Prostereoizomeria oraz Prochiralność
Gdy centrum niestereogeniczne (Cą) w cząsteczce może być przekształcone w centrum
stereogeniczne poprzez zastÄ…pienie jednego lub drugiego pozornie identycznego ligandu
przez inny, to takie dwa ligandy sÄ… homomorficznymi.
C = O
PA
ASZCZYZNA PROCHIRALNA
LIGANDY HETEROTOPOWE
CO2H
HO C H
CO2H
CH3
CO2H
C
KWAS (S)-MLEKOWY
Ä…
HA C HB
CH3 O
CO2H
CH3
H C OH
H-
CH3
KWAS PIROGRONOWY
KWAS (R)-MLEKOWY
STRONY HETEROTOPOWE
SÅ‚owa greckie:
homos  taki sam
morphe  forma
heteros  różne
Prochiralne osie i płaszczyzny mogą być definiowane w
topos  miejsce
podobny sposób w odniesieniu do chiralnych osi i płaszczyzn.
Prostereoizomeria oraz Prochiralność
H Cl
H HA
H H OÅš
H
Cl
HB
Cl
Cl Cl
E
Z
ACHIRALNE DIASTEREOIZOMERY
CENTRUM PROSTEREOGENNE
STEREOIZOMERY
HA
Br
Br
Br
Br
Br HB
trans
cis
PROSTEREOIZOMERIA
zamiana jednego z homomorficznych atomów HA lub HB
przez atom chloru/bromu prowadzi do tworzenia siÄ™
stereogennych centrów w achiralnych stereoizomerach
1
E
N
L
A
R
I
H
C
O
R
P
M
U
R
T
N
E
C
Prostereoizomeria oraz Prochiralność
HB
Cl
Cl
C C C H2C CH2
H HB Cl
H2C CH2
HA
Cl
C C C
HB
H HB
H2C CH2
HA
HA
Cl
C C C
H2C CH2
H Cl
Cl
H2C CH2
HA
H2C CH2
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
przemian biochemicznych pod wpływem enzymów
spektroskopowo, a szczególnie przy pomocy spektroskopii NMR
CO2H
H
HO2C
HA/HC
HA HB
magnetycznie różne od
akonitaza
H
HO2C OH
HB/HD
HO2C
H
HC HD
CO2H
CO2H
KWAS CYTRYNOWY KWAS cis-AKONITYNOWY
pierwsza opisana (enancjoselektywna) asymetryczna synteza
H CO2H
CO2H
brucyna
+
H3C C C2H5 ", -CO2 H3C C C2H5 H3C C C2H5
CO2H
CO2H
H
(S)-(+) (R)-( )
KWAS ETYLOMETYLOMALONOWY
55% 45%
KWAS 2-METYLOBUTANOWY
2
Prostereoizomeria oraz Prochiralność
TRZYPUNKTOWY MODEL
KONTAKTOWY OGSTONA A
a'
ENZYMATYCZNA FOSFORYLACJA GLICERYNY
C
O
b
CH2OH CH2OP(OH)2
c
a
glicerokinaza
+ ADP
H C OH + ATP H C OH
B
CH2OH CH2OH
A
C
(R)-(-)
GLICERYNA
A  KATALITYCZNE MIEJSCE AKTYWNE
(R)-GLICEROLO-1-FOSFORAN
B, C  MIEJSCA WI
ZANIA PRODUKTU
FRAGMENT CYKLU KREBSA
4 1
CO2H
CO2H CO2H
akonitaza
3
CH2 dehydrogenaza izocytrynianow a 2C O
CH2 CH3COSCoA
NADP+
2 enzym 3
HO2C C OH
C O CH2
kondensacyjny
1 4
CO2H CH2
CH2
5
CO2H
CO2H
KWAS SZCZAWIOOCTOWY KWAS CYTRYNOWY KWAS Ä…-KETOGLUTAROWY
ZWI
ZKI O IDENTYCZNYM WZORZE Klasyfikacja związków i ligandów wg
SUMARYCZNYM Hirschmana i Hansona, (1971r)
CZ
STECZKI IDENTYCZNE IZOMERY
IZOMERY KONSTYTUCYJNE STEREOIZOMERY
DIASTEREOIZOMERY ENANCJOMERY
HOMOMORFICZNE
LIGANDY/STRONY CZ
STECZKI
LIGANDY HOMOTOPOWE LIGANDY HETEROTOPOWE
LIGANDY KONSTYTUCYJNE
LIGANDY STEREOTOPOWE
HETEROTOPOWE
LIGANDY ENANCJOTOPOWE
LIGANDY DIASTEREOTOPOWE
3
Homotopowe i heterotopowe ligandy/strony czÄ…steczki
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 :
ligandów :
addycji
substytucji
symetrii
symetrii
Homotopowe ligandy/strony czÄ…steczki
Kryterium substytucji
Cl
D
D C HB
Cl
HA
Cl
obrót o 180°
HB C D
Cl
HA C HB Cl
Cl
HB
Cl
D HA C D
Cl
CO2H
CO2H
D C OH
HB C OH
obrót o 180°
CO2H
D
HO C HB
HA HO C D
HA C OH
CO2H
CO2H
HO C HB
CO2H
CO2H HA C OH
HB
KWAS (R)-(+)-WINOWY
HO C D
D
KWAS (2R,3R)-2-
CO2H
DEUTEROWINOWY
4
Homotopowe ligandy/strony czÄ…steczki
Kryterium substytucji
HB
Cl C HC
CO2H
Cl
HA
Cl
HB
HA C HC HB Cl HA C HC
CO2H
CO2H
HC
Cl
HB
HA C Cl
CO2H
Kryterium addycji
CH3 CH3
H3C CH3
+
+ HCN C C
C
OH CN
H3C H3C
CN OH
O
Homotopowe ligandy/strony czÄ…steczki
Kryterium symetrii
oÅ› Cn gdzie: 1< n < "
SYMETRIA  UÅšREDNIONA
SWOBODNY OBRÓT
Ò!
O
HB
O
HA HC H
konformacja ekliptyczna
C2
HB
OH
HOOC
HA HB
HA OHCOOH
Cl Cl
C2
5
Homotopowe ligandy/strony czÄ…steczki
Kryterium symetrii
oÅ› Cn gdzie: 1< n < "
C2
H
H
2
O
O
4
5
HB
HD
HA
HC
1,3-DIOKSOLAN
protony heterotopowe: HA i HB oraz HD i HC
protony homotopowe: HA i HD, HB i HC, H
Heterotopowe ligandy/strony czÄ…steczki  enacjotopowe
Kryterium substytucji
HA D D HB
HA HB
D HA
HB D
F Cl F Cl
F Cl
R
S
enancjomery
CH3
H3C
13
H3C CH3 CH3
H313C
13
CH3 CH3 CH3 13CH3
H OH
H OH H OH
R
S
6
Heterotopowe ligandy/strony czÄ…steczki  enacjotopowe
Kryterium substytucji
COOH
HO C D
S
HO R
C HA
D
COOH
HB
COOH
HO C HB
lustro
HO HA
C
HA
COOH
COOH
D
HO C HB
KWAS mezo-WINOWY
R
C D
HO S
COOH
Heterotopowe ligandy/strony czÄ…steczki  enacjotopowe
Kryterium substytucji
Cl HA HB HA
HB HA
C C
C
C C
Cl HB C
HA Cl
C C
C
H Cl H Cl
H Cl
S
R
enancjomery
Kryterium addycji
CH3
CH3
H CH3
+
C + HCN C
C
CN
OH
H H
OH
O CN
(R)(S)
7
Heterotopowe ligandy/strony czÄ…steczki  enacjotopowe
Kryterium addycji
CH3
CH3
H CH3
+
C + HCN C
C
CN
OH
H H
OH
O CN
(R)(S)
Cr(CO)3
H3C CH3
H3C CH3
CH3
CH3
H3C CH3
CH3
Cr(CO)3
Heterotopowe ligandy/strony czÄ…steczki  enacjotopowe
pÅ‚aszczyzna Ã
Kryterium symetrii
HB
OH
HA
HB Ã
HA Ã
OHCOOH
FCl
COOH
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
8
enancjomery
Heterotopowe ligandy/strony czÄ…steczki  diastereotopowe
Kryterium substytucji
CO2H
CO2H CO2H
HA C HB
HA C OH HO C HB
HA HO
OH HB
C OH
H
H C OH H C OH
CO2H
CO2H CO2H
erytro
treo
diastereoizomery
CO2H CO2H CO2H
R R
H C OH H C OH H C OH
r
HA HO
HA C OH HB HA C HB HO C HB s
HO
S H C OH H C OH H C OH S
CO2H CO2H CO2H
dla podstawników enancjomerycznych R > S
Heterotopowe ligandy/strony czÄ…steczki  diastereotopowe
Kryterium substytucji
Cl HA
HB HA HB Cl
C
C C
Cl
HB HA Cl
C
C C
CH3
H
H CH3
H CH3
ZE
diastereoizomery
9
Heterotopowe ligandy/strony czÄ…steczki  diastereotopowe
Kryterium substytucji
OH
HB
OH OH
OH HB
HB HA OH
HO
H
HA
H H
HA OH
cis trans
diastereoizomery
FB
Cl
FA
tBu
FB
FB
FA
FA Cl
Cl
tBu
Cl
tBu
Heterotopowe ligandy/strony czÄ…steczki  diastereotopowe
Kryterium substytucji
CO2H CO2H CO2H
R
HA C D HA C HB D C HB S
HA D
D HB
S HO C COOH HO C COOH HO C COOH S
H C H H C H H C H
CO2H CO2H CO2H
ZWI
ZEK ACHIRALNY
diastereoizomery
10
Heterotopowe ligandy/strony czÄ…steczki  diastereotopowe
Kryterium symetrii
BRAK ELEMENTÓW SYMETRII
jądra równocenne chemicznie i
jÄ…dra (grupy) homotopowe
magnetycznie
nierozróżnialne w spektroskopii NMR
jÄ…dra (grupy) heterotopowe
jÄ…dra (grupy) enancjotopowe
jÄ…dra (grupy) diastereotopowe
nierozróżnialne w spektroskopii NMR
w środowisku achiralnym
rozróżnialne w spektroskopii NMR
ALE
rozróżnialne w spektroskopii NMR
w środowisku chiralnym
11
PROCHIRALNOŚĆ  NOMENKLATURA
pro-R
D
HA HA
H3C C OH
H3C C OH
H3C C OH
HB
HB D
pro-S
R
S
13CH
CH3
3
S
pro-R
H OH H OH S
hipotetyczna
achiralne, prochiralne H OH H OH R
zamiana
HO H HO H S
pro-S
S
CH3 CH3
PROCHIRALNOŚĆ  NOMENKLATURA
Re
O
S0
CH3 CH3
4
H3C 2 (C) CH2 C CH2 C CH2 C CH2 (C)
R0
H O H
H
C2: R0 C4: S0
Si
12
CH(CH3)2
(CH3)2CHCR C CR'R''
CH2N(CH3)2
ligandy diastereotopowe
Fe
C2H5CHBr CO C(CH3) C CH2
H
ligandy enancjotopowe
H2C
CH2
H
Cl
H C C C
H
H
H2C
CH2
Nomenklatura alternatywna
B B
Re Si
A
A C
C
Re
B
C
A
Si
13
Nomenklatura alternatywna
addycja do różnego typu płaszczyzn
CO2H
H3C
Re
B
A' H
H
Si
C
A
H
A'
Si
HO2C
CH3
H3C
Si
Nomenklatura alternatywna
Ligandy A, B, C oraz A i A mogą być rozważane jako połączone z centrum
tetraedrycznym
B B
C
C
A'Re
A
A'Si A
CO2H
H
CH3
CO2H
HSi H
H3CSi
CH3
14
Nomenklatura alternatywna
CO2H
CO2H CO2H
HSi HRe H D
CH3
CH3 CH3
HSi HRe
pro-S pro-R R
ALE
H H
H
13
H3C CH3
H3CSi CH3Re
CO2H
CO2H
CH3Si CH3Re CO2H
pro-R pro-S S
PROCHIRALNOŚĆ  NOMENKLATURA
WIDOK OD STRONY HA
Br
Si
Cl HB
Br
HB
Br
Cl HA
Re
HA Cl
WIDOK OD STRONY HB
CH3
CH3
H CH3
C +
+ HCN
C
C
CN
OH
O
Re
Si H
H
OH
CN
(S)
(R)
15