Transcript Autor: Beata Szwagrzyk Zagadnienia 35791113151719 Izomeria Rodzaje izomerii; „miejsce” izomerii optycznej Izomeria optyczna Najważniejsze pojęcia – uczniowskie „zmory” Ciekawostki.

Autor:
Beata Szwagrzyk
Zagadnienia
1
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
Izomeria
Rodzaje izomerii; „miejsce” izomerii optycznej
Izomeria optyczna
Najważniejsze pojęcia – uczniowskie „zmory”
Ciekawostki
I Z O M E R I A
Jest to zjawisko istnienia związków chemicznych o identycznym
wzorze sumarycznym, różniących się budową – strukturą cząsteczek.
Związki takie nazywamy izomerami.
Izomeria występuje bardzo powszechnie w świecie związków
organicznych, np.:
O
C H3
C H2
C H3
C H3
C
C
H
O
propanal (aldehyd)
WZÓR SUMARYCZNY:
1
propanon (keton)
C3H6O
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
I Z O M E R I A
konstytucyjna
(strukturalna)
-izomery różnią się kolejnością i sposobem
powiązania atomów w cząsteczce
łańcuchowa
(szkieletowa)
położenia
podstawnika
(podstawienia)
1
funkcyjna
(metameria)
wiązania
wielokrotnego
przestrzenna
(stereoizomeria)
-izomery, mając tą samą konstytucję,
różnią się rozmieszczeniem atomów w
przestrzeni
diastereoizomeria
geometryczna
(cis-trans)
optyczna
(enancjomeria)
inne
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
WAŻNE POJĘCIA
Kliknij gdziekolwiek poza kształtami, a poznasz je w kolejności zaproponowanej
1
przez autorkę lub na wybranym obiekcie, jeśli sam chcesz zadecydować o „kie2
3 runku zwiedzania”.
4
5
Izomery
6
diastereoizomery
asymetryczny
optyczne
7
atom węgla
8
9
10
enancjomery
11
12
Wzory
13
stereochemiczne
14
15
16
17
18
19
odmiana
racemat
20
mezo-
konfiguracja
D i L
CHIRALNOŚĆ
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
to nieidentyczność przedmiotu z jego lustrzanym odbiciem
(niemożność nałożenia na odbicie lustrzane).
Pomyśl – chiralne czy achiralne?
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!)?
Wskazówka!
Obiekt jest chiralny,
jeśli nie posiada
płaszczyzny ani środka
symetrii (może mieć
osie symetrii).
Oczywiście,
że chiralne!
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
chiralne
achiralne
ENANCJOMERY (IZOMERY OPTYCZNE)
- to po prostu chiralne cząsteczki, a więc dwa
izomery będące swoimi lustrzanymi odbiciami
Cząsteczka jest chiralna tylko wtedy, jeśli posiada przynajmniej jedno centrum
chiralności (warunek konieczny, ale niewystarczający – patrz: forma mezo).
Najważniejszym centrum chiralności jest asymetryczny atom węgla (C*) – węgiel
tetraedryczny, połączony z czterema różnymi podstawnikami, np.:
lustro
Br
Cl
1
H
H
C*
C*
F
F
Br
Cl
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
Para izomerów optycznych (enancjomerów)
Aby zmienić
konfigurację
wystarczy
zamienić
miejscami dwa
podstawniki.
1
różni się konfiguracją (czyli rozmieszczeniem
2
3
podstawników) wokół każdego atomu C* np.:
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
Ta cząsteczka nie jest lustrza15 To są enancjomery – są lustrzanymi odbiciami (różnią się
konfiguracjami obu centrów asymetrii).
nym odbiciem żadnej z nich
16
(różni się konfiguracją tylko
17
jednego centrum).
18
19
20
Właściwości enancjomerów
fizyczne
chemiczne
Właściwości fizyczne
enancjomerów są takie same z wyjątkiem oddziaływania ze światłem spolaryzowanym.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
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).
POLARYMETR
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
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)

płaszczyzna polaryzacji światła po przejściu przez
substancję optycznie czynną
-kąt skręcenia płaszczyzny polaryzacji
(wielkość kąta, o jaki należy obrócić
analizator,
aby
skompensować
skręcenie)
płaszczyzna polaryzacji
światła padającego
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 1cm3
roztworu, co obliczamy ze wzoru:
  
l*d

  - obserwowany kąt skręcenia (ze znakiem „+” dla substancji prawoskrętnych, a „-” dla lewoskrętnych)
 l – długość rurki [dm]
 d – gęstość czystej cieczy lub stężenie roztworu [g/cm3]
np. skręcalność właściwa -glukozy wynosi +1120, a -fruktozy –133,50
Pomiary polarymetryczne umożliwiają identyfikację substancji oraz określenie ich
stężenia w roztworze (zastosowanie m.in. w przemyśle cukrowniczym).
1
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
Właściwości chemiczne
enancjomerów są również identyczne z wyjątkiem reakcji ze
związkami optycznie czynnymi.
Dlaczego
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.
1
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
Wzory stereochemiczne
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
czyli – jak rysować stereoizomery?
Można tak:
Kwas
L-(+)-mlekowy
Kwas
D-(-)-mlekowy
Ale znacznie prościej tak (wzory rzutowe Fischera):
łańcuch główny
rysujemy w pionie, a
wiązania pionowe są
skierowane za
płaszczyznę
rzutowania
C O OH
HO
C
H
CH3
Kwas L-(+)-mlekowy
bardziej
utleniona grupa
– u góry
H
C O OH
C
wiązania poziome
skierowane są
przed
płaszczyznę
rzutowania
OH
CH3
Kwas D-(-)-mlekowy
Co oznaczają litery D i L?
Konfiguracja D i L.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
Wzorzec:
CHO
CHO
C
C
HO
CH2OH
H
HOH2C
C
H
CHO
CHO
HO
OH
H
CH2OH
aldehyd L-(-)-glicerynowy
(łac. laevus – lewy; grupa –OH po
lewej stronie atomu węgla)
H
C
OH
CH2OH
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).
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
C O OH
C O OH
H
HO
C*
C
*
OH
H
HO
H
C O OH
C*
C
*
C O OH
H
H
C*
OH
OH
H
C
*
OH
C O OH
Kwas L-(+)-winowy
Kwas D-(-)-winowy
C O OH
Kwas mezo-winowy
enancjomery
diastereoizomery
diastereoizomery
Diastereoizomery – stereoizomery nie będące swoimi lustrzanymi
odbiciami (różnią się konfiguracją nie wszystkich centrów asymetrii).
Uwaga!
Ostatnia cząsteczka posiada płaszczyznę symetrii !!!
Pomimo obecności asymetrycznych atomów węgla (aż dwóch) jest achiralna.
Taki izomer nazywamy formą mezo-.
1
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
LICZBA STEREOIZOMERÓW
Jeśli cząsteczka posiada n asymetrycznych atomów węgla, to jej wzorowi
n
n
odpowiada 2 stereoizomerów, co stanowi 2 /2 par enancjomerów (lub
mniej – w przypadku form mezo-) np.:
n
Liczba
Liczba par
stereoizomerów enancjomerów
Przykład substancji
1
2
1
bromochlorofluorometan
2
4
2
2,3-dichlorobutanal
3
8
4
fruktoza (odmiana łańcuchowa)
4
16
8
glukoza (odmiana łańcuchowa)
Brakujące elementy uzupełnisz
kolejnymi kliknięciami
1
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
Glukoza i jej stereoizomery
CH O
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
CH O
CH O
CH O
H
C*
OH
H
C*
OH
HO
C*
H
HO
C*
H
HO
C*
H
H
C*
OH
H
C*
OH
HO
C*
H
H
C*
OH
H
C*
OH
H
C*
OH
H
C*
OH
H
C*
OH
H
C*
OH
H
C*
OH
H
C*
OH
C H 2O H
D-glukoza
C H 2O H
C H 2O H
D-alloza
CH O
D-altroza
H
C*
OH
HO
C*
H
H
C*
OH
H
C*
HO
C*
H
HO
H
C*
OH
H
D-guloza
D-mannoza
CH O
CH O
CH O
C H 2O H
C H 2O H
H
C*
OH
HO
C*
H
OH
HO
C*
H
HO
C*
H
C*
H
HO
C*
H
HO
C*
H
C*
OH
H
C*
OH
H
C*
OH
C H 2O H
D-idoza
C H 2O H
D-galaktoza
C H 2O 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=24 czyli 16 stereoizomerów.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
Organizmy
stereoselektywne,
tzn. wytwarzają
Chemik, są
syntezując
jakąś substancję
w
lub wykorzystują do swoich celów tylko konkretne
probówce może otrzymać jedynie mieszaninę
enancjomery! Na przykład:
racemiczną. Aby uzyskać jeden z enancjomerów
musi ją bardzo mozolnie rozdzielać na składniki
kwas L-(+)– mlekowy powstaje z glikogenu podczas
lub
oddając
hołd
niezrównanej
naturze
– użyć na
(-)
–
karwon
nadaje
zapach
mięcie
ogrodowej,
pracy
mięśni,
powodując
„zakwasy”,
podczas
gdy
Wszystkie naturalne cukry należą do szeregu konfigujednym z etapów enancjomeru wyprodukowanego
(+) – karwon
jest składnikiem
olejku kminkowego
kwas
D-(-)–
jest produktem
fermentacji
racyjnego
Dmlekowy
, aprzez
aminokwasy
białkowe
do
szeregu L!
organizm żywy!.
mlekowej cukrów, zachodzącej tam, gdzie coś ulega
kwaszeniu - znajduje sie w kiszonej kapuście,
ogórkach czy kwaśnym mleku (powstaje racemat).
Następną proszę!
Następny
proszę