokou regioselektivitou (adice na endocyklickou nás. vazbu). L. U. Urbaneja, N. Krause: Tetrahedron Asymmetry 2006, 17,

57 Děkuji Vám za pozornost!