Suddivisione degli Isomeri.

Stereochimica

Course 096125 (095857)

Introduction to Green and Sustainable Chemistry

Suddivisione degli Isomeri.

Isomeri

(differenti composti con la stessa formula molecolare)

Isomeri Costituzionali (isomeri i cui atomi hanno

una diversa connettività)

Stereoisomeri

(isomeri della stessa connettività ma di diversa organizzazione

spaziale dei loro atomi)

Enantiomeri (stereoisomeri le cui immagini speculari non

sono sovrapponibili)

Diastereoisomeri (stereoisomeri che NON sono immagini

speculari)

Isomeria Configurazionale.

H

H

H

Cl H H

H H

Cl

H

conformazioni diverse dello stereoisomero A

stereoisomero B

C

H

H

H

H

Cl H

120° 120°

C

H

H

C

H

H

H

H

C

Cl H

120° 120°

H

H H

Cl H

120°

H

C

Nessuna conformazione di A corrisponde a B

stereoisomero A

Due Enantiomeri.

H

C ₂ H ₅ Cl H

C ₂ H ₅ Cl

B A

CH ₃ CH ₃

I due composti sono Immagini Speculari NON sovrapponibili

Sono definiti

ENANTIOMERI

Carbonio Asimmetrico (Chirale)

C

a b

d

c

Convenzione R,S di Cahn-Ingold-Prelog

Il gruppo a minor priorità deve essere posizionato

lontano dall’osservatore

H C

CH ₃ H ₅ C ₂

2 1

3

C ₃ H ₇

4

C C ₂ H ₅ CH ₃

H

H ₇ C ₃

3

1 2

4

Rectus

R

Sistema di nomenclatura R,S

4

1

2

4

3 1

2

3

Rotazione Specifica e Configurazioni R,S.

Nessuna correlazione esiste tra le notazioni (R) e (S) e la direzione della rotazione del piano della luce polarizzata.

Configurazione Relativa vs. Assoluta (5.15A)

(R)-(+)-2-Metil-1-butanolo

 

 

Stessa Configurazione

(R)-(+)-3-Metil-1-butanolo (R)-(−)-1-Cloro-3-metilbutano

Forme Racemiche (Racemati).

Racemato

CH₂CH₃ CH₃

CH₃CH₂ H₃C

Forme Racemiche (Racemati).

(R)-2-butanolo (S)-2-butanolo

+

.

50:50

Otticamente inattivi

.

Racemato = miscela equimolare di enantiomeri (R) e (S)

.

(R)-2-butanolo Rotazione

Uguale e opposta rotazione dell’enantiomero (S)-2-butanolo

(se presente)

0 rotazione

Proprietà Fisiche degli Stereoisomeri.

Enantiomeri anche:

• Hanno le stesse proprietà chimiche (eccetto reazioni/interazioni con sostanze chirali)

• Mostrano comportamento differente solo quando interagiscono con altre sostanze chirali (enzimi)

• Ruotano il piano della luce polarizzata ugualmente ma in direzioni opposte - questa proprietà degli

enantiomeri è detta attività ottica.

Attività Ottica.

• La proprietà posseduta dai composti chirali di ruotare il piano della luce polarizzata

• Il campo elettrico (come quello magnetico) della luce è oscillante in tutti i piani possibili

• Quando questa luce passa attraverso un polarizzatore

(lenti polaroidi), si ottiene una luce polarizzata in un piano (oscillante cioè in un solo piano)

Lenti

Polaroidi

Attività Ottica e Polarimetro.

Polarimetro – strumento per misurare l’attività ottica.

 = rotazione ottica osservata

luce luce

ordinaria polarizzatore

polarizzata

soluzione di composto otticamente

attivo

rotazione osservata della luce

piano- polarizzata

rivelatore

piano

luce

Attività Ottica – Misura sul Polarimetro.

(a) luce piano polarizzata Campo elettrico

Direzione di propagazione

Campo

magnetico

Attività Ottica – Misura sul Polarimetro (2).

(b) luce circolarmente polarizzata

Direzione di

propagazione

Attività Ottica – Misura sul Polarimetro (3).

(d) Two circularly-polarized beams counter-rotating at the different velocities, such as after interaction with a chiral molecule, and their vector sum. The net result is like (b).

(c) Due raggi circolarmente polarizzati contro-rotanti alla stessa velocità (in fase) e il loro vettore somma.

Il risultato netto è simile ad (a).

(d) Due raggi circolarmente polarizzati contro-rotanti a diverse velocità dopo l’interazione con una molecola chirale e il loro vettore somma.

Il risultato netto è simile a (b).

Attività Ottica – Calcolo della Rotazione Specifica

Temperatura (°C)

Lunghezza d’onda della luce (per es.

linea D della lampada a Na, l = 589.6 nm)

concentrazione della soluzione del campione

lunghezza della cella in dm (1 dm = 10 cm)

rotazione

osservata

Eccesso Enantiomerico (ee).

Miscela non-equimolare di enantiomeri (R) ed (S)

Enantiomericamente arricchita – Otticamente attiva

L’eccesso enantiomerico si può calcolare dalle rotazioni ottiche:

Per es. una miscela di enantiomeri del 2-butanolo da una rotazione specifica di +6.76°

.

(R)

(R)-2-butanolo (+13.52°)

(R (+6.72°) (S)

(-6.72°)

(R (+6.72°) (R)

(+3.36°) (S) (+3.36°)

% Eccesso enantiomerico = moli di un enantiomero - moli dell’altro enantiomero

moli totali dei due enantiomeri  100

rotazione specifica dell’enantiomero puro rotazione specifica osservata

 100

Eccesso enantiomerico 6.76 100 50%

13.52

 

  

 

% Eccesso enantiomerico* =

Sintesi Stereo-selettiva (Risoluzione Cinetica).

Sintesi Stereo-selettiva (Risoluzione Cinetica) (2).

Farmaci Chirali (per Recettori Chirali).

OH O OH

O

H Me H Me

Ibuprofen (acido Isobutilfenilpropionico)

(S)

Attivo agente anti-infiammatorio

(R)

Nessuna attività anti-infiamatoria

H N HO O

Acetamminofen (Tylenol)

OH O

NH₂ HO

HO

Me

OH O

Me NH2

(R) Nessuna attività

HO HO

(S)

Metildopa (Aldomet)

Farmaco anti-ipertensivo

OH O

NH₂ HO

HO

H L-DOPA H3CO

OH

O (S)-Naproxen

H Me

(S)-BINAP-Ru(Ac)2

H3CO

OH H H O

Penicillammina

Molecole con Centri Multi-Stereogenici.

.

.

enantiomeri

enantiomeri diastereomeri

. .

diastereomeri

. .

diastereomeri

I Diastereomeri hanno differenti proprietà fisiche: differenti m.p. e b.p., differenti solubilità, e così via.

Il numero totale di stereoisomeri non supera 2

, dove n è

Multi-Stereogenici.

.

.

enantiomeri

enantiomeri diastereomeri

. .

diastereomeri

. .

diastereomeri

(2R,3R)-2,3-dibromobutano

I Diastereomeri hanno differenti proprietà fisiche: differenti

Composti Meso.

enantiomeri

enantiomeri

.

. .

(sovrapponibile)

C H

C C C H

B r H

Br H

CH

C C

Br H

Br H

Composti Meso (2).

enantiomeri

Composto Meso

.

diastereomeri

Formula a Proiezione di Fisher.

.

Le linee Verticali rappresentano i legami che si proiettano dietro il piano del foglio

(o che stanno su esso). Le linee Orizzontali rappresentano i legami che si proiettano

Formula a Proiezione di Fisher (2).

.

Forme Meso hanno un Piano di Simmetria

C H

C B r Br H

C C H ₃

C H ₃

C CH

CH

H Br

R S S R

B

H r

Nella forma meso, i 2 C asimmetrici portano gli stessi sostituenti ed è presente

Stereoisomeria in Composti Ciclici.

. . . .

. .

Piano speculare

trans-1,3-dimetilcicloesano

Enantiomeri Composto meso Piano di simmetria

Nessun piano di simmetria

o o Piano di simmetria

1,2-Dimetiylcicloesano.

trans-1,2-dimetilcicloesano

. .

. .

H

Me

H Me

H

Me H

Me

Enantiomeri

H

Me

Me H

H

Me Me

H

Enantiomeri

1,2-dimetilcicloesano

cis-1,2-dimetilcicloesano

1,2-Dimetiylcicloesano (2).

trans-1,2-dimetilcicloesano

. .

.

H

Me

H Me

.

H

Me H

Me

Enantiomeri

H

Me

Me H

H

Me Me

H

Enantiomeri

cis-1,2-dimetilcicloesano

.

.

diastereomeri

.

1,2-Dimetiylcicloesano (3).

1,2-dimetilcicloesano

trans-1,2-dimetilcicloesano

. .

. .

H

Me

H Me

H

Me H

Me

Enantiomeri

H

Me

Me H

H

Me Me

H

Enantiomeri

.

.

diastereomeri

.

Identici

H H

cis-1,2-dimetilcicloesano

1,2-Dimetiylcicloesano (4).

1,2-dimetilcicloesano

trans-1,2-dimetilcicloesano

. .

. .

H

Me

H Me

H

Me H

Me

Enantiomeri

H

Me

Me H

H

Me Me

H

Enantiomeri

.

.

diastereomeri

.

Identici

cis-1,2-dimetilcicloesano

dal Carbonio o Centri Non Stereogenici.

H Me

H Me

(S)-Naproxen

Altri Esempi di Chiralità in Chimica Organica.

Altri Esempi di Chiralità in Chimica Organica (2).

enantiomeri

Rotazione impedita attorno al legame C-C del difenile.

Altri Esempi di Chiralità in Chimica Organica (3).

specchio

enantiomeri