LCH 1 Zajęcia nr 41 Reguły izomerii optycznej, izomeria

LCH 1 Zajęcia nr 41
Reguły izomerii optycznej, izomeria geometryczna.
1. Właściwości enancjomerów – izomerów optycznych
Pod względem cech makroskopowych (temp wrzenia, topnienia, gęstośd, barwa, itp.)
enancjomery mają identyczne właściwości fizyczne i chemiczne z wyjątkiem dwóch:
a. Skręcają płaszczyznę polaryzacji światła spolaryzowanego o taki sam kąt, ale
w przeciwnych kierunkach.
Skręcalnośd właściwa – wartośd kąta skręcenia polaryzacji światła
spolaryzowanego, jest to wielkośd charakterystyczna dla danej substancji i zależy
od jej stężenia procentowego.
Kierunek kąta skręcenia zależy od konfiguracji danego enancjomeru.
Enancjomer skręcający płaszczyznę w prawo nazywamy prawoskrętnym i
oznaczamy symbolem „+” umieszczonym przed nazwą związku, natomiast
enancjomer skręcający płaszczyznę w lewo nazywamy lewoskrętnym i
oznaczamy znakiem „ –”.
b. Enancjomery reagują z różnymi szybkościami z innymi związkami optycznie
czynnymi. Szybkości reakcji mogą byd zbliżone lub mogą różnid się tak znacznie, że
jeden enancjomer nie przereaguje wcale. Z tego powodu liczne związki są
biologicznie czynne, podczas gdy ich enancjomery skręcające światło w przeciwną
stronę nie są zdolne do działania biologicznego.
2. Reguły dotyczące izomerii optycznej
a. Reguła 1 – atomy bezpośrednio związane z atomem chiralnym porządkuje się
zgodnie z ich liczbami atomowymi Z. O pierwszeostwie decyduje wyższa liczba
atomowa np.:
17Cl > 8O > 6C > 1H
Jeżeli jednym z pierwiastków jest H zawsze ustępuje on pierwszeostwa innym
pierwiastkom. Patrzy się wtedy na centrum chiralne wzdłuż wiązania C-H od C
w kierunku H (podstawnik o najmniejszym pierwszeostwie chowamy za cząsteczkę,
aby był jak najdalej o nas)
b. Reguła 2 – jeżeli nie można jednoznacznie zastosowad reguły 1 – dwa (lub więcej)
atomy bezpośrednio połączone z atomem chiralnym są takie same – bierze się pod
uwagę następne atomy aż do momentu znalezienia dwóch atomów różniących się
liczbą atomową. Np. grupa etylowa ma pierwszeostwo w stosunku do grupy
metylowej ponieważ punktem różniącym obydwie grupy posuwając się od atomu
chiralnego jest węgiel w grupie etylowej w porównanie do wodoru w grupie
metylowej.
c. Ćwiczenia określające kolejnośd grup:
–H;
-Br;
-CH2-CH3;
-CH2-O-CH3
Liczby atomowe bezpośrednio połaczonych atomów układają się w kolejności:
35Br
>6C > 1H. Aby rozstrzygnąd między dwoma grupami zawierającymi węgiel, należy
przesuwad się wzdłuż wiązao w każdej grupie, aż do stwierdzenia różnicy, stąd:
-6CH2-8O-CH3 >
-6CH2-6CH3
–CH3; -CH(CH3)2;
Odpowiedź:
-H;
-NH2 > -CH(CH3)2 > –CH3; > -H;
–OCH3;
Odpowiedź:
-NH2
-NHCH3;
-CH2NH2;
-OH
–OCH3 > -OH > -NHCH3 > -CH2NH2;
3. Izomeria geometryczna – rodzaj stereoizomerii, która wynika z faktu różnego układu
atomów i podstawników przy wiązaniach wielokrotnych lub w układach cyklicznych i nie jest
możliwe samorzutne przekształcenie z jednej formy w inną bez reakcji chemicznej.
Izomeria geometryczna może występowad w przypadku gdy:
a. w cząsteczce występują wiązania wielokrotne oraz dwie różne pary
podstawników przy atomach połączonych tymi wiązaniami.
CH3
H
H
H
C
C
C
H3C HC
CH2 CH2
H3C HC
CH2 CH2
CH3
C
H
CH3
CH3
cis 2-metylohept-3-en
(Z)-2-metylohept-3-en
trans-2-metylohept-3-en
(E)-2-metylohept-3-en
H3C
H
H
H
H
CH3
trans,trans-heksa-2,4-dien lub (2E,4E)-heksa-2,4-dien
b. w cząsteczce występują układy cykliczne, zaś przy dwóch lub więcej atomach
wchodzących w skład cyklu występują dwie różne pary podstawników.
H
H
H
H
H
Cl
Cl
cis-1,2-dichlorocyklopropan
(Z)-1,2-dichlorocyklopropan
H
Cl
H
Cl
H
trans-1,2-dichloropropan
(E)-1,2-dichloropropan
c. O formie E (niem. entgegen - 'naprzeciw') mówi się, gdy dwa podstawniki o większej
wadze znajdują się po przeciwnych stronach względem płaszczyzny
przechodzącej wzdłuż wiązania wielokrotnego lub pierścienia.
d. O formie Z (niem. zusammen - 'razem') mówi się, gdy wcześniej wspomniane
podstawniki znajdują się po tej samej stronie płaszczyzny wiązania podwójnego lub
pierścienia.
e. O wadze grup decyduje liczba atomowa tego atomu, który łączy się
bezpośrednio z atomem tworzącym wiązanie podwójne. Jeżeli atomy
przyłączone bezpośrednio mają taką samą liczbę atomową to bierze się pod
uwagę kolejne atomy z tworzącego je podstawnika, podobnie jak w
przypadku izomerii optycznej.