Konspekt wykładu „Chemia Organiczna” dla studentów Wydziału Inżynierii Chemicznej i Procesowej

STEREOIZOMERIA

2 godz.

1.

Izomery – definicja i klasyfikacja

1.1.

Konstytucyjne - związki różniące się sposobem połączenia atomów w cząsteczce
(tj. różna budowa szkieletu węglowego lub inne rozmieszczenie grup
funkcyjnych); na przykładzie 5-etylo-2,3-dimetyloheptanu i 2,2,4,4,5-
pentametyloheksanu oraz kwasu 3-hydroksybutanowego i kwau 3-hydroksy-2-
metylopropanowego

1.2.

Stereoizomery – związki o identycznym połączeniu atomów w cząsteczce, ale o
różnym ich rozmieszczeniu w przestrzeni

•

Enancjomery – para niekładalnych na siebie stereoizomerów mających się do
siebie jak przedmiot i jego lustrzane odbicie

•

Diastereoizomery – stereoizomery nie będące enancjomerami

2.

Chiralność na przykładzie przedmiotów codziennego użytku

2.1.

Obiekty chiralne - obiekty nienakładalne na swoje odbicie lustrzane: ręka,
nożyczki, samochód, śruba

2.2.

Obiekty achiralne - obiekty nakładalne na swoje odbicie lustrzane; krzesło

3.

Chiralność i enancjomeria w związkach organicznych na przykładzie cis-1,2-
dichlorocyklopentanu (związek achiralny) oraz trans-1,2-dichlorocyklopentan
(związek chiralny)

4.

Elementy symetrii występujące w związkach organicznych

4.1.

Płaszczyzna symetrii w cis-1,2-dimetylocyklopropanie (związek achiralny)

4.2.

środek symetrii w 1,2-dietylo-3,4-dimetylocyklobutanie (związek achiralny)

4.3.

Brak płaszczyzny symetrii i środka symetrii w trans-1,2-dimetylocyklopropanie
(związek chiralny)

5.

Pojęcie asymetrycznego atomu węgla (centrum asymetrii), jako jednego z
czynników powodujących chiralność związków organicznych

•

Asymetryczny atom węgla (C*) - atom węgla w stanie hybrydyzacji sp

3

związany z czterema różnymi podstawnikami (nazywany także centrum
asymetrii).

6.

Określanie czy dany związek jest chiralny na przykładzie 2-chlorobutanu; na
modelach i wzorach przestrzennych:

1

CH

3

CH

CH

2

CH

3

Cl

*

CH

3

CH

CH

2

CH

3

Cl

*

A

(związek macierzysty)

B

(odbicie lustrzane)

B

po obrocie o 60

°

wokół wiązania C-Cl

B

po obrocie o 120

°

wokół wiązania C-Cl

2-chlorobutan

A

i

B

nie nakładają się na siebie,

są to enancjomery.

Wniosek – związek posiadający asymetryczny
atom węgla może występować w postaci dwóch
enancjomerów.

Cl

H

5

H

2

C

H

3

C

Cl

H

C

2

H

5

CH

3

Cl

CH

3

2

H

5

C

H

Cl

H

H

3

C

2

H

5

C

Cl

H

5

H

2

C

H

3

C

Cl

H

C

2

H

5

CH

3

Cl

CH

3

2

H

5

C

H

Cl

H

H

3

C

2

H

5

C

60°

60°

Cl

H

H

3

C

Cl

H

H

3

C

5

H

2

C

A

B

5

H

2

C

Cl

H

H

3

C

Cl

H

H

3

C

5

H

2

C

A

B

5

H

2

C

CH

3

F

NH

2

H

1

3

4

2

F > N > C > H

Konspekt wykładu „Chemia Organiczna” dla studentów Wydziału Inżynierii Chemicznej i Procesowej

7.

Czynność optyczna związków organicznych

7.1.

Zasada działania polarymetru

7.2.

Enancjomer prawoskrętny (+) – skręca płaszczyznę światła spolaryzowanego w
prawo; kierunek obrotu analizatora w celu przywrócenia zaciemnienia pola
widzenia jest zgodny ze wskazówkami zegara

7.3.

Enancjomer lewoskrętny (

−

)

−

skręca płaszczyznę światła spolaryzowanego w

lewo; kierunek obrotu analizatora w celu przywrócenia zaciemnienia pola widzenia
jest przeciwny do ruchu wskazówek zegara

7.4.

Enancjomery skręcają płaszczyznę światła spolaryzowanego o ten sam kąt, ale w
przeciwnych kierunkach

7.5.

Mieszanina racemiczna (lub racemat) – równomolowa mieszanina enancjomerów
nie skręca płaszczyzny światła spolaryzowanego

8.

Przykłady enancjomerów wybranych związków organicznych:

8.1.

(-)-2-Aminopropan-1-ol i (+)-2-aminopropan-1-ol

8.2.

Kwas (-)-mlekowy i kwas (+)-mlekowy

8.3.

Kwas (-)-migdałowy i kwas (+)-migdałowy

9.

Konfiguracja absolutna związków organicznych - opis przestrzennego
rozmieszczenia podstawników wokół centrum asymetrii (informacja niezbędna do
skonstruowania prawidłowej nazwy związku chiralnego)

9.1.

Sposób określania konfiguracji absolutnej opracowany przez Cahna, Ingolga i
Preloga

•

Krok 1: ustalenie kolejności podstawników, postępując zgodnie z regułami
pierwszeństwa

 Reguła 1: jeżeli wszystkie cztery atomy połączone z centrum

asymetrii są różne, to pierwszeństwo grup zależy od liczb
atomowych tych atomów, przy czym priorytet ma atom o większej
liczbie atomowej; na przykładzie 1-amino-1-fluoroetanu (F > N > C
> H); jeżeli dwa atomy są izotopami tego samego pierwiastka, to
pierwszeństwo na atom o większej liczbie masowej (T > D > H).

 Reguła 2: jeżeli względnego pierwszeństwa dwóch grup nie można

ustalić na podstawie reguły 1, to należy przeprowadzić podobne
porównanie następnych atomów w tych grupach (jeżeli i to nie
przyniesie rozstrzygnięcia, to należy przesunąć się jeszcze dalej od
centrum chiralności); na przykładzie 1-bromo-3-etylo-4-
metylopentanu [-CH(CH

3

)

2

> -CH

2

CH

2

Br > -CH

2

CH

3

> H].

2

CH

2

CH

2

Br

CH

3

CH

2

CH(CH

3

)

2

H

3

2

4

1

Konspekt wykładu „Chemia Organiczna” dla studentów Wydziału Inżynierii Chemicznej i Procesowej

•

Krok 2: zorientowanie cząsteczki w taki sposób, aby podstawnik o najniższym
pierwszeństwie był jak najbardziej oddalony od obserwatora, a następnie
przesuwanie się według malejącego pierwszeństwa od podstawnika o
najwyższym pierwszeństwie w stronę kolejnych podstawników:

 Jeżeli wykonuje się obrót zgodnie z kierunkiem ruchu wskazówek

zegara, to taką konfigurację oznacza się literą R (rectus-prawy); na
przykładzie kwasu (R)-2-aminopropanowego i (R)-1,3-
dibromobutanu;

 Jeżeli wykonuje się obrót przeciwnie do ruchu wskazówek zegara,

to taką konfigurację oznacza się literą S (sinister-lewy); na
przykładzie kwasu (S)-2-aminopropanowego i (S)-1,3-
dibromobutanu.

9.2.

Umiejętność zorientowania cząsteczki w taki sposób, aby podstawnik o najniższym
pierwszeństwie był jak najdalej oddalony od obserwatora; na przykładzie kwasu
(S)-(+)-mlekowego i (S)-(+)-2-aminopropan-1-olu:

9.3.

Prezentacja konfiguracji absolutnej na wzorach rzutowych Fischera na przykładzie
kwasu (R)-mlekowego i zastrzeżenia co do obrotu wzoru Fischera

3

COOH

CH

3

NH

2

H

3

2

4

1

(R)

COOH

CH

3

H

2

N

H

3

2

4

1

(S)

CH

2

CH

2

Br

Br

CH

3

H

1

2

4

3

(R)

CH

2

CH

2

Br

Br

H

3

C

H

1

2

4

3

(S)

(A)

(A) po obrocie wokół wiązania
C-CO

2

H w lewo

kwas (S)-(+)-mlekowy

CO

2

H

H

3

C

H

O H

(S)

CO

2

H

H O

H

3

C

H

2

3

1

60°

1

2

3

4

CO

2

H

H

3

C

H

O H

(S)

CO

2

H

H O

H

3

C

H

2

3

1

60°

1

2

3

4

(A)

(A) po obrocie wokół
wiązania C-N w lewo

(A’) po obrocie wokół
C-CH

3

w prawo

(S)-(+)-2-aminopropan-1-ol

(A’)

H

H

3

C

C H

2

O H

NH

2

C H

3

H O H

2

C

H

N H

2

CH

3

H

2

N

CH

2

O H

H

(S)

1

2

3

4

1

2

3

2

3

1

60°

60°

H

H

3

C

C H

2

O H

NH

2

C H

3

H O H

2

C

H

N H

2

CH

3

H

2

N

CH

2

O H

H

(S)

1

2

3

4

1

2

3

2

3

1

60°

60°

Konspekt wykładu „Chemia Organiczna” dla studentów Wydziału Inżynierii Chemicznej i Procesowej

•

Wzór rzutowy Fischera można obracać o 180° lub 360° - konfiguracja
absolutna jest zachowana; na przykładzie obrotu wzoru rzutowego Fischera (S)-
mlekowego:

•

Obrót wzoru rzutowego Fischera o 90° lub 270° powoduje zmianę konfiguracji
absolutnej na przeciwną - uzyskany wzór przedstawia przeciwny enancjomer;
na przykładzie obrotu wzoru rzutowego Fischera kwasu
(R)-mlekowego:

10.

Związki chiralne posiadające dwa asymetryczne atomy węgla

10.1.

2,3-Dibromobutan

•

Przedstawienie stereoizomerów (na wzorach rzutowych Fischera)

•

Wskazanie enancjomerów oraz diastereoizomeru (formy mezo), który posiada
płaszczyznę symetrii i nakłada się na swoje odbicie lustrzane; nie skręca
płaszczyzny światła spolaryzowanego

10.2.

Przykłady związków mezo: cis-cyklopentano-1,2-diol, cis-1,2-dibromocykloheksan
oraz kwas mezo-winowy

4

kwas (R)-mlekowy

kwas (S)-mlekowy

COOH

(S)

CH

3

H

HO

COOH

(S)

CH

3

H

HO

obrót o 90°

OH

(R)

H

COOH

H

3

C

OH

(R)

H

COOH

H

3

C

kwas (S)-mlekowy

COOH

(S)

CH

3

H

HO

COOH

(S)

CH

3

H

HO

COOH

(S)

CH

3

H

OH

COOH

(S)

CH

3

H

OH

obrót o 180°

kwas (S)-mlekowy