TEMAT 3

Elementy symetrii.

Enancjomery, projekcje Fischera, pojecie chiralności.

Właściwości chemiczne i fizyczne enancjomerów.

1

Spis treści:

1.

Elementy symetrii

2.

Chiralność

3.

Centrum stereogeniczne

4.

Enancjomery

5.

Właściwości fizyczne enancjomerów

6.

Właściwości chemiczne enancjomerów

7.

Projekcje Fischera

2

Elementy symetrii

Elementem symetrii nazywamy obiekt

geometryczny taki jak linia, punkt lub
płaszczyzna

względem

którego

dokonujemy operacji symetrii.

Operacja symetrii to przekształcenie, po

dokonaniu którego każdy punkt ciała
pokrywa się z równoważnym punktem (w
szczególności z samym sobą) przed
wykonaniem transformacji.

3

Elementy symetrii

Oś symetrii C

n

n- oznacza krotność osi; największa

wartość n, dla której obrót o kąt 2π/n
prowadzi do konfiguracji równoważnej

4

Elementy symetrii

Środek symetrii i nazywamy punkt, w

którym znajduje się początek układu
kartezjańskiego.

Zamiana współrzędnych (x,y,z) każdego

atomu na współrzędne (-x,-y,-z) prowadzi
do konfiguracji równoważnej cząsteczki
atomów.

5

Elementy symetrii

Płaszczyzna symetrii σ dzieli ciało na

dwie równe części będące wzajemnie
swoimi odbiciami zwierciadlanymi.

6

Elementy symetrii

Oś niewłaściwa (inwersyjna) S

n

Złożenie dwóch operacji symetrii:



Obrotu właściwego



Odbicia w płaszczyźnie prostopadłej do osi
obrotu

Obrót niewłaściwy o kąt 2π/n oznacza się

symbolem S

n

Cząsteczka która ma oś C

n

i prostopadłą do niej

płaszczyznę symetrii ma także oś inwersji S

n

Cząsteczka może mieć S

n

, wtedy gdy nie ma C

n

oraz prostopadłej do niej płaszczyzny symetrii

7

Elementy symetrii

Oś przemienna S

n

8

Chiralność

Chiralność (od greckiego słowa cheir = ręka) jest to cecha fizyczna
polegająca na braku możliwości nałożenia przedmiotu na jego własne
lustrzane odbicie w taki sposób aby wszystkie punkty się pokrywały
 

9

Kiedy cząsteczka jest chiralna?

Cząsteczka
achiralna

Cząsteczka
chiralna

Posiada

płaszczyznę

symetrii

Brak płaszczyzny

symetrii

10

Identyczna z

lustrzanym

odbiciem

Nie jest

identyczna z

lustrzanym

odbiciem

Centrum stereogeniczne

11

Atom węgla, który jest związany z czterema różnymi podstawnikami

nazywamy centrum asymetrii albo centrum stereogenicznym

(e)

(d)

(a)

(b)

C

(e)

(d)

(a)

(b)

C

C

(a)

(d)

(b)

(e)

C

(a)

(d)

(b)

(e)

C

(a)

(d)

(b)

(e)

C

(a)

(d)

(b)

(e)

LUSTRO

Cząsteczki chiralne

12

C

COOH

CH

3

H

OH

C

CH

3

H

OH

*

1. Kwas
mlekowy

CH

3

CHCOOH

OH

*

2. 1-fenyloetanol

C

6

H

5

CHCH

3

OH

*

*

13

Atomy węgla w poniższych cząsteczkach nie są asymetryczne

ponieważ każdy z nich połączony jest co najmniej z dwoma

identycznymi atomami

Enancjomery

Cząsteczka, która nie jest identyczna ze swoim odbiciem lustrzanym,
stanowi specjalny rodzaj stereoizomeru nazywanego enancjomerem
(od greckiegio enantio -„przeciwny”)

 

14

Właściwości fizyczne

enancjomerów

15

•Niemal wszystkie właściwości fizyczne enancjomerów, tej samej
substancji, są jednakowe, ale zawsze enancjomery różnią się
kierunkiem skręcania płaszczyzny światła spolaryzowanego: jeden
w prawo(+), drugi w lewo (), o ten sam kąt, charakterystyczny dla
danej substancji.

•Enancjomery mogą także różnić się barwą, zapachem lub
smakiem.

Światło
niespolaryzowan
e

Światło
spolaryzowane

Polarymetr

16

Jest to przyrząd służący do badania czynności optycznej i
pomiaru kąta skręcenia płaszczyzny polaryzacji przez
roztwór badanej substancji.

Skręcalność właściwa

17

α- obserwowany kąt skręcenia w stopniach
l – długość kuwety polarymetru [dm]
c – gęstość czystej cieczy lub stężenie roztworu [g/cm

3

]

t - temperatura pomiaru [

o

C]

D- światło z linii D lampy sodowej o długości 589,6 [nm]

Skręcalność właściwa zależy od:
a) Długość fal
b) Temperatury
c) rozpuszczalnika

Właściwości fizyczne

enancjomerów

18

Stereoizomer

Temperatura

topnienia

[

o

C]

[α]

D

[stopni

e]

Gęsto

ść

[g/cm

3]

Rozpuszczalno

ść w 20

o

C

[g/100ml H

2

O]

(+)

168-170

+12

1,7598 139,0

(-)

168-170

-12

1,7598 139,0

Mezo

146-148

0

1,6660 125,0

(±)*

206

0

1,7880 20,6

Tabela. Niektóre właściwości stereoizomerów kwasu winowego

* mieszanina równych ilości (tj. równomolowa) enancjomerów tej
samej substancji to tzw. mieszanina racemiczna czyli racemat.
Mieszanina ta jest optycznie nieczynna, pomimo występowania w niej
chiralnych cząsteczek. Oznaczana jest symbolem (+/).

Właściwości chemiczne

enancjomerów

W środowisku achiralnym wszystkie właściwości chemiczne

enancjomerów są jednakowe, ale zupełnie odmiennie
zachowują się te izomery w reakcjach z udziałem innych
substancji chiralnych, to znaczy:



zasadniczo inna jest szybkość reakcji enancjomerów tej samej
substancji, z inną substancją chiralną (jeden z izomerów może
nawet praktycznie nie reagować),



inna jest rozpuszczalność obu enancjomerów w tym samym,
chiralnym rozpuszczalniku, wobec tego inne stężenie i przez to
inna szybkość reakcji,



chiralny katalizator inaczej zmienia szybkość reakcji każdego z
enancjomerów z achiralnym reagentem,



w wyniku reakcji enancjomerów z inną chiralną substancją
tworzyć się mogą także inne izomery optyczne produktu, w
tym sensie inny więc będzie kierunek reakcji.

19

Projekcje Fischera

Metoda oparta na rzutowaniu

tetraedrycznego

atomu

węgla

na

płaszczyznę.

Stanowi

obecnie

standardową

metodę

przedstawiania

centrów stereogenicznych.

20

Projekcja Fischera

21

wiązania
wystające
do przodu

wiązania
„wrastające”
w kartkę

Rys. Projekcja Fischera (R)-gliceroaldehydu (aldehydu glicerynowego)

Dozwolone operacje przekształceń przy

sprawdzaniu identyczności cząstek



Projekcje Fischera można obracać o kąt
180˚



W projekcji Fischera można pozostawić
jeden z podstawników w niezmienionej
pozycji, a pozostałe trzy przemieścić albo
zgodnie ze wskazówkami zegara, albo
przeciwnie

22

Projekcja Fischera

Projekcjom Fischera można przypisać konfiguracje

R lub S używając trzyetapowej procedury:



Zgodnie ze znaną zasadą ustal hierarchię czterech
podstawników



Używając jednego z dwóch dowolnych
przekształceń umieść najmniej ważny podstawnik
w górnej części projekcji Fischera. Oznacza to, że
grupa najmniej ważna jest umieszczona z tyłu
najdalej od obserwatora, zgodnie z zasadą
określania konfiguracji



Oznacz kierunek rotacji

1 2 3 pozostałych trzech grup

23

Bibliografia

1.

J. McMurry, Chemia Organiczna, Wydawnictwo Naukowe PWN,
Warszawa 2003.

2.

D.G. Morris, Stereochemia, Wydawnictwo Naukowe PWN,

Warszawa 2008.

3.

Źródła internetowe.

24