7.97.9 Reazioni che introducono Reazioni che introducono un centro Stereogenico un centro Stereogenico Molte reazioni convertono reagenti Molte reazioni convertono reagenti achirali a prodotti chirali. achirali a prodotti chirali.

(1)

7.9 7.9

Reazioni che introducono Reazioni che introducono

un centro Stereogenico un centro Stereogenico

Molte reazioni convertono reagenti Molte reazioni convertono reagenti

achirali a prodotti chirali.

E’importante ricordare, comunque che se tutti i i E’importante ricordare, comunque che se tutti i i componenti iniziali (reagenti, catalizzatori, solventi, componenti iniziali (reagenti, catalizzatori, solventi, etc.) sono achirali, ogni prodotto chirale verrà formato etc.) sono achirali, ogni prodotto chirale verrà formato in miscela racemica.

in miscela racemica.

Questa generalizzazione può essere riassunta come:

“Materiale iniziale otticamente inattivo non può dare

“Materiale iniziale otticamente inattivo non può dare prodotti otticamente attivi."

prodotti otticamente attivi." (Ricordare: Affinchè una (Ricordare: Affinchè una sostanza sia otticamente attiva, deve essere chirale e sostanza sia otticamente attiva, deve essere chirale e un enantiomerio deve essere in eccesso rispetto un enantiomerio deve essere in eccesso rispetto all’altro.

all’altro.

(2)

Esempio Esempio

CH CH

₃₃

CH CH CH CH

₂₂

CH CH

₃₃

COOH COOH O O

H H

₃₃

C C

O O

CH CH

₂₂

C

C H H

Chirale, ma racemico Chirale, ma racemico

Achirale

l’epossidazione da questo l’epossidazione da questo lato dà l’

lato dà l’ RRepossidoepossido

R R

(3)

R R

S S

l’epossidazione da questo

l’epossidazione da questo lato dà l’

lato dà l’ SSepossidoepossido l’epossidazione da questo l’epossidazione da questo lato dà l’

50%

50% R R

S S

l’epossidazione da questo

l’epossidazione da questo lato dà l’

l’epossidazione da questo l’epossidazione da questo lato dà l’

lato dà l’ SSepossidoepossido

(4)

Esempio Esempio

CH CH

₃₃

CH CH CH CH

₂₂

Br

₂₂

, H , H

₂₂

O O

CH CH

₃₃

CHCH CHCH

₂₂

Br Br

OH OH Achirale

Achirale

CH CH

₃₃

CH CH CHCH CHCH

₃₃

HBr HBr

CH CH

₃₃

CHCH CHCH

₂₂

CH CH

₃₃

Br Br

Esempio Esempio

Achirale

(5)

Tuttavia, se i reagenti sono racemici, anche i prodotti Tuttavia, se i reagenti sono racemici, anche i prodotti saranno racemici.

saranno racemici.

Ricorda:

Ricorda: “Materiale di partenza otticamente inattivo “Materiale di partenza otticamente inattivo non può fornire prodotti otticamente attivi."

non può fornire prodotti otticamente attivi."

Molte reazioni convertono reagenti Molte reazioni convertono reagenti

chirali

chirali a prodotti chirali a prodotti chirali. .

Esempio Esempio

HBr HBr CH CH

₃₃

CHCH CHCH

₂₂

CH CH

₃₃

OH OH

CH CH

₃₃

CHCH CHCH

₂₂

CH CH

₃₃

Br Br Chirale, ma racemico

Chirale, ma racemico Chirale, ma racemico Chirale, ma racemico

(6)

Molte reazioni biochimiche convertono Molte reazioni biochimiche convertono un reagente achirale a un singolo enantiomero un reagente achirale a un singolo enantiomero

di un prodotto chirale.

Le reazioni dei sistemi viventi sono caratterizzate Le reazioni dei sistemi viventi sono caratterizzate dagli enzimi,i quali sono enantiomericamente dagli enzimi,i quali sono enantiomericamente omogenei.

omogenei.

L’enzima (catalizzatore) è parte del sistema di L’enzima (catalizzatore) è parte del sistema di reazione, e in tal modo le reazioni non violano il reazione, e in tal modo le reazioni non violano il principio secondo il quale

principio secondo il quale "Materiale di partenza "Materiale di partenza otticamente inattivo non può fornire prodotti otticamente inattivo non può fornire prodotti otticamente attivi."

otticamente attivi."

Esempio Esempio

fumarasi fumarasi

H H

₂₂

O O C C C C

HO HO

₂₂

C C H H

CO CO

₂₂

H H H H

C C OH OH H

H HO

HO

₂₂

C C

HO HO

₂₂

CCH CCH

₂₂

Acido Fumarico

Acido Fumarico ( (S S) )- -( (– –) )- -Acido Malico Acido Malico Achirale

Achirale singolo enantiomero singolo enantiomero

(7)

7.10 7.10 Molecole chirali Molecole chirali

con con

due centri stereogenici due centri stereogenici

Quanti stereoisomeri ci sono Quanti stereoisomeri ci sono quando una molecola contiene quando una molecola contiene due centri stereogenici?

due centri stereogenici?

acido 2,3

acido 2,3- -Diidrossibutanoico Diidrossibutanoico

Quali sono tutte le possibili combinazioni

Quali sono tutte le possibili combinazioni R R ed S ed S dei due stereocentri in questa molecola?

dei due stereocentri in questa molecola?

O O CH CH

₃₃

CHCHCOH CHCHCOH

HO HO OH OH

2 3 2 3

(8)

O O CH CH

₃₃

CHCHCOH CHCHCOH

HO HO OH OH

22 33

Carbonio

Carbonio -2 - 2 R R R R S S S S Carbonio

Carbonio -3 - 3 R R S S R R S S

acido 2,3

acido 2,3- -Diidrossibutanoico Diidrossibutanoico

Quali sono tutte le possibili combinazioni

Quali sono tutte le possibili combinazioni R R ed S ed S dei due stereocentri in questa molecola?

dei due stereocentri in questa molecola?

4 Combinazioni = 4 Stereoisomeri 4 Combinazioni = 4 Stereoisomeri

O O CH CH

₃₃

CHCHCOH CHCHCOH

HO HO OH OH

2 3 2 3

Carbonio

Carbonio -2 - 2 R R R R S S S S Carbonio

Carbonio -3 - 3 R R S S R R S S

acido 2,3

acido 2,3- -Diidrossibutanoico Diidrossibutanoico

(9)

O O CH CH

₃₃

CHCHCOH CHCHCOH

HO HO OH OH

22 33

4 Combinazioni = 4 Stereoisomeri 4 Combinazioni = 4 Stereoisomeri Quale relazione c’è tra i 4 stereoisomeri?

Quale relazione c’è tra i 4 stereoisomeri?

Carbonio

Carbonio -2 - 2 R R R R S S S S Carbonio

Carbonio -3 - 3 R R S S R R S S

acido 2,3

acido 2,3- -Diidrossibutanoico Diidrossibutanoico

O O CH CH

₃₃

CHCHCOH CHCHCOH

HO HO OH OH

2 3 2 3

enantiomeri:

enantiomeri: 2 2R R,3 ,3R R e 2 e 2S S,3 ,3S S 2

2R R,3 ,3S S e 2S e 2 S,3 ,3R R Carbonio

Carbonio -2 - 2 R R R R S S S S Carbonio

Carbonio -3 - 3 R R S S R R S S

acido 2,3

acido 2,3- -Diidrossibutanoico Diidrossibutanoico

(10)

HOHO

COCO₂₂HH

CH CH₃₃

HH OH H OH

H

R R R R

COCO₂₂HH

CH CH₃₃ H H

HH HO

HO

OH OH

S S S S

enantiomeri enantiomeri enantiomeri

COCO₂₂HH

HH

CHCH₃₃ HOHO

H H HO

HO

R R

S S

COCO₂₂HH

CH CH₃₃ H

H OHOH

OH H OH

H

R R S S

[[α] = α] = --9.5°9.5° [[αα] = +9.5°] = +9.5°

[[αα] = ] = --17.8°17.8°

[[α] = +17.8°α] = +17.8°

O O CH CH

₃₃

CHCHCOH CHCHCOH

HO HO OH OH

2 3 2 3

ma non tutte le relazioni sono enantiomeriche ma non tutte le relazioni sono enantiomeriche gli stereoisomeri che non sono enantiomeri gli stereoisomeri che non sono enantiomeri sono diastereoisomeri

sono diastereoisomeri Carbonio

Carbonio -2 - 2 R R R R S S S S Carbonio

Carbonio -3 - 3 R R S S R R S S

acido 2,3

acido 2,3- -Diidrossibutanoico Diidrossibutanoico

(11)

Isomeri Isomeri

stereoisomeri stereoisomeri isomeri

isomeri constituzionali constituzionali

diastereomeri diastereomeri enantiomeri

enantiomeri

HOHO

COCO₂₂HH

CHCH₃₃ HH OHOH HH

R R R R

COCO₂₂HH

CHCH₃₃ HH

HH HOHO

OHOH

S S S S

COCO₂₂HH

H H

CH CH₃₃ HOHO

HH HOHO

R R

S S

diastereomeri diastereomeri diastereomeri

COCO₂₂HH

CHCH₃₃ HH OHOH

OHOH HH

R R S S

[[α] = α] = --9.5°9.5° [[αα] = +9.5°] = +9.5°

[[αα] = ] = --17.8°17.8°

[[α] = +17.8°α] = +17.8°

(12)

CO CO

₂₂

H H

CH CH

₃₃

Proiezioni di Fischer

ricordiamo le proiezioni ricordiamo le proiezioni di Fischer: i legami di Fischer: i legami orizzontali puntano orizzontali puntano verso di noi; i legami verso di noi; i legami verticali puntano sotto il verticali puntano sotto il piano

piano

le conformazioni sfalsate le conformazioni sfalsate non hanno la corretta non hanno la corretta orientazione dei legami orientazione dei legami per le proiezioni di per le proiezioni di Fischer

Fischer

sistemiamo la sistemiamo la molecola in una molecola in una conformazione conformazione eclissata per eclissata per costruire la costruire la proiezione di proiezione di Fischer

Fischer

Proiezioni di Fischer

(13)

CO CO

₂₂

H H

CH CH

₃₃

OH OH OH OH H

H H H

Proiezioni di Fischer Proiezioni di Fischer

Eritro e Treo Eritro e Treo

prefissi stereochimici utilizzati per definire prefissi stereochimici utilizzati per definire la la configurazione relativa

configurazione relativa in molecole con due in molecole con due centri stereogenici

centri stereogenici

è facile da usare applicando le proiezioni di è facile da usare applicando le proiezioni di Fischer

Fischer

orientazione: catena di carbonio verticale

(14)

quando la catena carboniosa è verticale, gli stessi quando la catena carboniosa è verticale, gli stessi

(o analoghi) sostituenti sono dallo

(o analoghi) sostituenti sono dallo stesso lato stesso lato della proiezione di Fischer

della proiezione di Fischer CO CO

₂₂

H H

CH CH

₃₃

OH OH

OH OH H H

H H

–9.5° – 9.5° +9.5° +9.5°

CO CO

₂₂

H H

CH CH

₃₃

H H

H H HO HO

HO HO Eritro Eritro

+17.8°

+17.8° –17.8° – 17.8°

OH OH CO CO

₂₂

H H

CH CH

₃₃

H H H

H HO HO CO CO

₂₂

H H

CH CH

₃₃

OH OH H H

H H HO HO

quando la catena carboniosa è verticale, gli stessi quando la catena carboniosa è verticale, gli stessi

(o analoghi) sostituenti sono dal

(o analoghi) sostituenti sono dal lato opposto lato opposto della proiezione di Fischer

della proiezione di Fischer

Treo Treo

(15)

S S S S

R R R R

Due centri stereogenici in un ciclo Due centri stereogenici in un ciclo

immagini speculari non sovrapponibili; enantiomeri immagini speculari non sovrapponibili; enantiomeri

trans

trans- -1 1- -Bromo Bromo -1 - 1 -clorociclopropano - clorociclopropano

S

S R R

S

S R R

Due centri stereogenici in un ciclo Due centri stereogenici in un ciclo

immagini speculari non sovrapponibili; enantiomeri immagini speculari non sovrapponibili; enantiomeri

cis cis- -1 1- -Bromo Bromo- -1 1- -clorociclopropano clorociclopropano

(16)

S S R R

stereoisomeri che non sono stereoisomeri che non sono enantiomeri; diastereomeri enantiomeri; diastereomeri cis

cis -1 - 1- -Bromo Bromo- -1 1- -cloro cloro- - ciclopropane ciclopropane

trans

trans- -1 1- -Bromo Bromo- -1 1 -cloro - cloro - - ciclopropano ciclopropano Due centri stereogenici in un ciclo Due centri stereogenici in un ciclo

7.11 7.11

Molecole achirali Molecole achirali con due centri stereogenici con due centri stereogenici

E’ possibile per una molecola E’ possibile per una molecola avere centri stereogenici ed avere centri stereogenici ed essere achirale.

essere achirale.

(17)

2,3- 2,3 -Butandiolo Butandiolo

Consideriamo una molecola con due Consideriamo una molecola con due centri stereogenici sostituiti in maniera centri stereogenici sostituiti in maniera analoga, come il 2,3

analoga, come il 2,3- -butandiolo. butandiolo.

CH CH

₃₃

CHCHCH CHCHCH

₃₃

HO HO OH OH

33 22

I tre stereoisomeri del 2,3

I tre stereoisomeri del 2,3 -butandiolo - butandiolo

2R 2 R,3 ,3R R 2S 2 S,3 ,3S S 2 2R R,3 ,3 S S chirale

chirale chirale chirale achirale achirale

(18)

CH CH

₃₃

CH CH

₃₃

OH OH H H

H H HO HO

H

H OH OH

CH CH

₃₃

CH CH

₃₃

H H

HO HO H H

CH CH

₃₃

CH CH

₃₃

OH OH OH OH H H

I tre stereoisomeri del 2,3

I tre stereoisomeri del 2,3 -butandiolo - butandiolo

2R 2 R,3 ,3R R 2S 2 S,3 ,3S S 2 2R R,3 ,3 S S chirale

chirale chirale chirale achirale achirale

questi due sono questi due sono enantiomeri enantiomeri I tre stereoisomeri del 2,3

I tre stereoisomeri del 2,3 -butandiolo - butandiolo

2R 2 R,3 ,3R R 2S 2 S,3 ,3S S chirale

chirale chirale chirale

(19)

CH CH

₃₃

CH CH

₃₃

OH OH H H

H H HO HO

H

H OH OH

CH CH

₃₃

CH CH

₃₃

H H HO HO

questi due sono questi due sono enantiomeri enantiomeri I tre stereoisomeri del 2,3

I tre stereoisomeri del 2,3 -butandiolo - butandiolo

2R 2 R,3 ,3R R 2S 2 S,3 ,3S S chirale

chirale chirale chirale

2 2R R,3 ,3 S S achirale achirale la terza struttura è

la terza struttura è

sovraimponibile alla sua sovraimponibile alla sua immagine speculare immagine speculare I tre stereoisomeri del 2,3

I tre stereoisomeri del 2,3 -butandiolo - butandiolo

(20)

perciò questa struttura perciò questa struttura e la sua immagine e la sua immagine speculare soo uguali speculare soo uguali si chiama forma meso si chiama forma meso una forma meso è una una forma meso è una molecola achirale che molecola achirale che ha centri stereogenici

ha centri stereogenici 2 2R R,3 ,3 S S achirale achirale I tre stereoisomeri del 2,3

I tre stereoisomeri del 2,3 -butandiolo - butandiolo

H H

CH CH

₃₃

CH CH

₃₃

OH OH OH OH H

H H H

HO HO

CH CH

₃₃

CH CH

₃₃

H H HO HO

perciò questa struttura perciò questa struttura e la sua immagine e la sua immagine speculare soo uguali speculare soo uguali si chiama forma meso si chiama forma meso una forma meso è una una forma meso è una molecola achirale che molecola achirale che ha centri stereogenici

ha centri stereogenici 2 2R R,3 ,3 S S achirale achirale I tre stereoisomeri del 2,3

I tre stereoisomeri del 2,3 -butandiolo - butandiolo

(21)

le forme meso hanno un piano le forme meso hanno un piano e/o un centro di simmetria

e/o un centro di simmetria il piano di simmetria è il caso il piano di simmetria è il caso più comune

più comune

la metà superiore della la metà superiore della molecola è l’imagine molecola è l’imagine

speculare della metà inferiore speculare della metà inferiore

2 2R R,3 ,3 S S achirale achirale I tre stereoisomeri del 2,3

I tre stereoisomeri del 2,3 -butandiolo - butandiolo

H H

CH CH

₃₃

CH CH

₃₃

OH OH OH OH H

H H H

HO HO

CH CH

₃₃

CH CH

₃₃

H H HO HO

Una linea Una linea tirata dal tirata dal centro della centro della proiezione proiezione di Fischer di Fischer di una forma di una forma meso la meso la divide in due divide in due immagini immagini speculari.

speculari.

2 2R R,3 ,3 S S achirale achirale I tre stereoisomeri del 2,3

I tre stereoisomeri del 2,3 -butandiolo - butandiolo

(22)

S S R R R R R R

chirale chirale meso meso

Ci sono tre stereoisomeri dell’ 1,2

Ci sono tre stereoisomeri dell’ 1,2- -dicloro dicloro- - ciclopropano; un isomero cis achirale (meso) ciclopropano; un isomero cis achirale (meso) e due enantiomeri dell’isomero trans.

e due enantiomeri dell’isomero trans.

Composti ciclici Composti ciclici

7.12 7.12 Molecole Molecole

con con

più centri stereogenici

(23)

Il massimo

Il massimo numero di stereoisomeri è = 2 numero di stereoisomeri è = 2

ⁿⁿ

dove

dove n n = numero di unità strutturali capaci = numero di unità strutturali capaci di variazione stereochimica

di variazione stereochimica

le unità strutturali includono centri le unità strutturali includono centri

stereogenici e doppi legami cis e/o trans stereogenici e doppi legami cis e/o trans il numero si riduce a meno di 2

il numero si riduce a meno di 2

ⁿⁿ

se se esistono forme meso

esistono forme meso

Quanti stereoisomeri hanno Quanti stereoisomeri hanno

le molecole con più centri stereogenici?

Esempio Esempio

4 centri stereogenici 4 centri stereogenici

16 stereoisomeri 16 stereoisomeri

O O HOCH

HOCH

₂₂

CH C H —C — CH H —C — CH H —C — CHCH HCH OH

OH OH OH OH OH OH OH

(24)

HO HO OH OH H H

H H HO HO

H H

₃₃

C C

H H

CH CH

₂₂

CH CH

₂₂

CO CO

₂₂

H H CH CH

₃₃

H H CH CH

₃₃

11 centri stereogenici 11 centri stereogenici 2

2¹¹¹¹= 2048 stereoisomeri= 2048 stereoisomeri uno è l’acido colico “naturale”

uno è l’acido colico “naturale”

un altro è il suo enantiomero un altro è il suo enantiomero 2046 sono i suoi

2046 sono i suoi diastereoisomeri diastereoisomeri

Acido Colico

Il massimo

Il massimo numero di stereoisomeri è = 2 numero di stereoisomeri è = 2

ⁿⁿ