I Z O M E R I A
I Z O M E R Y
zwiÄ…zki o takim samym
wzorze sumarycznym
IZOMERY
STEREOIZOMERY
związki o takiej samej konstytucji; różnią się
KONSTYTUCYJNE
rozmieszczeniem atomów w przestrzeni
związki różniące się rodzajem
wiązań i rozmieszczeniem atomów
w czÄ…steczce
ENANCJOMERY DIASTEREOIZOMERY
stereoizomery, które są stereoizomery, które nie są
odbiciami lustrzanymi odbiciami lustrzanymi
Konstytucja  sposób połączenia atomów ze sobą w cząsteczce.
H3C CH3
CH3
CH3
Konfiguracja  przestrzenne ułożenie atomów lub grup atomów
w czÄ…steczce.
H
C*
CH2Cl
CH3
CICH2CH2
(S)-1,4-dichloro-2-metylobutan
Konformacja  określone ułożenie atomów cząsteczki w przestrzeni
wynikające z obrotu wokół wiązań pojedynczych lub inwersji pierścienia.
Izomery konstytucyjne
C5H10
CH3
CH3
CH2CH3
CH3
metylocyklobutan
cyklopentan
etylocyklopropan 1,1-dimetylocyklopropan
CH3
pent-1-en
pent-2-en
2-metylobut-2-en
CH3
1,2-dimetylocyklopropan
2-metylobut-1-en
3-metylobut-1-en
Elementy symetrii występujące
w zwiÄ…zkach organicznych
a. PÅ‚aszczyzna symetrii
b. Åšrodek symetrii
c. Brak płaszczyzny symetrii i środka symetrii
a. b. c.
Me
Me
H
H
CH3
H
Et
Et
Cl
Cl
H3C
H
cis-1,2-dichlorocyklopropan
trans-1,2-dimetylocyklopropan
zwiÄ…zek achiralny
zwiÄ…zek chiralny
1,2-dietylo-3,4-dimetylocyklobutan
zwiÄ…zek achiralny
Br
Br
C C
H
H
Enancjomery - są odbiciami lustrzanymi; w środowisku
achiralnym mają takie same właściwości fizyczne i chemiczne, np.
temp. top. i wrzenia, gęstość, moment dipolowy, energię
wewnętrzną, wartość bezwzględną skręcalności [a], różnią się
kierunkiem (znakiem -[a] lub +[a]) skręcania płaszczyzny światła
spolaryzowanego).
Atom węgla związany z czterema różnymi podstawnikami nazywany jest
atomem chiralnym lub centrum stereogenicznym, dzięki
niemu cząsteczka nabiera właściwości związanych z chiralnością.
Litery (R) i (S) pisane kursywą określają konfigurację absolutną
enancjomerów, którą się ustala w oparciu o reguły pierwszeństwa
podstawników wg Cahna, Ingolda i Preloga (1960 r.).
Konfiguracja absolutna  rzeczywiste ułożenie atomów lub grup
atomów w przestrzeni.
Br
Br
C
C
H
H
Cl
Cl
CH3CH2
CH2CH3
(R)-1-bromo-1-chloropropan (S)-1-bromo-1-chloropropan
Reguły wg Cahna, Ingolda i Preloga
1. W celu przypisania centrum chiralnemu konfiguracji R lub S należy
ustalić kolejność pierwszeństwa podstawników według liczby atomowej
przyłączonych do atomu stanowiącego centrum stereogeniczne (od
podstawnika o największej liczbie atomowej do podstawnika o mniejszej
liczbie atomowej).
W przypadku występowania izotopów, o
pierwszeństwie decyduje ich liczba masowa.
1
Cl
1
2 1
3
*
H2CCH2 CHCH3 Br Br
C
F Br
* *
4
4 C C
H
2
2
4 H
H
T
T
D
4-bromo-3-chloro-1-fluoropentan
D
3
(może zaistnieć w dwóch formach
3
przestrzennych)
2. Jeżeli atomy związane bezpośrednio z centrum stereogenicznym są
takie same to o ważności podstawników decydują atomy z drugiego szeregu,
ewentualnie dalszych szeregów, tak żeby można było wyznaczyć
starszeństwo, musi ono zaistnieć (trzeba dojść do takiej pary atomów, z
których jeden ma większą liczbę atomową od drugiego).
Jeden atom o większej liczbie atomowej
jest ważniejszy od dwóch, a nawet trzech
atomów o mniejszych liczbach atomowych.
1
Br
1
H3C
3
Cl
*
H3C
CH2CH3
CH3CH C
2
*
2
CH3CH C
CHCH3
H
3
Br
4
H
3-bromo-2-metylopentan
4
2-bromo-3-chloro-4-metylopentan
3. W zwiÄ…zkach zawierajÄ…cych wiÄ…zania wielokrotne oba atomy
powiązane w ten sposób liczy się podwójnie lub potrójnie.
C O C
O
C
O
N
C
C
C N N
N
4. Gdy asymetria cząsteczki zależy od różnic stereochemicznych
między podstawnikami, przyjmuje się:
dla izomerów geometrycznych cis > trans
dla podstawników enancjomerycznych R > S
W przypadku enancjomeru z jednym centrum stereogenicznym zawierajÄ…cym
podstawniki 1, 2, 3 i 4, których kolejność pierwszeństwa jest 1 > 2 > 3 > 4,
należy go ustawić w przestrzeni tak, aby podstawnik o najniższej liczbie atomowej 4
znalazł się dla obserwatora za chiralnym atomem węgla, a potem patrząc od frontu
zatoczyć łuk od podstawnika najstarszego poprzez średni do młodszego.
A
uk zgodny z ruchem wskazówek zegara (w prawo) - konfiguracja R.
A
uk niezgodny z ruchem wskazówek zegara (w lewo) - konfiguracja S.
Obserwator
Obserwator
1
1
Br
Br
*
4 C *
4
2
C
2
H
H
Cl
Cl
CH3
CH3
3
3
(R)-1-bromo-1-chloroetan
(S)-1-bromo-1-chloroetan
Pierwszeństwo podstawników
3
F
1
C
H Br
Br Cl
F H
Cl
2
1
I
2
C
H Br
Br CH3
H
CH3 I
3
Pierwszeństwo podstawników
NH2
CH3CH2
CH3CH2
C NH2 CH3
H H
H3C
1
H2N
zorientowanie czÄ…steczki tak, aby podstawnik
najmłodszy był najbardziej oddalony od obserwatora
C 2
3
CH2CH3
H3C
H
(R)-1-metylopropyloamina
Pierwszeństwo podstawników
1
H
F
4
2
C C
CH2 C
CH
H C* CH2
CH
C
CH
3
H3C CH3
CH=CH2 CH(CH3)2
F
H
(S)-3-fluoro-4-metylopent-1-en
uporzÄ…dkowane podstawniki
powiÄ…zane z centrum stereogenicznym
zgodnie ze starszeństwem
We wzorze atom wodoru (najmłodszy podstawnik) zapisany jest poziomo czyli
znajduje się nad płaszczyzną, a nie pod płaszczyzną, należy oznaczoną
konfigurację (R) odwrócić i przyjąć jako rzeczywistą.
Często spotyka się (zwłaszcza w biochemii) oznaczenie enancjomerów
(+) i (-). Oznaczenie takie związane jest z kierunkiem skręcania
płaszczyzny światła spolaryzowanego (skręcalnością właściwą) i nie
można go bezpośrednio utożsamiać z konfiguracją absolutną.
Enancjomery (+) skręcają płaszczyznę światła spolaryzowanego w
prawo, zaÅ› (-) w lewo.
H
Mieszanina racemiczna (lub racemat) 
*
C
CH2Cl
równomolowa mieszanina enancjomerów, nie
CH3
skręca płaszczyzny światła spolaryzowanego.
CH3CH2
(S)-(+)-1-chloro-2-metylobutan
H
HO
*
(R)-(-)-oktan-2-ol
Projekcja Fischera (rzutowanie wzoru płaskiego
cząsteczki na płaszczyznę)  cząsteczkę ustawia się tak, żeby
najdłuższy łańcuch węglowy znalazł się w jednej płaszczyz
nie.
Następnie robi się jej pionowy rzut, np. na kartkę papieru;
wiązania pionowe są pod płaszczyzną, a poziome nad płaszczyzną.
3
3
CH3
CH3
4
4
1
1
* *
C H Br
H Br
CH2CH3
CH2CH3
2
2
Nieparzysta (pojedyncza) zamiana podstawników na projekcji Fischera
powoduje zmianÄ™ konfiguracji z (R) na (S) lub (S) na (R),
a parzysta zamiana podstawników zachowuje pierwotną konfigurację.
3
CH2CH3
3
4
1
CH2CH3
*
C
F H
4
1
pojedyncza
*
C
H F
zamiana podstawników CH2CH2CH3
2
CH2CH2CH3 (R)- 3-fluoroheksan
2
parzysta
(S)- 3-fluoroheksan
zamiana podstawników
1
F
3
4
*
CH3CH2 C
H
CH2CH2CH3
2
(S)- 3-fluoroheksan
CzÄ…steczki zawierajÄ…ce dwa centra chiralne
Oznaczanie konfiguracji 2,3-dichlorobutanu
1 1 1
1
CH3 CH3 CH3
CH3
2 2 2
2
* * *
*
Cl H Cl Cl
C H C H C H
Cl C
3 3 3
3
* * *
Cl *
H C Cl C H H C Cl
Cl C H
4 4 4
4
CH3 CH3 CH3
CH3
Stereoizomery 2,3-dichlorobutanu
Po narysowaniu wzoru w projekcji Fischera przypisujemy konfiguracjÄ™
poszczególnym centrom chiralnym. W 2,3-dichlorobutanie są dwa
centra chiralne C2 i C3. Ponieważ we wzorach atom wodoru znajduje się
nad płaszczyzną (zapisany jest poziomo), a nie pod płaszczyzną
(zapis pionowy), a więc po oznaczeniu konfiguracji dla C2 i C3 należy oznaczoną
konfigurację odwrócić i przyjąć ją jako rzeczywistą.
3
CH3
CH3
1
2
4
2
*
Cl C H
Cl C H
konfiguracja
konfiguracja
3
H C Cl
dla C2: (R)
2
dla C3: (S)
*
H C Cl
1
4
CH3
CH3
3
(2R,3S)- 2,3-dichlorobutan
3
CH3
CH3
1
4
2
2
*
H C Cl
H C Cl
konfiguracja
konfiguracja
3
Cl C H dla C2: (S)
dla C3: (S)
2 *
Cl C H
4
1
CH3
CH3
3
(2S,3S)- 2,3-dichlorobutan
3
CH3
CH3
2
4 1
2
*
H C Cl
Cl
H C
konfiguracja
konfiguracja
3
H C Cl
dla C2: (S)
2
dla C3: (R)
*
H C Cl
1
4
CH3
CH3
3
(2S,3R)- 2,3-dichlorobutan
3
CH3
CH3
2
1
4
2
*
Cl C H
Cl C H
konfiguracja
konfiguracja
3
Cl C H
dla C2: (R)
2
dla C3: (S)
*
Cl C H
4
1
CH3
CH3
3
(2R,3S)- 2,3-dichlorobutan
ZwiÄ…zki chiralne
1. Chiralność cząsteczki jest warunkiem koniecznym
i wystarczającym do zaistnienia enancjomerów;
2. Obecność chiralnego atomu węgla nie jest warunkiem
koniecznym ani wystarczajÄ…cym do wystÄ…pienia
enancjomerów;
3. Liczba enancjomerów zależy od liczby centrów
asymetrii w czÄ…steczce i wynosi LS=2n, gdzie
n  liczba chiralnych atomów.
Diastereoizomery - nie sÄ… odbiciami lustrzanymi;
różnią się właściwościami fizycznymi i chemicznymi.
1
1 1
1
CH3 CH3
CH3
CH3
2 2
2
2
* * *
*
Cl
H C Cl H C H
Cl C
Cl C H
3 3 3
3
*
* * *
H C Cl Cl C H
C H
H C Cl Cl
4 4
4
4
CH3 CH3
CH3
CH3
B C
A D
Stereoizomery parami A-B, A-D, B-C, C-D sÄ… diastereoizomerami
(stereoizomery nie będące odbiciami lustrzanymi)
Br H
Br Br
C C
C C
H H
H Br
cis-1,2-dibromoetan
trans-1,2-dibromoetan
diastereoizomery (izomery geometryczne)
H3C
H3C
OH
OH
cis-3-metylocykloheksanol
trans-3-metylocykloheksanol
diastereoizomery (izomery konformacyjne)
COOH
COOH
2
2
*
*
H
Br
Br
H
H
H
Br
Br
3
*
3
*
CH3
CH3
kwas
kwas
(2R,3R)-2,3-dibromobutanowy
(2S,3R)-2,3-dibromobutanowy
diastereoizomery (izomery konfiguracyjne)
ZwiÄ…zki mezo  stereoizomery zawierajÄ…ce
centra chiralne oraz płaszczyznę symetrii
1
1
CH3
CH3
2
2
* *
H C
Cl Cl C H
3
3
*
*
H C Cl
Cl C H
4
4
CH3
CH3
(2S,3R)-2,3-dichlorobutan (2R,3S)-2,3-dichlorobutan
mezo-2,3-dichlorobutan (zwiÄ…zek achiralny)
CH3
(CH3)2CHCH2 CHCOOH
*
ibufrofen
1 1
COOH COOH
2 4 2
3
* *
Ar H Ar CH3
CH3 H
3
4
(R)-ibuprofen (S)-ibuprofen
OH
OCH2CHCH2NHCH(CH3)2
*
propranolol
2
2
CH2OAr
CH2OAr
1
*
*
HO CH2NHCH(CH3)2
(CH3)2CHNHCH2
OH
1
3 3
H
H
4
4
(R)-propranolol (S)-propranolol
(nieaktywny) (blokuje receptory bð)
Konfiguracja względna  konfiguracja
stereoizomeru wyznaczona względem wzorca, np. aldehydu
glicerynowego przyjętego za modelowy związek.
atom węgla na najwyższym
stopniu utlenienia
CHO
CHO
*
*
HO H
H OH
CH2OH
CH2OH
aldehyd D-glicerynowy
aldehyd L-glicerynowy
Cukry (węglowodany) szeregu L i D.
H
O H
O
C
C
atom węgla na najwyższym
(CHOH)n
(CHOH)n
stopniu utlenienia
H
C OH
HO C H
CHO
CHO
CH2OH
CH2OH
L-aldozy
D-aldozy
HO C H
H C OH
CH2OH
CH2OH
H C OH
HO C H
C O
C O
CH2OH
CH2OH
(CHOH)n
(CHOH)n
D-treoza
L-treoza
C
HO H C
H OH
CH2OH
CH2OH
L-ketozy
D-ketozy
Aminokwasy białkowe (oprócz Gly) są chiralne i mają
konfiguracjÄ™ L na CÄ….
-
-
COO COO
+
+
NH3 C H C
H NH3
CH3 CH3
D-alanina
L-alanina
-
2
COO
3
H -
HSH2C
COO
+
NH3 C
H
C
CH2SH
NH3+
1
L-Cysteina ma konfiguracjÄ™ absolutnÄ… (R).
 Pytanie
W każdej z następujących par związków zaznacz czy są to
zwiÄ…zki identyczne, enancjomery czy diastereoizomery.
a.
b.
H
H
OH
HO
H
H
CH3
CH3
H3C
H3C
HO
H
H
OH
Br
Br
c.
Cl
Cl
H CH2CH3
H3C H
H
H3C Cl
H
Cl
CH2CH3
Odpowiedz

a.
H
H
H
H
CH3
CH3
H3C
H3C
H
H
c.
Cl
Cl
Br
Br
H CH2CH3
H3C H
zwiÄ…zki chiralne - enancjomery
H
H3C Cl
H
b.
OH Cl
CH2CH3
HO
zwiÄ…zki chiralne - diastereoizomery
HO
OH
zwiÄ…zki achiralne (mezo) - diastereoizomery
 Pytanie
Określ konfigurację chiralnych atomów węgla oraz podaj
nazwy związków.
a.
b.
H
C3H7
H3C
C
Cl
C
OH
H3C
H13C6
C2H5
c.
d.
CH3
CH3
H Br
C
Ph
H
OH
Br
H
CH3
Odpowiedz

4
a.
2
b.
H
C3H7
1
1
* *
3 H3C
4
C
Cl
C
OH
H3C
H13C6
C2H5
2
3
(2R)-2-chlorooktan
(3S)-3-metyloheks-3-ol
d.
3
CH3
c.
CH3
*
H Br
C* 2
4
Ph
*
H
Br
H
OH
1
CH3
(R)-1-fenyloetanol
(2S,3R)-2,3-dibromobutan
Pytania
1. Przedstaw każdy z niżej podanych związków w jego najtrwalszej
konformacji:
a. trans-2-bromo-1-izopropylocykloheksan
b. cis-1-tert-butylo-3-fluorocykloheksan
c. cis-1-chloro-4-metylocykloheksan
d. trans-4-tert-butylocykloheksanol
2. Narysuj najtrwalszą konformację poniższego związku i podaj
jego nazwÄ™. Czy jest on chiralny?
COOH
Br COOH
3. Określ konfigurację centrów stereogenicznych w następujących
związkach. Które z nich są formami mezo.
7
b.
a.
7
4
4
5 3
5
3
HO
HO
1
OH 2
1 6
6 2
OH
d.
c.
Cl
Br
Br
CI
 Dziękuję za uwagę