Elementi hiralnosti molekula

Presentasjon om: "Elementi hiralnosti molekula"— Utskrift av presentasjonen:

1 Elementi hiralnosti molekula
Centar (atom za koji su vezani ligandi u takvom prostornom rasporedu da onemogućavaju poklapanje sa strukturom koja se odnosi kao lik u ogledalu) Osa (1. osa oko koje su vezani ligandi u takvom prostornom rasporedu da onemogućavaju poklapanje sa strukturom koja se odnosi kao lik u ogledalu i 2. osa oko koje je molekul uvijen tako da se ne može poklopiti sa molekulom koji je uvijen u suprotnom smeru poput navoja na šrafu) Ravan (ravan oko koje su vezani ligandi u takvom prostornom rasporedu da onemogućavaju poklapanje sa strukturom koja se odnosi kao lik u ogledalu)

2 Stereocentar (stereogeni centar, hiralni centar) se označava zvezdicom
Centrohiralna jedinjenja su ona koja imaju hiralni centar Hiralni centri mogu biti: četvorokoordinacioni C, Si, Ge, N, P i As; trokoordinacioni S, P,As, Sb i azot sa fiksiranom strukturom, kao i atomi metala u nekim kompleksima. Atom za koji je vezan set liganada u takvom prostornom rasporedu da onemogućava poklapanje sa slikom u ogledalu je hiralni centar. Stereogeni centar je atom takav da promena mesta bilo koja dva supstituenta vezana za njega pretvara to jedinjenje u njegov stereoizomer. Ranije korišćeni naziv je asimetrični centar. Stereogeni četvorokoordinacioni atom je onaj koji je vezan za 4 razlučita liganda.

3 Osa hiralnosti: aksijalno hiralna jedinjenja (bifenili i aleni)

4 Atropizomerija

5 Atropizomerija

6 Atropizomerija

7 Atropizomerija

8 Atropizomerija

9 Atropizomerija

10 Atropizomerija

11 Atropizomerija

12 atropizomerija

13 Atropizomerija

14 Atropizomerija

15 Aksijalnohiralna jedinjenja

16 Aksijalnohiralna jedinjenja

17 Aksijalnohiralna jedinjenja

18 Aksijalnohiralna jedinjenja

19 Aksijalnohiralna jedinjenja

20 Aksijalnohiralna jedinjenja

21 Helikoidnost (osa hiralnosti)
Hiralnost spiralnih ili jedinjenja oblika zavrtnja. Spirala se uvrće ili u smeru suprotnom od smera kretanja kazaljke na satu, ili u smeru kretanja kazaljke na satu Posmatra se iz pravca ose oko koje se vrši uvrtanje

22 Helikoidno hiralna jedinjenja (enantiomeri heksahelicena)

23 trans-ciklokten paraciklofani ansa jedinjenja

24 Konfiguracija: apsolutna, relativna
Konfiguracija je prostorni raspored atoma ili grupa na hiralnom C-atomu ili na položajima oko fiksiranog dela molekula izuzimajući prostorni raspored koji je posledica rotacije oko proste veze za koju je energetska barijera manje od 14 – 24 kcal/mol. Relativna konfiguracija – ako apsolutna nije poznata, zasnovana na hemijskoj interkonverziji iz/ ili u poznato jedinjenje ili u odnosu na drugi hiralni centar u istom jedinjenju. Apsolutna konfiguracija – tačan raspored supstituenata na hiralnom C-atomu. Obično se određuje kristalografskom analizom, mada može i hemijskim transformacijama u odnosu na jedinjenje čija je apsolutna konfiguracija poznata. Optička aktivnost, (+) ili (-), ne definiše prostorni raspored supstituenata na hiralnom C-atomu !!

25 Eksperimentalno enantiomeri se mogu razlikovati instrumentalnim metodama analize:
Difrakcionim (anomalno rasipanje X-zraka talasne dužine bliske  koju apsorpcije neki od elemenata u kristalu), Merenjem ugla rotacije ili Merenjem promena ugla rotacije u zavisnosti od promene talasne dužine. Enantiomeri daju krive koje se odnose, u odnosu na apscisu, kao predmet i njegov lik u ogledalu. Metoda se zove ¨Optička rotaciona disperzija¨ a dobijena kriva ORD kriva. Jednoznačno imenovanje stereoizomera je bitan deo stereohemijskih osnova.

26 Fischer-ova konvencija. D, L- nomenklatura stereoizomera
Fischer-ova konvencija. D, L- nomenklatura stereoizomera. Relativna konfiguracija Fischer-ova konvencija se zasniva na korelaciji stereogenog centra sa (+)-gliceraldehidom koji je izabran za standard. Ovom enantiomeru je pripisana konfiguracija sa OH grupom sa desne strane Fischer-ove formule orijentisane tako da se aldehidna grupa (supstituent najvišeg oksidacionog stanja) nalazi na vrhu formule. Difrakcijom X-zraka na kristalima natrijumrubidijum-tartarata dokazano je da je nasumice izbrana struktura (+)-gliceraldehida tačna (1951. godine). Koristi se u hemiji ugljenih hidrata i amino kiselina.

27 D, L- nomenklatura stereoizomera
D-(+)-gliceraldehid L-(-)-gliceraldehid

28 Korelacija strukture gliceraldehida i vinske kiseline
(-)-vinska kiselina L-(-)-jabučna kiselina L-(-)-glicerinaldehid L-(+)-glicerinska kiselina

29 Apsolutna konfiguracija (+)-vinske kiseline je određena 1951
difrakcijom X-zrakova na natrijum-rubidijumovoj soli (+)-vinske kiseline. To je potvrdilo i apsolutnu konfiguraciju (+)-gliceraldehida. Na,Rb-so (+)-vinska kiselina

30 Pravila za određivanje konfiguracije po D,L-sistemu
Napisati Fischer-ovu formulu jedinjenja postavljajući supstituent najvišeg oksidacionog stanja na vrhu Kod monosaharida posmatra se hiralni centar koji je najudaljeniji od karbonilne grupe. Često se stavlja oznaka Dg i Lg da se naglasi standard u odnosu na koji je izvršeno određivanje. Ako je supstituent na hiralnom centru sa desne strane Fischer-ove projekcije radi se o D izomeru a ako je sa leve strane radi se o L izomeru. D i L su stereodeskriptori koji se odvajaju crticom od ostatka imena, velika slova veličine malih slova u ostatku naziva

31 Relativna konfiguracija dva susedna stereogena centra se može označiti prefiksima: eritro ili treo.
Eritro izomer ima raspored supstituenata na susednim streogenim centrima jednak rasporedu supstituenata u eritrozi (sa iste strane ugljenikovog niza). Treo izomer ima raspored supstituenata na susednim streogenim centrima jednak rasporedu supstituenata u treozi (sa suprotnih strana ugljenikovog niza).

32 D/L-Nomenklatura se koristi uglavnom kod monosaharida i amino kiselina

33 D, L -nomenklatura Dokaz strukture aminokiselina L-(+)-mlečna kiselina
L-(+)-alanin

34 Priroda je izabrala L- amino kiseline
Posmatra se hiralni C atom koji je u susedstvu karboksilne grupe. Mogu se, ali ne moraju, koristiti stereodeskriptori Ds i Ls da se naglasi da je referentno jedinjenje serin. Ako je amino grupa na levoj strani Fischer-ove formule radi se o L-izomeru, a ako je na desnoj strani reč je o D-izomeru.

35 Nomenklatura stereoizomera
Problem jednoznačne nomenklature stereoizomera rešila su tri evropska hemičara: R. S. Cahn, C. K. Ingold i V. Prelog uvodeći sistem (konvenciju) poznatu pod imenom R-S nomenklatura (1956. godine). Christopher Ingold ( )

36 R,S nomenklatura centrohiralnih jedinjenja
Primenom sekvencionog pravila određujemo prioritete supstituenata. The Viewing Rule kaže da hiralni centar mora biti posmatran sa suprotne strane od strane supstituenta sa najmanjim prioritetom. Ako prioritet opada u smeru kretanja kazaljke na satu radi se o R konfiguraciji Ako prioritet opada u smeru suprotnom od smera kretanja kazaljke na satu radi se o S konfiguraciji. Za određivanje konfiguracije centrohiralnih jedinjenja poštujemo dva pravila: Sekvenciona pravila Pravilo posmatranja (The Viewing Rule).

37 R,S-nomenklatura Br > Cl > C > H
Sekvenciona pravila Prioritet se određuje na osnovu rednog broja atoma direktno vezanog za hiralan C-atom. Viši prioritet ima atom sa većim rednim brojem. (Izotopi istog elementa imaju veći prioritet ako imaju veću masu, ako je to jedina tačka razlike nakon primene ostalih pravila). Nevezivnom elektronskom paru se pripisuje redni broj nula. Prioritet supstituenata se označava malim slovima: a, b, c, d ili a,b,d e ili brojevima 1,2,3,4. Br > Cl > C > H

38 HO > CH2CH3 > CH3 > H
R,S-nomenklatura Sekvenciona pravila 2. Ako su atomi vezani direktno za hiralan C-atom identični, prioritet se određuje na osnovu rednog broja sledećeg atoma u supstituentima upoređujući najpre atome najvišeg prioriteta HO > CH2CH3 > CH3 > H

39 Baumfunktion

40 Hierarchie der Wege

41 3. Dvostruke i trostruke veze se tretiraju kao zasićene tako da se na svakom od atoma u dvostrukoj ili trostrukoj vezi docrtaju još jedna ili dve veze i za njih se veže udvostručeni atom s drugog kraja veze. Udvostručeni atom se tretira kao atom za koji su vezana još tri liganda sa rednim brojem nula. Udvostručeni (fantomski) atom beleži se u zagradi ili sa indeksom 0.

42 Auflösen von Mehrfachbindungen

43 R,S nomenklatura, sekvenciona pravila
I realni i multiplicirani atom se tretiraju jednako sem u slučaju kada je to jedina tačka razlike posle primene svih ostalih pravila. U tom slučaju multiplicirani atom ima manji prioritet u odnosu na realni atom iste vrste.

44 Kod cikličnih jedinjenja, ako se prioritet ne može odrediti do tačke kada se posmatrana grana počne duplicirati, za zadnji atom u grani se veže fantomski atom jednak onome sa kojim je raskinuta veza.

45 Kod alkenskih liganda, ako je sve ostalo isto, veći prioritet ima alkenski ligand čiji se supstituent većeg prioriteta nalazi sa iste strane dvogube veze kao i hiralni centar.

46 Reste unterscheiden sich in der Konfiguration – cis – trans

47 Aromatični prsteni se posmatraju kao Kekule-ove strukture.

48 Pravilo posmatranja (The Viewing Rule)
(R)-2-butanol Oznake konfiguracije se pišu u italic-u, u zagradi i odvajaju se crticom od ostatka imena.

49 R,S nomenklatura centrohiralnih jedinjenja u kojima hiralni centar ima nevezivni elektronski par
Prilikom određivanja prioriteta nevezivnom elektronskom paru se pripisuje najmanji prioritet. Tretira se kao fantomski supstituent sa atomskim brojem 0.

50 Energetska barijera. za trisupstituisane fosfine je oko 30-35 kcal/mol
Energetska barijera* za trisupstituisane fosfine je oko kcal/mol. Fosfor jr stereogeni centar ako je vezan za tri različita supstituenta. (R)-fenilmetilpropilfosfin * Ako je energetska barijera za konverziju jednog oblika u drugi veća od kcal/mol njihovo poluvreme života je dovolno da se mogu okarakterisati kao različiti stereizomeri.

51 Trokoordinacioni azot u acikličnim aminima nije stereogeni centar zbog male energetske barijere za planarno prelazno stanje. Ako je struktura amina fiksirana u krutim cikličnim sistemima tada je azot hiralni centar (azot u Troger-ovoj bazi).

52 R,S-nomenklatura R-konfiguracija S-konfiguracija
Određivanje konfiguracije, Fischer-ova formula. Supstituent najmanjeg prioriteta mora biti ispod ravni papira. R-konfiguracija S-konfiguracija

53 R,S-nomenklatura (Fischer-ove formule)
Zamena mesta za tri supstituenta Zamena mesta po parovima R HO > CHO > CH2OH > H R

54 Jedinjenja sa dva i više hiralnih C-atoma
Maksimalan broj stereoizomera: 2n (n = broj hiralnih C-atoma) (-)-eritroza (+)-eritroza (-)-treoza (+)-treoza eritro treo

55 Jedinjenja sa dva i više hiralnih C-atoma
Broj stereoizomera kod jedinjenja sa konstituciono istim hiralnim C-atomima je manji od 2n . Vinska kiselina ima tri izomera. R S R S R S R S mezo oblik (-)-vinska kiselina (+)-vinska kiselina Oba oblika imaju ravan simetrije; Rotacijom u ravni papira za 180o prelaze jedan u drugi. Mezo jedinjenje je ahiralni stereoizmer iz grupe stereoizomera u kojoj je makar jedan stereoizomer hiralan.

56 Jedinjenja sa dva i više hiralnih C-atoma -pseudhiralan C-atom-
identični molekuli mezo oblik mezo oblik

57 Jedinjenja sa dva i više hiralnih C-atoma -pseudohiralan C-atom-
-vezan za četri različita supstituenta od kojih su dva konstituciono ista ali konfiguraciono različita R Konfiguracija se opisuje stereodeskriptorima r i s (mala slova, italic, u zagradi). Važe sva pravila kao i za RS konfiguraciju dopunjena sekvencionim pravilom da R ima veći prioritet od S

58 Pseudohiralan C atom Hiralni centar, C4, ima S-konfiguraciju jer supstituent sa hiralnim centrima iste konfiguracije ima prednost u odnosu na supstituent sa hiralnim centrima različitih konfiguracija (S,SR,S). Ovo pravilo ima prednost u odnosu na pravilo da supstituent R-konfiguracije ima prednost u odnosu na supstituent S-konfiguracije.

59 (E)-2-hlor-2-butene (Z)-2-hlor-2-butene Konfiguracija alkena
1.Odrediti prioritet supstituenata alkenskog sistema primenjujući sekvenciono pravilo 2. Ako se supstituenti istog prioriteta nalaze sa iste strane dvostruke veze radi se o Z izomeru (zusammen= zajedno). 3. Ako se supstituenti istog prioriteta nalaze sa suprotnih strana dvostruke veze radi se o E izomeru (entgegen= across). 4. Z i E se beleže u italic-u, u zagradi i odvajaju crticom od ostatka imena (E)-2-hlor-2-butene (Z)-2-hlor-2-butene

60 (Z)-3-etilpent-3-en-1-in
Nomenklatura alkena (Z)-3-etilpent-3-en-1-in

61 (E)-2-(metoksimetil)-2-butenal
Nomenklatura alkena (E)-2-(metoksimetil)-2-butenal

62 Cis, trans-nomenklatura alkena
Ponekad se još uvek koristi cis, trans nomenklatura alkena koji imaju iste ili slične supstituente na susednim C atomima alkenskog sistema. Cis izomer ima iste ili slične supstituente sa iste strane dvogube veze. Trans izomer ima iste ili slične supstituente sa suprotne strana dvogube veze.

63 cis-1,2-etandikarboksilna kiselina (maleinska kiselina)
Cis, trans-nomenklatura alkena Cis izomer ima iste ili slične supstituente sa iste strane dvogube veze. Trans izomer ima iste ili slične supstituente sa suprotne strana dvogube veze. Geometrijski izomeri Ovi izomeri ne pokazuju optičku aktivnost sem ako za dvogubu vezu nije vezan ostatak koji ima neki hiralni element cis-1,2-etandikarboksilna kiselina (maleinska kiselina) Trans-1,2-etandikarboksilna kiselina (fumarna kiselina)

64 *Sin, anti nomenklatura oksima
Kod aldoksima sin konfiguracija se pripisuje stereoizomeru koji ima H i OH sa iste strane dvogube veze. Kod ketoksima sin konfiguracija se pripisuje ako su OH i alkil grupa koja se prva navodi u imenu sa iste strane dvogube veze.

65 Stereoizomerizam cikličnih jedinjenja a
Enantiomers Meso compound 65

66 Configuration in Cyclic Compounds
Chapter 5

67 (1) 1,4-Dimethylclohexanes
Ciklična jedinjenja sa parnim brojem atoma u prstenu nisu optički aktivana ako imaju supstituente na atomima najduže dijagonale zbog ravni simetrije. (1) 1,4-Dimethylclohexanes plane of symmetry cis-1,4-Dimethyl cyclohexane trans-1,4-Dimethyl cyclohexane 67

68 (2) 1,3 -Dimethylcyclohexanes
symmetrical plane no symmetrical plane cis-1,3-Dimethylcyclohexane trans-1,3-Dimethylcyclohexane 68

69 Kada postoji više supstituenata Referentni je onaj sa najnižim brojem
*Cis-, trans- nomenklatura cikličnih jeinjenja sa više od dva supstituenta Kada postoji više supstituenata Referentni je onaj sa najnižim brojem Ispred oznake položaja piše se r- Ispred oznaka položaja ostalih supstituenata t za trans ili c za cis odnos sa referentnim supstituentom. t-5-hlor-r-1, c-3-cikloheksandikarboksilna kiselina Ravan simetrije

70 R,S nomenklatura aksijalno hiralnih jedinjenja
Strukturu posmatramo uzduž ose hiralnosti Bez obzira na to sa kojeg kraja ose gledamo Bliži par liganada dobija prve dve pozicije po sekvencionim pravilima Dalji par dobija preostale dve Posmatramo sa suprotne strane od supstituenta sa najmanim prioritetom (R)-2,3-pentadien Ligandi najvišeg prioriteta na bližem (1) i udaljenijem kraju (3) kumulenskog dela molekula. Ako prioritet opada u smeru kretanja kazaljke na satu radi se o P (plus) konfiguraciji a ako opada u suprotnom o M (minus). Podudaranje Ra i M, kao i Sa i P konfiguracije je opšte.

71 Konfiguracija bifenila

72 Konfiguracija heksahelicena (osa hiralnosti, helikoidno hiralna jedinjenja).
Bliži kraj ima prednost nad udaljenijim. P konfiguracija (prednost opada u smeru kretanja kazaljke na satu prateći kraće rastojanje) M konfiguracija (prednost opada u smeru suprotnom od smera kretanja kazaljke na satu prateći kraće rastojanje)

73 Planarno hiralna jedinjenja
Hiralna ravan molekula je ravan koja je tako locirana da uvođenje supstituenta u toj ravni eliminiše ravan simetrije koja je normalna na tu ravan. Planarno hiralna jedinjenja su: trans-ciklookten, neka ansa jedinjenja, paraciklofani i drugi.

74 R,S nomenklatura planarno-hiralnih jedinjenja
Odredi se pilot-atom. To je atom koji nije u hiralnoj ravni ali je vezan za atom koji je u hiralnoj ravni. Ako postoji više mogućnosti bira se onaj atom koji je najbliži atomu višeg prioriteta u skaldu sa sekvencionim pravilima. Odredi se niz od tri atoma u hiralnoj ravni po sekvencionim pravilima, počevši od atoma neposredno vezanog za pilot-atom. Ako prioriteti opadaju u smeru kretanja kazaljke na satu, posmatrano od pilot atoma, jedinjenje ima R konfiguraciji. Ako prioritet opada u suprotnom smeru od smera kretanja kazaljke na satu radi se o S konfiguraciji.

75 Za označavanje stereohemije planarnih jedinjenja se mogu se, ali ne moraju, koristiti i stereodeskriptori: Rp i Sp. Konfiguracija planarno hiralnih jedinjenja se može označiti i stereodeskriptorima P i M. Posmatra se opadanje prioriteta iz pravca pilot atoma. Ako prioritet opada u smeru kretanja kazaljke na satu radi se o P konfiguraciji, a ako opada u suprotnom o M. Podudaranje Rp i P, kao i Sp i M konfiguracije je opšte.

76 Planarno hiralna jedinjenja
Hiralna ravan A. ansa jedinjenja (n≤10) B. paraciklofani [2.2] C. trans-ciklookten R, S P, M

77 R, S nomenklatura paraciklofana (ako je pilot atom ispod hiralne ravni konfiguracija je suprotna od određene posmatranjem odozgo)