1

Prostereoizomeria oraz Prochiralność

Gdy centrum niestereogeniczne (C

α

) w cząsteczce może być przekształcone w centrum

stereogeniczne poprzez zastąpienie jednego lub drugiego pozornie identycznego ligandu
przez inny, to takie dwa ligandy są homomorficznymi.

Słowa greckie:

homos – taki sam
morphe – forma
heteros – różne
topos – miejsce

Prochiralne osie i płaszczyzny mogą być definiowane w
podobny sposób w odniesieniu do chiralnych osi i płaszczyzn.

CO

2

H

C

HA

HB

CH

3

CO

2

H

C

HO

H

CH

3

CO

2

H

C

H

OH

CH

3

CE

NT

RU

M

P

RO

CH

IR

AL

NE

LIGANDY HETEROTOPOWE

KWAS (S)-MLEKOWY

KWAS (R)-MLEKOWY

CO

2

H

C

O

CH

3

α

H

-

KWAS PIROGRONOWY

C = O

PŁASZCZYZNA PROCHIRALNA

STRONY HETEROTOPOWE

Prostereoizomeria oraz Prochiralność

STEREOIZOMERY

ACHIRALNE DIASTEREOIZOMERY

H

HB

HA

Cl

Br

HA

HB

Z

H

H

Cl

Cl

H

H

Cl

Cl

E

Br

Br

trans

cis

Br

Br

PROSTEREOIZOMERIA

zamiana jednego z homomorficznych atomów H

A

lub H

B

przez atom chloru/bromu prowadzi do tworzenia się
stereogennych centrów w achiralnych stereoizomerach

CENTRUM PROSTEREOGENNE

OŚ

2

Prostereoizomeria oraz Prochiralność

C

C

C

H

Cl

H

A

H

B

CH

2

H

2

C

H

B

H

A

H

2

C

CH

2

C

C

C

H

Cl

Cl

H

B

C

C

C

H

Cl

H

A

Cl

CH

2

H

2

C

Cl

H

A

H

2

C

CH

2

CH

2

H

2

C

H

B

Cl

H

2

C

CH

2

Prochiralne osie i płaszczyzny mogą być
definiowane w podobny sposób w odniesieniu do
chiralnych osi i płaszczyzn.

Prostereoizomeria oraz Prochiralność

Różnicowanie heterotopowych ligandów lub stron może odbywać się na drodze:

™

przemian chemicznych w stereoselektywnej syntezie

akonitaza

CO

2

H

H

A

H

B

HO

2

C

OH

H

D

H

C

CO

2

H

H

HO

2

C

H

H

CO

2

H

HO

2

C

KWAS CYTRYNOWY

KWAS cis-AKONITYNOWY

H

A

/H

C

magnetycznie różne od

H

B

/H

D

™

przemian biochemicznych pod wpływem enzymów

™

spektroskopowo, a szczególnie przy pomocy spektroskopii NMR

pierwsza opisana (enancjoselektywna) asymetryczna synteza

KWAS ETYLOMETYLOMALONOWY

+

H

C

H

3

C

C

2

H

5

CO

2

H

H

C

H

3

C

C

2

H

5

CO

2

H

brucyna
∆, -CO

2

CO

2

H

C

H

3

C

C

2

H

5

CO

2

H

KWAS 2-METYLOBUTANOWY

(S)-(+)

55%

(R)-(–)

45%

3

Prostereoizomeria oraz Prochiralność

C

B

A

a

a'

C

c

b

A – KATALITYCZNE MIEJSCE AKTYWNE
B, C – MIEJSCA WIĄZANIA PRODUKTU

TRZYPUNKTOWY MODEL
KONTAKTOWY OGSTONA’A

5

4

3

2

1

CO

2

H

C

CH

2

CH

2

CO

2

H

O

akonitaza
dehydrogenaza izocytrynianow a
NADP

+

CH

3

COSCoA

enzym
kondensacyjny

CO

2

H

CH

2

C

HO

2

C

OH

CH

2

CO

2

H

4

3

2

1

CO

2

H

CH

2

C

O

CO

2

H

KWAS SZCZAWIOOCTOWY

KWAS

α-KETOGLUTAROWY

KWAS CYTRYNOWY

(R)-(-)

+ ADP

CH

2

OP(OH)

2

C

H

OH

CH

2

OH

O

glicerokinaza

+ ATP

CH

2

OH

C

H

OH

CH

2

OH

GLICERYNA

(R)-GLICEROLO-1-FOSFORAN

ENZYMATYCZNA FOSFORYLACJA GLICERYNY

FRAGMENT CYKLU KREBSA

ZWIĄZKI O IDENTYCZNYM WZORZE

SUMARYCZNYM

CZĄSTECZKI IDENTYCZNE

STEREOIZOMERY

DIASTEREOIZOMERY

ENANCJOMERY

IZOMERY

IZOMERY KONSTYTUCYJNE

HOMOMORFICZNE

LIGANDY/STRONY CZĄSTECZKI

LIGANDY HOMOTOPOWE

LIGANDY STEREOTOPOWE

LIGANDY DIASTEREOTOPOWE

LIGANDY ENANCJOTOPOWE

LIGANDY HETEROTOPOWE

LIGANDY KONSTYTUCYJNE

HETEROTOPOWE

Klasyfikacja związków i ligandów wg
Hirschmana i Hansona, (1971r)

4

Homotopowe i heterotopowe ligandy/strony cząsteczki

Dlaczego niektóre homomorficzne ligandy nie są

eqiwalentne w stosunku do enzymów, a ich sygnały w NMR nie są
o takim samym przesunięciu chemicznym? Co decyduje, że takie
ligandy są równoważne lub nie?

Istnieją dwa alternatywne kryteria stosowane do określania
topowości

stron grup :

™

addycji

™

symetrii

ligandów :

™

substytucji

™

symetrii

obrót o 180

°

Kryterium substytucji

Homotopowe ligandy/strony cząsteczki

C

H

B

H

A

Cl

Cl

HB

D

HA

D

C

H

B

D

Cl

Cl

C

D

H

A

Cl

Cl

C

D

H

B

Cl

Cl

C OH

H

A

CO

2

H

C

H

B

CO

2

H

HO

HA

D

HB

D

HO

C OH

D

CO

2

H

C

H

B

CO

2

H

HO

C OH

H

A

CO

2

H

C

D

CO

2

H

HO

C OH

H

B

CO

2

H

C

D

CO

2

H

obrót o 180

°

KWAS (R)-(+)-WINOWY

KWAS (2R,3R)-2-
DEUTEROWINOWY

5

Kryterium substytucji

Homotopowe ligandy/strony cząsteczki

C

H

C

H

A

H

B

CO

2

H

H

B

Cl

HC

Cl

HA

Cl

C

H

C

Cl

H

B

CO

2

H

C

H

C

H

A

Cl

CO

2

H

C

Cl

H

A

H

B

CO

2

H

+ HCN

H

3

C

C

CH

3

O

Kryterium addycji

+

C

H

3

C

CH

3

OH

CN

C

H

3

C

CH

3

CN

OH

oś C

n

gdzie:

1< n <

∞

C

2

C

2

Kryterium symetrii

Homotopowe ligandy/strony cząsteczki

Cl

Cl

H

A

H

B

H

A

OH

H

B

COOH

OH

HOOC

H

B

H

A

H

C

O

O

H

konformacja ekliptyczna

SWOBODNY OBRÓT

⇒

SYMETRIA ‘UŚREDNIONA’

6

C

2

protony heterotopowe:

H

A

i

H

B

oraz

H

D

i

H

C

protony homotopowe:

H

A

i

H

D

,

H

B

i

H

C

,

H

oś C

n

gdzie:

1< n <

∞

Kryterium symetrii

Homotopowe ligandy/strony cząsteczki

5

4

2

H

C

H

B

H

H

D

H

H

O

O

A

1,3-DIOKSOLAN

R

S

Kryterium substytucji

Heterotopowe ligandy/strony cząsteczki – enacjotopowe

H

A

D

D

H

B

H

OH

H

3

C

CH

3

H

OH

H

313

C

CH

3

H

OH

H

3

C

CH

3

13

13

CH

3

CH

3

13

CH

3

CH

3

F

Cl

H

A

H

B

F

Cl

H

A

D

F

Cl

D

H

B

R

S

enancjomery

7

S

R

R

S

lustro

Kryterium substytucji

Heterotopowe ligandy/strony cząsteczki – enacjotopowe

D

H

A

D

H

B

C

HO

H

A

COOH

C

H

B

HO

COOH

C

HO

H

A

COOH

C

D

HO

COOH

C

HO

D

COOH

C

H

B

HO

COOH

KWAS mezo-WINOWY

S

R

Kryterium substytucji

Heterotopowe ligandy/strony cząsteczki – enacjotopowe

C

C

C

H

A

Cl

H

Cl

C

C

C

H

A

H

B

H

Cl

C

C

C

H

A

H

B

H

Cl

H

B

Cl

Cl

H

A

Kryterium addycji

H

C

CH

3

O

+ HCN

C

H

CH

3

CN

OH

C

H

CH

3

OH

CN

+

(R)

(S)

enancjomery

8

Heterotopowe ligandy/strony cząsteczki – enacjotopowe

Kryterium addycji

H

C

CH

3

O

+ HCN

C

H

CH

3

CN

OH

C

H

CH

3

OH

CN

+

(R)

(S)

CH

3

CH

3

H

3

C

CH

3

CH

3

H

3

C

Cr(CO)

3

CH

3

CH

3

H

3

C

Cr(CO)

3

en

an

cjo

m

er

y

płaszczyzna

σ

σ

Kryterium symetrii

Heterotopowe ligandy/strony cząsteczki – enacjotopowe

COOH

H

B

COOH

OH

H

A

OH

F

Cl

H

A

H

B

σ

Ligandy enancjotopowe mogą być rozróżnione przy pomocy:

™

spektroskopii NMR w nieracemicznym, chiralnym medium

™

syntetycznych przekształceń przy udziale chiralnych reagentów lub innego

typu chiralnych czynników

™

asymetrycznej syntezy

™

reakcji enzymatycznych, ponieważ enzym jest chiralnym katalizatorem

9

erytro

treo

Kryterium substytucji

Heterotopowe ligandy/strony cząsteczki – diastereotopowe

C

H

B

H

A

CO

2

H

C

OH

CO

2

H

H

C

OH

H

A

CO

2

H

C

OH

CO

2

H

H

C

H

B

HO

CO

2

H

C

OH

CO

2

H

H

H

A

HO

OH

H

B

diastereoizomery

C

H

B

H

A

C

C

OH

CO

2

H

OH

H

CO

2

H

H

H

A

HO

HO

H

B

C

OH

H

A

C

C

OH

CO

2

H

OH

H

CO

2

H

H

C

H

B

HO

C

C

OH

CO

2

H

OH

H

CO

2

H

H

R

R

S

S

r

s

dla podstawników enancjomerycznych

R > S

Z

E

Kryterium substytucji

Heterotopowe ligandy/strony cząsteczki – diastereotopowe

C

C

H

A

Cl

CH

3

H

C

C

H

A

H

B

H

CH

3

C

C

Cl

H

B

H

CH

3

Cl

H

A

H

B

Cl

diastereoizomery

10

cis

trans

Kryterium substytucji

Heterotopowe ligandy/strony cząsteczki – diastereotopowe

H

OH

OH

H

A

H

OH

H

B

H

A

H

OH

H

B

OH

OH

H

A

H

B

HO

tBu

FA

F

B

tBu

Cl

F

A

tBu

F

B

Cl

F

B

Cl

Cl

F

A

diastereoizomery

Kryterium substytucji

Heterotopowe ligandy/strony cząsteczki – diastereotopowe

diastereoizomery

C

COOH

C

C

H

CO

2

H

D

H

A

CO

2

H

H

HO

C

COOH

C

C

H

CO

2

H

D

CO

2

H

H

HO

H

B

C

COOH

C

C

H

CO

2

H

H

B

H

A

CO

2

H

H

HO

H

A

D

D

H

B

ZWIĄZEK ACHIRALNY

R

S

S

S

11

BRAK ELEMENTÓW SYMETRII

Kryterium symetrii

Heterotopowe ligandy/strony cząsteczki – diastereotopowe

jądra (grupy) homotopowe

jądra równocenne chemicznie i

magnetycznie

jądra (grupy) heterotopowe

jądra (grupy) enancjotopowe

nierozróżnialne w spektroskopii NMR

w środowisku achiralnym

rozróżnialne w spektroskopii NMR

w środowisku chiralnym

ALE

jądra (grupy) diastereotopowe

rozróżnialne w spektroskopii NMR

nierozróżnialne w spektroskopii NMR

12

H

A

C

D

OH

H

3

C

S

R

D

C
H

B

OH

H

3

C

pro-S

pro-R

H

A

C

H

B

OH

H

3

C

PROCHIRALNOŚĆ – NOMENKLATURA

CH

3

H

OH

H

OH

HO

H

CH

3

hipotetyczna
zamiana

CH

3

H

OH

H

OH

HO

H

CH

3

13

pro-R

achiralne, prochiralne

pro-S

S

S

S

S

R

O

H

3

C

H

PROCHIRALNOŚĆ – NOMENKLATURA

(C) CH

2

C

CH

3

H

CH

2

C

O

CH

2

C

CH

3

H

CH

2

(C)

C2: R

0

C4: S

0

2

4

R

0

S

0

Si

Re

13

(

CH

3

)

2

CHCR

C

CR'R''

C

2

H

5

CHBr

CO

C(CH

3

)

C

C

H

2

Fe

CH(

CH

3

)

2

CH

2

N(CH

3

)

2

ligandy diastereotopowe

C

C

C

H

Cl

H

H

CH

2

H

2

C

H

H

H

2

C

CH

2

ligandy enancjotopowe

Nomenklatura alternatywna

A

C

B

A

C

B

Si

Re

C

B

A

Si

Re

14

Nomenklatura alternatywna

addycja do różnego typu płaszczyzn

A

B

C

Si

A'

Re

A'

Si

CH

3

H

HO

2

C

H

3

C

H

H

3

C

CO

2

H

H

Si

Nomenklatura alternatywna

Ligandy A, B, C oraz A i A’ mogą być rozważane jako połączone z centrum
tetraedrycznym

C

A'Si

B

A

A'Re

B

A

C

H

CO

2

H

HSi

CH

3

CO

2

H

H

3

CSi

H

CH

3

15

Nomenklatura alternatywna

CH

3

Re

H

CH

3

Si

CO

2

H

CH

3

HSi

CO

2

H

HRe

CO

2

H

H

Si

H

Re

CH

3

H

H

3

C

Si

CH

3

Re

CO

2

H

CO

2

H

H

D

CH

3

R

pro-R

pro-S

ALE

S

H

H

3

C

CH

3

CO

2

H

13

pro-S

pro-R

PROCHIRALNOŚĆ – NOMENKLATURA

Cl

Br

H

A

H

B

H

B

Br

Cl

WIDOK OD STRONY H

A

Cl

H

A

Br

WIDOK OD STRONY H

B

Si

Re

(S)

Re

H

C

CH

3

O

+ HCN

Si

C

H

CH

3

CN

OH

C

H

CH

3

OH

CN

+

(R)