TAUTOMERIA

KONFORMACYJN
A

OPTYCZNA

GEOMETRYCZNA

STRUKTURALNA

SZKIELETOWA

POŁOŻENIA

GRUP
FUNKCYJNYCH

IZOMERIA

PRZESTRZENNA
(STEREOIZOMERI
A)

KONFIGURACYJN
A

Jőns Berzelius (pocz. XIX w.)

ZWIĄZKI ORGANICZNE:

> 4 000 000

C, H, N, O, S, P, X

ZWIĄZKI NIEORGANICZNE:

ok. 100 000

PONAD 90 PIERWIASTKÓW

I

Cl

H

C

Br

wiązania leżące w płaszczyźnie rysunku
oznaczamy

skierowane pod płaszczyznę rysunku
oznaczamy

skierowane nad płaszczyznę rysunku
oznaczamy

np.:

Np. IZOMERYZACJA W
GLIKOLIZIE

C
C OH

H

O

H

H

2

C O P





C
C OH

OH

H

H

2

C O P

CH

2

C O

H

2

C

OH

O P

COO
C O
CH

3

6-FOSFOGLUKOZA

POŚREDNIA FORMA

ENOLOWA

6-

FOSFORANFRUKTOZY

DALSZE PRZEMIANY

AŻ DO

PIROGRONIANU

COOH
C O

H

2

C H

COOH
C OH
CH

2

COOH
C O P
CH

2

~

ATP

KETOKWAS

ENOL

FOSFOENOLO-
PIROGRONIAN

IMINY W USTROJU:

 TRANSAMINACJA AMINOKWASÓW

 DEKARBOKSYLACJA AMINOKWASÓW

 POŚREDNIE METABOLITY:

• GLIKOLIZY
• CYKLU KREBSA
• CYKLU MOCZNIKOWEGO
• CYKLU PENTOZOFOSFORANOWEGO

IZOMERIA GEOMETRYCZNA

 ALKENY

 WIĄZANIE AMIDOWE

 CYKLOALKANY

E

Z

C
C

HOOC

H

COOH

H

KWAS FUMAROWY

(CYKL MOCZNIKOWY,

CYKL KREBSA)

OH

OH

Trans

-1,2-

dihydroksy-
cyklopentan

OH

OH

1

2

3

4

5

PODSTAWIONE
CYKLOPENTANY:

Cis

-1,2-

dihydroksy-
cyklopentan

!

PODSTAWIONE
CYKLOHEKSANY:

Cis

-1,4-dimetylo-

cykloheksan

Trans

-1,4-

dimetylo-

cykloheksan

CH

3

CH

3

1

2

3

4

5

6

CH

3

CH

3

H

H

CH

3

CH

3

H

H

1

4

H

H

CH

3

H

H

1

4

CH

3

WZORY NEWMANA

IZOMERIA KONFORMACYJNA

H C

C H

H

H

H

H

1

2



H

H

H

H

H

H

H

H

HH

H

H

O

0

C, 120

o

C,

240

0

C

6O

0

C, 180

o

C,

300

0

C

CYLINDRYCZNA SYMETRIA



C•

•C

PRZEKRÓJ POPRZECZNY WIĄZANIA



ma

kształt koła





C

__

C

C

__

H

H

__

H

C

C



sp

3

– sp

3

H

H

H

H

H C

C H

BARIERA ENERGETYCZNA ROTACJI:

12 KJ/mol

dla

C

__

C

W ETANIE

E

max.

E

p

[kJmol

-

1

]

E

min.

60

o

120

o

180

o

0

o

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

HH

H

H

Rodzaj konformeru

(stopnie

dla kąta)

(Ułożenie atomów wokół osi
obrotu)

12
kJ/mol

IZOMERIA KONFORMACYJNA

I. ALKANY

E

I

> E

II

4

CH

3

C

H

H

CH

3

C

H

H

1

2

3

4

CH

3

C

H

H

CH

3

C

H

H

1

2

3

I

II

I – konformacja naprzeciwległa

(Eclipsed)

II – konformacja naprzemianległa

(Staggered)

CH

3

CH

3

CH

3

C

CH

2

CH

2

CH

3

1

4

5

2

3

OH

H

H

H C

C H

OH





1

2

C

H

C

H

H

H

H

H

C

H

C

H

H

H

H

H

C

H

H

C

H

C

H

H

C

H H

H

C

H

H

C

C

Konformacja

naprzeciwległa

(Eclipsed)

Konformacja

naprzemianległa

(Staggered)

Łańcuch alkanowy w konformacji

naprzemianległej

(S)

S

E

Konformacja

krzesłowa

Konformacja

łódkowa

Konf. skręconej

łódki

Konformacja

kopertowa

a

a

e

e

a – pozycja aksjalna
e – pozycja ekwatorialna

E

min

E

max

KONFORMACJE
STERYDÓW

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

A

B

C

D

A

B

STERAN

DEKALINA

trans-Dekalina

C

5

–

konfiguracja 

STERYDY

SZEREGU

„allo”

H

H

A

B

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

C

5

cis-Dekalina

C

5

–

konfiguracja 

STERYDY SZEREGU

„normalnego”

A

B

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

H

H

C

5

CHOLESTEROL

3

A

HO

CH

3

CH

3

B

C

D

10

13

17

CH

3

CH

3

CH

3

ANALIZA KONFORMACYJNA –

SZUKANIE ZALEŻNOŚCI:

BUDOWA PRZESTRZENNA CZĄSTECZKI

A

AKTYWNOŚĆ BIOLOGICZNA CZYLI

DOPASOWANIE DO CENTR

AKTYWNYCH ENZYMU

OKREŚLENIE KONFORMACJI CZĄSTECZKI:

 rentgenografia ciała stałego

 magnetyczny rezonans jądrowy (NMR) w

roztworze

 metody kwantowomechaniczne i mechaniki

molekularnej do obliczeń energii konformerów

OPTYMALIZACJA TRÓJWYMIAROWEJ
STRUKTURY CZĄSTECZKI LEKU PRZED
SYNTEZĄ:

 techniki komputerowego projektowania

struktur i grafika molekularna

 statystyka
 mechanika molekularna
 mechanika kwantowa

Zastosowanie tych narzędzi umożliwia:

 dokładne przedstawienie struktury

chemicznej leku

 obliczenie wszystkich parametrów

geometrycznych cząsteczki

 nakładanie na siebie dwu i więcej struktur tej

samej cząsteczki

 łatwe przechowywanie danych

QSAR

(Quantitative Structure-

Activity Relationship XIX w)

Poszukiwanie zależności pomiędzy strukturą i
właściwościami fizykochemicznymi a toksycznością
(aktywnością biologiczną) rożnych związków
chemicznych

•Pozwala ustalić mechanizm działania leku
•Do opisu własności używa się tzw. Deskryptorów

-receptorowe

-konformacyjne

-kwantowo-mechaniczne

-elektronowe

-teorii grafów

-termodynamiczne

IZOMERIA OPTYCZNA

Związki posiadające tzw.

CENTRUM

CHIRALNOŚCI

np. atom centralny o

hybrydyzacji sp

3

+ 4 różne podstawniki

(brak elementów symetrii w cząsteczce)

(C

*

,

N

*

, S

*

, P

*

)

C

COOH

CH

3

OH

H

*

C

CH

3

CH

3

H

H

Kwas mlekowy

Propan

C

*

-

chiralny atom

węgla

OBECNIE: CENTRUM STEREOGENICZNE

CZYNNOŚĆ OPTYCZNA: Jean Biot (XIX w)



        

 

            

             
             
  

Substancja

lewoskrętna

(-)

Enancjomery

Substancja
prawoskrętna (+)



ENANCJOMERY

(L. Pasteur, 1849r)

Np. Seryna

C

COOH

CH

2

OH

NH

2

H

*

(+)


C

COOH

CH

2

OH

H

NH

2

*

(-)


 

para izomerów optycznych tej samej

substancji, będących swoimi odbiciami
lustrzanymi

  

• liczba enacjomerów danej substancji wynosi 2n
(lub 2n-1, gdy istnieje odmiana mezo), gdzie n to
liczba asymetrycznych atomów węgla

•   mają różne właściwości fizyczne jak i inaczej
reagują z odczynnikami optycznie czynnymi

•  skręcają płaszczyznę polaryzacji światła o ten
sam kąt, lecz w przeciwnych kierunkach

Własności
enacjomerów

:   

Enancjomery

KWAS 2-AMINO-3-(3,4-DIHYDROKSYFENYLO)-
PROPIONOWY (DOPA)

OH

OH

HOOC

H

NH

2

*

HO

HO

COOH

H

NH

2

*

D-DOPA

BIOLOGICZNIE

NIECZYNNY

L-DOPA

LECZENIE CHOROBY

PARKINSONA

(

DOPASOWANIE DO CENTR

AKTYWNYCH RECEPTORA

LEKI NATURALNEGO POCHODZENIA –

SĄ JEDNYM

ENANCJOMEREM, np. PENICYLINA Z PLEŚNI

LEKI SYNTETYCZNE –

SĄ ACHIRALNE LUB SĄ

MIESZANINAMI RACEMICZNYMI

ZWIĄZKI POSIADAJĄCE WIĘCEJ NIŻ

1

C

*

:

Np
.

C
C
C
C
CH

2

OH

H
H

OH

O

H

H

OH

OH

*

*

*

Liczba izomerów
optycznych

(diastereoizomerów):

2

n

2

3

= 8

8:2

=

4 pary

enancjomerów

4 miesz. racemiczne

para izomerów optycznych tej samej

substancji, nie będących swoimi odbiciami

lustrzanymi.

Własności diastereoizomerów:

skręcają płaszczyznę polaryzacji światła o
różne kąty, w tym samym lub w przeciwnych
kierunkach

Mieszanina racemiczna (racemat)

Substancja złożona z równomolowej ilości
obu enancjomerów (nie wykazuje czynności
optycznej).

 

Diastereoizomery

Jeżeli C

*

posiadają te same podstawniki

:

np. KWAS WINOWY

COOH
C
C
COOH

OH

H
H

OH

*
*

Kw.

MEZOWINOWY

(optycznie

nieczynny)

COOH
C
C
COOH

OH

H

HO

H

*
*

Kw.

L (+)

winowy

COOH
C
C
COOH

H

HO

H

OH

*
*

Kw.

D (-)

winowy

Rozdział mieszaniny
racemicznej:

(+)

H

A

(

_

)

HA

+

(

_

)

B

[

(

_

)

BH

+

]

(+)

A

-

(+)

HA +

(-)

BH

+

H

+

[

(

_

)

BH

+

]

(-)

A

-

(-)

HA +

(-)

BH

+

H

+

sól

kwa
s

sól

kwa
s

Racemat np.
ketokwasów,
hydroksykwasów

Zasada org.
np. puryny

(+)

skręcanie światła w

prawo

(+)

(-)

skręcanie światła w

lewo

(-)

A. Konfiguracja względna

D, L

SZEREGI KONFIGURACYJNE

C

C

CH

2

OH

O

H

*

OH

H

C

C

CH

2

OH

O

H

*

H

OH

Aldehyd

D(+)

glicerynow

y

Aldehyd

L(-)

glicerynow

y

Wzorzec:

Seryna

COOH
C
CH

2

OH

NH

2

H

Np
.

COH
C
C
CH

2

CH

3

H

NH

2

H

CH

3

*

*

Np. CUKRY

AMINOKWA
SY

COH
C
C
C
C
CH

2

OH

OH

H

HO

H
H

H
OH
OH

*

*

*

*

D(+)

GLUKOZA

IZOLEUCYNA

B. Konfiguracja bezwzględna

R,

S

1971 r :

umowa Cahna-

Ingolda-Preloga

(Reguła

Priorytetu)

R

(Rectus)

S

(Sinister)

„Chemia organiczna” –

Boyd-Morrison

 Zapisujemy związki w konwencji Fischera i w

postaci tetraedru



Ustalamy ważność podstawników



Jeżeli są podstawniki o tej samej masie molowej

to przesuwamy się dalej od centrum chiralnego-
tzw.dalsze stopnie podstawienia

i uwzględniamy

wiązania wielokrotne



Należy spojrzeć tak, aby podstawnik najmniej

ważny był jak najdalej od oka i aby leżał na osi
przechodzacej przez centrum chiralności i punkt
obserwacyjny



Przesuwamy wzrok od podstawnika

najważniejszego do kolejno mniej ważnych



Jeżeli przesuwanie wzrokiem jest zgodne z ruchem

wskazówek zegara to związek jest w konfiguracji R,
jeżeli inaczej to w konfiguracji S

np.
IBUPROFEN

Mieszanina racemiczna:

ADVIL, NUPRIN, MOTRIL

*

C

CH

3

COOH

H

S- IBUPROFEN

(aktywny

biologicznie)

OBECNOŚĆ R-IBUPROFENU W RACEMACIE
ZMNIEJSZA SZYBKOŚĆ DZIAŁANIA PREPARATU

(1)

(12)+2 x
16+16

(12)+3 x
1

(12)
+2x
12

ATROPOIZOMERIA

1

1'

Nieczynny

optycznie

1

1'

2

3

4

5

6

2'

3'

4'

5'

6'

NO

2

COOH

COOH

NO

2

’



Czynny optycznie

(BRAK SYMETRII)

Np. CAPTOPRIL

(inhibitor enzymu

konwertujacego hormon angiotensynę, która
zwęża naczynia krwionośne powodując wzrost
ciśnienia tętniczego)

CAPTOPRIL

–

wybrany konformer o min.

energii, aktywny
biochemicznie

C

O

O

C

O

HS

Stałe położenie we
wszystkich jego analogach
obniżających ciśnienie