Лекция 2 Стереоизомерия органических соединений Геометрическая изомерия

Лекция № 2. «Стереоизомерия органических соединений» Геометрическая изомерия. Оптическая изомерия. Конформационная изомерия. Циклоалканы.

Изомерия (от греч. isos — равный), Берцелиус, 1830 г. Изомеры — это вещества, которые имеют одинаковую молекулярную формулу, но отличаются последовательностью связывания атомов и (или) расположением их в пространстве и обладают разными свойствами.

БЕРЦЕЛИУС (Berzelius), Йёнс Якоб. 1779 г. – 1848 г Знаменитый шведский химик. С 1807 профессор медицины и фармации в Стокгольме.

Стереоизомерия Стереохимия (от греч. stereos - пространственный) – это «химия в трех измерениях, 3 D)

Конфигурация

Конформация >С ------- С<

Геометрическая изомерия Геометрические изомеры – отличаются расположением атомов или групп атомов в пространстве относительно жестких элементов структуры: 1. плоскости двойной связи или малого цикла;

Цис- и транс- изомеры бутена-2

«по сю и по ту сторону» реки Лейты Цислейтания – наименование земель австрийской короны; показано красным; 1867 -1918 г. Транслейтания — наименование земель венгерской короны; показано зелёным

Геометрическая изомерия малых циклов цис-изомер транс-изомер

2. У каждого атома >C=C< должны быть 2 разных заместителя. 1 2 не обладает геометрической изомерией !

Z, E - номенклатура. Правила Кана – Ингольда - Прелога

Правила старшинства заместителей: 1) Атом с большим атомным номером в ПС является старшим относительно атома с меньшим атомным номером: I > Br > Cl > S > P > F > O > N > C > H ; 2) Если имеются группы атомов, то судят по атомному номеру в ПС первого элемента: -O 8 H > -N 7 H 2 > - C 6 H 3 > H 1 ; 3) Если первые атомы одинаковы, то необходимо провести аналогичное сравнение следующих атомов в группе ( «второго слоя» ): -CH 2 OH > -CH 2 NH 2 > -CH 2 CH 3 > -H.

Правила старшинства заместителей в Z, E - номенклатуре: 4). Если группа содержит двойную (тройную) связь, то её атомы следует удвоить ( утроить) :

Если две старшие группы расположены по одну сторону от плоскости π-связи, то конфигурация заместителей обозначается символом Z (от нем. zusammen вместе). Если же эти группы находятся по разные стороны от плоскости π-связи, то конфигурацию обозначают символом Е (от нем. entgegen напротив).

Z, E - номенклатура. 1 2 Е - изомер 1 2 Z - изомер

транс цис 2 транс- 2 -хлорбутен-2 Z

Связь геометрической изомерии с биологической активностью Витамин А 1

Оптическая изомерия

Оптическая активность. Схема поляриметра. обычный свет плоскополяризованный свет 1. – источник света 2. – поляризатор 3. - поляриметрическая трубка 4. - анализатор

(англ. chirality, от греч. chéir — рука) - свойство объекта быть несовместимым со своим отображением в зеркале. У хиральных предметов нет плоскости симметрии.

С* - атом С в состоянии sp 3 гибридизации, связанный с 4 различными атомами или группами атомов.

глицериновый альдегид * С sp 3 (от греч. enantios – противоположный). пространственные изомеры, молекулы которых относятся между собой как предмет и несовместимое с ним зеркальное изображение.

Фишер (Fischer) Эмиль Герман 1852 – 1919 немецкий химикорганик и биохимик

Построение проекционной формулы (проекции) Фишера от нас удалено молочная кислота к нам приближено

Проекции Фишера можно преобразовать: l 1. чётное число перестановок заместителей не меняет формулу; l 2. допускается поворот всей формулы в плоскости чертежа на 180.

Относительная конфигурация 1906 г. , М. А. Розанов (-) (+) L- и D-изомеры (от лат. laevus – левый и dexter – правый).

Относительная конфигурация 5 D-глюкоза 5 L-глюкоза

Относительная конфигурация

Абсолютная конфигурация Система Кана–Ингольда–Прелога ? Роберт Сидни Кан Ингольд Кристофер (9. 06. 1899 -15. 09. 1981) (Великобритания) Прелог Владимир (28. 10. 1893– 8. 10. 1970) (23. 07. 1906– 07. 01. 1998) (Великобритания) (Швейцария)

Абсолютная конфигурация. R, S – номенклатура (1956). Система Кана-Ингольда-Прелога: 1) определяем старшинство заместителей по атомному № в ПС ( № 1>2>3>4); 2) младший заместитель ( № 4 ) должен быть от нас удален ! 3) определяем падение старшинства заместителей: R R (лат. rectus – правый) S S (от лат. sinister – левый)

2 3 1 4 S

молочная кислота

Абсолютная конфигурация. R, S - номенклатура 2 ! 4 «не на месте» 1 3 R

Соединения с несколькими хиральными центрами. Общее число оптических изомеров определяется формулой N = 2 n , n число центров хиральности.

22 = 4 эритро трео Диастереомеры ( I и III, II и IV)

Диастереомеры стереоизомеры, которые не относятся друг к другу, как предмет и несовместимое с ним зеркальное отражение, т. е. не являются энантиомерами. Эпимеры – диастереомеры, отличающиеся конфигурацией только одного асимметрического центра

Мезосоединения 3 стереоизомера: 22 = 4 эритро трео энантиомеры

Рацемат (от лат. racemus – виноград) При смешивании эквимолярных количеств D - и L - стереизомеров образуются оптически неактивные смеси, получившие название рацемических( + ) RS. рацемических

ВЗАИМОСВЯЗЬ СТЕРЕОХИМИЧЕСКОГО СТРОЕНИЯ С ПРОЯВЛЕНИЕМ БИОЛОГИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ.

ВЗАИМОСВЯЗЬ СТЕРЕОХИМИЧЕСКОГО СТРОЕНИЯ С ПРОЯВЛЕНИЕМ БИОЛОГИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ. Адреналин, эпинефрин ИЮПАК: 1 -(3, 4 -дигидроксифенил)-2 метиламиноэтанол - гормон мозгового слоя надпочечников животных и человека. Медиатор нервной системы холоднокровных. • Из двух энантиомеров адреналина наибольшую фармакологическую активность проявляет R(-) адреналин.

ВЗАИМОСВЯЗЬ СТЕРЕОХИМИЧЕСКОГО СТРОЕНИЯ С ПРОЯВЛЕНИЕМ БИОЛОГИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ. • правовращающий изопропиладреналин (изадрин) проявляет в 800 раз более сильное бронхорасширяющее действие, чем его левовращающий энантиомер

• Лекарственное средство противоопухолевого действия сарколизин является левовращающим энантиомером; правовращающий сарколизин не активен.

«Жизнь – это особая форма существования биополимерных тел (систем), характеризующихся хиральной чистотой и способностью к самоорганизации и саморепликации в условиях постоянного обмена с окружающей средой веществом, энергией и информацией» (акад. В. Гольданский, 1986 г. ) Виталий Иосифович Гольданский

Конформационная изомерия Геометрические формы молекулы, переходящие друг в друга путем вращения вокруг σ-связей, называют конформациями (от лат. conformatio — форма, расположение).

Конформационная изомерия алифатических соединений

Перспективные формулы 1 «Лесопильные Проекционные козлы» (а, в) формулы Ньюмена (б, г) 2 СН 3 – СН 3 2 2 1 1 заслоненная (а, б) заторможенная (в, г) конформации этана Энергетический барьер вращения 12 к. Дж/моль

Торсионное напряжение увеличение энергии (Е) молекулы, вызванное заслонённым положением σ связей ( С - Н ). Ван-дер-Ваальсово напряжение – обусловлено силами отталкивания между валентно не связанными большими по объёму заместителями. -

= 00 Конформации н-бутана = 600 = 1200 (I) полностью частично = 1800 (III) = 3000 = 2400 ~25 к. Дж/моль наиб. уст. 69% частично 31%

более устойчива

Конформации открытой углеродной цепи: клешневидная нерегулярная зигзагообразная

Зигзагообразная конформация лауриновой кислоты Скелетная формула (а) и молекулярная модель (б) стеариновой кислоты

Конформации циклических соединений. Угловое напряжение

Малые циклы Циклопропан

Малые циклы Циклобутан «седловидная конформация»

«конверт»

Молекула циклогексана

«кресло»

«твист-форма»

«ванна»

Конформации циклогексана

Циклогексан в конформации кресла axis аксиальные связи экваториальные связи каждая пара соседних атомов С (фрагмент этана) находится в заторможенной конформации

Инверсия цикла молекулы метилциклогексана (показаны не все атомы водорода) 1, 3 -диаксиальное отталкивание группы СН 3 и атомов Н в положениях 3 и 5 4 7, 5 к. Дж/моль. 6 ! При наличии в кольце заместителя более выгодна конформация с экваториальным положением заместителя

1 -метил-4 -этилциклогексан trans 1, 4 a, a cis 1, 4 e, a trans 1, 4 e, e cis 1, 4 a, e

Природные соединения Конформации моносахаридов

В малых дозах Камфора укрепляет сердечную деятельность, ускоряет пульс, повышает пониженную температуру тела, оживляет деятельность мышц и нервной системы, удерживает бодрость духа. КАМФОРА БОРНЕЙСКАЯ.

Ментол 2 -транс-изопропил-5 -цис-метилциклогексанол-1 * * * цис транс