Autor:
Beata Szwagrzyk

Prezentacja może służyć jako:

•

samouczek dla uczniów szkół średnich

• materiał do powtórzenia i usystematyzowania wiadomości
•

pomoc

dydaktyczna

dla

nauczyciela

chemii,

wprowadzającego trudny temat izomerii optycznej.

Między slajdami poruszamy się klikając w dowolnym
miejscu myszką (wówczas pojawi się następny slajd, w
kolejności zaproponowanej przez autorkę prezentacji) lub
klikając na wybranym obiekcie (o jego dostępności
świadczy

rączka

, pojawiająca się po najechaniu nań

myszą).

Ponadto w każdej chwili możesz przejść do dowolnego
slajdu, wybierając jego numer z listy widocznej po lewej
stronie lub u dołu slajdu. Numer aktualnie wyświetlanego
slajdu jest wyróżniony kolorem niebieskim. Aby przerwać
oglądanie prezentacji naciśnij klawisz Esc (o ile nie
oglądasz jej w przeglądarce internetowej – wówczas x w
prawym górnym rogu).

1

1

6

6

3

3

4

4

5

5

7

7

8

8

9

9

10

10

11

11

12

12

13

13

14

14

15

15

20

20

19

19

18

18

17

17

16

16

2

2

Zagadnienia

Izomeria

Rodzaje izomerii; „miejsce” izomerii
optycznej

Izomeria optyczna

Najważniejsze pojęcia – uczniowskie
„zmory”

Ciekawostki

1

1

6

6

3

3

4

4

5

5

7

7

8

8

9

9

10

10

11

11

12

12

13

13

14

14

15

15

20

20

19

19

18

18

17

17

16

16

2

2

Jest to zjawisko istnienia związków chemicznych o identycznym

wzorze sumarycznym, ale różniących się budową – strukturą
cząsteczek. Związki takie nazywamy

izomerami.

Izomeria występuje bardzo powszechnie w świecie związków
organicznych, np.:

I Z O M E R I A

CH

3

CH

2

C

O

H

CH

3

C

CH

3

O

propanal
(aldehyd)

propanon (keton)

WZÓR SUMARYCZNY:

C

3

H

6

O

1

3

4

5

7 8 9 10 11 12 13 14 15

20

19

18

17

16

2

6

I Z O M E R I A

konstytucyjn

a

(strukturalna

)

przestrzenna

(stereoizomer

ia)

-izomery różnią się kolejnością i
sposobem powiązania atomów w
cząsteczce

-izomery, mając tą samą
konstytucję, różnią się
rozmieszczeniem atomów w
przestrzeni

1

3 4

5

7 8 9 10 11 12 13 14 15

20

19

18

17

16

2

6

przestrzenna

(stereoizomer

ia)

geometrycz

na (cis-

trans)

optyczna

(enancjomeri

a)

diastereo-

izomeria

inne

łańcuchowa

(szkieletow

a)

położeni

a

funkcyjna

(metameria

)

podstawnika

(podstawieni

a)

wiązania

wielokrotneg

o

izomery
optyczne

chiralność

diastereoizom
ery

enancjome
ry

konfigurac

ja D i L

asymetrycz
ny atom
węgla

wzory

stereochemiczne

racem
at

odmian

a

mezo-

WAŻNE POJĘCIA

Kliknij gdziekolwiek poza kształtami, a poznasz je w kolejności
zaproponowanej przez autorkę lub na wybranym obiekcie, jeśli sam
chcesz zadecydować o „kie-runku zwiedzania”.

1

1

6

6

3

3

4

4

5

5

7

7

8

8

9

9

10

10

11

11

12

12

13

13

14

14

15

15

20

20

19

19

18

18

17

17

16

16

2

2

to nieidentyczność przedmiotu z jego lustrzanym odbiciem
(niemożność nałożenia na odbicie lustrzane).

Pomyśl – chiralne czy
achiralne?

Wskazówka!

Obiekt jest chiralny,

jeśli nie posiada

płaszczyzny ani

środka symetrii (może

mieć osie symetrii).

Oczywiście

, że

chiralne!

Zauważ, że prawy but jest odbiciem
lustrzanym lewego (jeśli masz
wątpliwości, to ściągnij bambosze,
podejdź do lustra i porównaj jeden z nich
z lustrzanym odbiciem drugiego). A czy
są takie same (spróbuj założyć np. prawy
na lewą nogę!)?

CHIRALNOŚĆ

1

1

6

6

3

3

4

4

5

5

7

7

8

8

9

9

10

10

11

11

12

12

13

13

14

14

15

15

20

20

19

19

18

18

17

17

16

16

2

2

chiralne

achiralne

1

1

6

6

3

3

4

4

5

5

7

7

8

8

9

9

10

10

11

11

12

12

13

13

14

14

15

15

20

20

19

19

18

18

17

17

16

16

2

2

ENANCJOMERY (IZOMERY OPTYCZNE)

- to po prostu chiralne cząsteczki, a więc
dwa izomery będące swoimi
lustrzanymi odbiciami

Najważniejszym centrum chiralności jest

asymetryczny atom

węgla (C*)

–

węgiel tetraedryczny, połączony z czterema różnymi podstawnikami, np.:

Cząsteczka jest chiralna tylko wtedy, jeśli posiada przynajmniej jedno

centrum chiralności

(warunek konieczny, ale niewystarczający – patrz:

forma mezo).

lustr
o

C

H

F

Br

Cl

C

H

F

Br

Cl

*

*

1

3 4 5

7 8

9

10 11 12 13 14 15

20

19

18

17

16

2

6

Para izomerów optycznych
(enancjomerów) różni się

konfiguracją

(czyli rozmieszczeniem podstawników)
wokół każdego atomu C* np.:

Aby zmienić

konfigurację

wystarczy

zamienić

miejscami

dwa

podstawniki

.

Właściwości
enancjomerów

fizyczne

chemiczn
e

To są enancjomery – są lustrzanymi odbiciami (różnią

się konfiguracjami obu centrów asymetrii).

Ta cząsteczka nie jest lustrza-

nym odbiciem żadnej z nich

(różni się konfiguracją tylko

jednego centrum).

1

1

6

6

3

3

4

4

5

5

7

7

8

8

9

9

10

10

11

11

12

12

13

13

14

14

15

15

20

20

19

19

18

18

17

17

16

16

2

2

enancjomerów są takie same z wyjątkiem oddziaływania ze światłem
spolaryzowanym.

światło niespolaryzowane

(drgania we wszystkich

płaszczyznach)

światło spolaryzowane

(drgania tylko w jednej

płaszczyżnie)

Enancjomery

skręcają płaszczyznę polaryzacji

(o ten sam

kąt ale w przeciwnych kierunkach!) – są

optycznie

czynne

.

Enancjomer prawoskrętny

(+)

Enancjomer lewoskrętny

(-)

Uwaga!

Równomolowa mieszanina obu enancjomerów – tzw.

mieszanina racemiczna (racemat) ()

jest oczywiście

optycznie nieczynna, podobnie jak substancje achiralne
(skręcalność obydwu enancjomerów jest wzajemnnie
równoważona).

Właściwości

fizyczne

1

1

6

6

3

3

4

4

5

5

7

7

8

8

9

9

10

10

11

11

12

12

13

13

14

14

15

15

20

20

19

19

18

18

17

17

16

16

2

2

POLARYMETR

Jest przyrządem służacym do badania czynności optycznej i pomiaru
kąta skręcenia płaszczyzny polaryzacji przez roztwór badanej
substancji.

Jego główne części to:

źródło światła

polaryzator

(polaryzuje światło – polaryzator foliowy, tzw.polaroid lub

odpowiednio przygotowany kryształ substancji dwójłomnej, np. pryzmat
nikola),

rurka polarymetryczna

(wypełniona roztworem badanej substancji)

analizator

(przez jego obrót, aż do momentu uzyskania maksymalnego

natężenia światła, możemy określić

kąt skręcenia

)

1

1

6

6

3

3

4

4

5

5

7

7

8

8

9

9

10

10

11

11

12

12

13

13

14

14

15

15

20

20

19

19

18

18

17

17

16

16

2

2

płaszczyzna polaryzacji

światła padającego

płaszczyzna polaryzacji światła po przejściu przez

substancję optycznie czynną

-kąt skręcenia płaszczyzny polaryzacji

(wielkość kąta, o jaki należy obrócić
analizator, aby skompensować
skręcenie)



Dla danej temperatury i długości fali wielkość kąta



zależy od

rodzaju substancji

oraz

liczby cząsteczek

znajdujących się na drodze wiązki światła podczas jej

przechodzenia przez rurkę polarymetryczną. Zdolność danej substancji do
wykazywania czynności optycznej określa tzw.

skręcalność właściwa []

, czyli

liczba stopni, o jaką została skręcona
płaszczyzna polaryzacji światła w rurce o
długości 1dm, zawierającej 1g badanego
związku w 1cm

3

roztworu,

co obliczamy ze

wzoru:

 

d

l*









 - obserwowany kąt skręcenia (ze znakiem „+” dla substancji prawoskrętnych, a „-” dla

lewoskrętnych)



l – długość rurki [dm]



d – gęstość czystej cieczy lub stężenie roztworu [g/cm

3

]

np. skręcalność właściwa -glukozy wynosi

+112

0

, a -fruktozy

–133,5

0

Pomiary polarymetryczne umożliwiają identyfikację substancji oraz określenie
ich stężenia w roztworze (zastosowanie m.in. w przemyśle cukrowniczym).

1

3 4 5

7 8 9 10 11 12

13

14 15

20

19

18

17

16

2

6

enancjomerów są również identyczne z wyjątkiem reakcji ze
związkami optycznie czynnymi.

Ponieważ chiralność może być stwierdzona tylko w
kontakcie z innym obiektem chiralnym.

Spróbuj:

I

. Złapać szklankę (obiekt achiralny) raz

prawą, a raz lewą ręką (chiralne!).

II

. Nałożyć pieciopalczastą , np. prawą

rękawiczkę (chiralna) na prawą, a następnie –
lewą rękę.

Widzisz

różnicę?

Podobnie - enancjomery reagują z tą samą łatwością z
substancjami achiralnymi, a z różną – z chiralnymi.

Dlaczego

Właściwości chemiczne

1

3 4 5

7 8 9 10 11 12 13

14

15

20

19

18

17

16

2

6

Wzory
stereochemiczne

czyli – jak rysować stereoizomery?

Można
tak:

Ale znacznie prościej tak (wzory rzutowe
Fischera):

Kwas

L-(+)-mlekowy

Kwas

D-(-)-mlekowy

COOH

C

CH

3

HO

H

COOH

C

CH

3

H

OH

Kwas L-(+)-
mlekowy

Kwas D-(-)-
mlekowy

bardziej

utleniona

grupa – u góry

łańcuch główny

rysujemy w pionie,

a wiązania pionowe

są skierowane za

płaszczyznę

rzutowania

wiązania

poziome

skierowane są

przed

płaszczyznę

rzutowania

Co oznaczają litery D i
L?

1

1

6

6

3

3

4

4

5

5

7

7

8

8

9

9

10

10

11

11

12

12

13

13

14

14

15

15

20

20

19

19

18

18

17

17

16

16

2

2

Konfiguracja D i
L.

CHO

CH

2

OH

H

C

HO

C

H

OH

CH

2

OH

CHO

HO

H

C

CHO

CH

2

OH

C

CHO

HOH

2

C

OH

H

Wzorzec:

aldehyd L-(-)-glicerynowy

aldehyd L-(-)-glicerynowy

(łac. laevus – lewy; grupa –OH
po lewej stronie atomu węgla)

aldehyd D-(+)-glicerynowy

aldehyd D-(+)-glicerynowy

(łac. dexter – prawy; grupa –OH

po prawej stronie atomu węgla)

Jeśli jakiś enancjomer można przekształcić w aldehyd L-
glicerynowy lub z niego otrzymać, to przypisujemy mu symbol
L (analogicznie D).

1

1

6

6

3

3

4

4

5

5

7

7

8

8

9

9

10

10

11

11

12

12

13

13

14

14

15

15

20

20

19

19

18

18

17

17

16

16

2

2

Prznależność do szeregu D lub L i kierunek skręcenia (+ lub -) to cechy niezależne!
Symbole D i L stosuje się głównie w przypadku aminokwasów i cukrów. Na studiach
poznasz bardziej uniwersalną metodę określania konfiguracji absolutnej (wg reguł
Cahna – Ingolda – Preloga).

DIASTEREOIZOMERIA

COOH

C

C

COOH

OH

HO

H

H

COOH

C

C

COOH

H

H

HO

OH

COOH

C

C

COOH

OH

H

H

OH

*

*

*

*

*

*

enancjomery

diastereoizomer
y

diastereoizomer
y

Diastereoizomery

–

stereoizomery nie będące swoimi

lustrzanymi odbiciami (różnią się konfiguracją nie wszystkich
centrów asymetrii).

Kwas L-(+)-winowy

Kwas D-(-)-winowy

Kwas mezo-
winowy

Ostatnia cząsteczka posiada płaszczyznę
symetrii !!!

Pomimo obecności asymetrycznych atomów węgla (aż dwóch) jest
achiralna. Taki izomer nazywamy formą

mezo-.

Uwaga!

1

3 4 5

7 8 9 10 11 12 13 14 15

20

19

18

17

16

2

6

LICZBA STEREOIZOMERÓW

1

3 4 5

7 8 9 10 11 12 13 14 15

20

19

18

17

16

2

6

n

Liczba

stereoizom

erów

Liczba par

enancjome

rów

Przykład substancji

1
2

2,3-dichlorobutanal

3

fruktoza (odmiana łańcuchowa)

4

LICZBA STEREOIZOMERÓW

Jeśli cząsteczka posiada

n

asymetrycznych atomów węgla, to jej

wzorowi odpowiada

2

n

stereoizomerów, co stanowi

2

n

/2

par

enancjomerów (lub mniej – w przypadku form mezo-) np.:

bromochlorofluorometan

glukoza (odmiana łańcuchowa)

2
4
8

16

1
2
4
8

Brakujące elementy uzupełnisz

kolejnymi kliknięciami

Brakujące elementy uzupełnisz

kolejnymi kliknięciami

Glukoza i jej stereoizomery

CH O

C

C

C

C

H

OH

OH

CH

2

OH

H

OH

HO

H

H

*

*

*

*

*

*

*

*

*

*

*

*

*

*

*

*

*

*

*

*

*

*

*

*

*

*

*

*

*

*

*

*

D-glukoza

CH O

C

C

C

C

OH

OH

OH

CH

2

OH

H

OH

H

H

H

D-alloza

CH O

C

C

C

C

OH

OH

OH

CH

2

OH

HO

H

H

H

H

D-altroza

CH O

C

C

C

C

H

OH

OH

CH

2

OH

HO

H

HO

H

H

D-mannoza

CH O

C

C

C

C

OH

H

OH

CH

2

OH

H

OH

H

HO

H

D-guloza

CH O

C

C

C

C

OH

H

OH

CH

2

OH

HO

H

H

HO

H

D-idoza

CH O

C

C

C

C

H

H

OH

CH

2

OH

H

OH

HO

HO

H

D-galaktoza

CH O

C

C

C

C

H

H

OH

CH

2

OH

HO

H

HO

HO

H

D-taloza

Są to tylko D-stereoizomery (grupa –OH po prawej stronie najniższego
asymetrycznego atomu węgla), będące diastereoizomerami. Każdemu z
nich odpowiada jeszcze enancjomer L – razem 8*2=2

4

czyli 16

stereoizomerów.

1

1

6

6

3

3

4

4

5

5

7

7

8

8

9

9

10

10

11

11

12

12

13

13

14

14

15

15

20

20

19

19

18

18

17

17

16

16

2

2

1

1

6

6

3

3

4

4

5

5

7

7

8

8

9

9

10

10

11

11

12

12

13

13

14

14

15

15

20

20

19

19

18

18

17

17

16

16

2

2

Następną proszę!

Organizmy są

stereoselektywne

, tzn.

wytwarzają lub wykorzystują do swoich celów
tylko konkretne enancjomery! Na przykład:

(-) – karwon

nadaje zapach mięcie ogrodowej,

(+) – karwon

jest składnikiem olejku

kminkowego

kwas L-(+)– mlekowy

powstaje z glikogenu

podczas pracy mięśni, powodując „zakwasy”,
podczas gdy

kwas D-(-)– mlekowy

jest produktem fermentacji

mlekowej cukrów, zachodzącej tam, gdzie coś
ulega kwaszeniu - znajduje sie w kiszonej
kapuście, ogórkach czy kwaśnym mleku (powstaje
racemat).

Wszystkie naturalne

cukry

należą do szeregu

konfigu-racyjnego

D

, a

aminokwasy

białkowe do

szeregu

L

!

Chemik, syntezując jakąś substancję w

probówce może otrzymać jedynie

mieszaninę racemiczną. Aby uzyskać jeden z

enancjomerów musi ją bardzo mozolnie

rozdzielać na składniki lub oddając hołd

niezrównanej naturze – użyć na jednym z

etapów enancjomeru wyprodukowanego

przez organizm żywy!.

Następny proszę