Izomeria optyczna

Sposób poruszania się po programie Kliknięcie na przyciski: powoduje przejście do następnego slajdu powoduje przejście do poprzedniego slajdu przenosi do spisu treści Kliknięcie w spisie treści na dany temat uruchamia slajd pod tym tytułem. Spis treści Spis treści

Spis treści 1. Pojęcie izomerii 6. Wzory Fischera 2. Rodzaje izomerii 7. Diastereoziomery 3. Izomeria optyczna – pojęcie chiralności 4. Asymetryczny atom węgla 8. Ciekawostki 5. Właściwości enancjomerów 9. Zadania ćwiczeniowe

I Z O M E R I A Jest to zjawisko istnienia związków chemicznych o identycznym wzorze sumarycznym, ale różniących się budową – strukturą cząsteczek. Związki takie nazywamy izomerami. Izomeria występuje bardzo powszechnie w świecie związków organicznych, np.: propanal (aldehyd) propanon (keton) C3H6O WZÓR SUMARYCZNY: Spis treści

konstytucyjna (strukturalna) przestrzenna (stereoizomeria) -izomery różnią się kolejnością i sposobem powiązania atomów w cząsteczce -izomery, mając tą samą konstytucję, różnią się rozmieszczeniem atomów w przestrzeni łańcuchowa (szkieletowa) położenia funkcyjna (metameria) diastereo-izomeria optyczna (enancjomeria) podstawnika (podstawienia) wiązania wielokrotnego geometryczna (cis-trans) inne Spis treści

Izomeria konstytucyjna Położenia podstawnika Łańcuchowa Spis treści

Izomeria konstytucyjna Położenia wiązania wielokrotnego Spis treści

Izomeria przestrzenna Geometryczna – (cis –trans) Spis treści

wzory stereochemiczne WAŻNE POJĘCIA izomery optyczne diastereoizomery asymetryczny atom węgla enancjomery chiralność wzory stereochemiczne racemat odmiana mezo- konfiguracja D i L Spis treści

Pomyśl – chiralne czy achiralne? CHIRALNOŚĆ to nieidentyczność przedmiotu z jego lustrzanym odbiciem (niemożność nałożenia na odbicie lustrzane). Pomyśl – chiralne czy achiralne? Zauważ, że prawy but jest odbiciem lustrzanym lewego (jeśli masz wątpliwości, to ściągnij bambosze, podejdź do lustra i porównaj jeden z nich z lustrzanym odbiciem drugiego). A czy są takie same (spróbuj założyć np. prawy na lewą nogę!)? Spis treści

Oczywiście, że chiralne! Wskazówka! Obiekt jest chiralny, jeśli nie posiada płaszczyzny ani środka symetrii (może mieć osie symetrii). Oczywiście, że chiralne! Spis treści

chiralne achiralne Spis treści

ENANCJOMERY (IZOMERY OPTYCZNE) - to po prostu chiralne cząsteczki, a więc dwa izomery będące swoimi lustrzanymi odbiciami Nie ma płaszczyzny symetrii! Model cząsteczki bromofluorometanu Spis treści

Asymetryczny atom węgla Cząsteczka jest chiralna tylko wtedy, jeśli posiada przynajmniej jedno centrum chiralności (warunek konieczny, ale niewystarczający – patrz: forma mezo). Najważniejszym centrum chiralności jest asymetryczny atom węgla (C*) – węgiel tetraedryczny, połączony z czterema różnymi podstawnikami, np.: lustro Spis treści

Atomy węgla w poniższych cząsteczkach nie są asymetryczne ponieważ każdy z nich połączony jest co najmniej z dwoma identycznymi atomami Spis treści

Aby zmienić konfigurację wystarczy zamienić miejscami dwa podstawniki. Para izomerów optycznych (enancjomerów) różni się konfiguracją (czyli rozmieszczeniem podstawników) wokół każdego atomu C* np.: To są enancjomery – są lustrzanymi odbiciami (różnią się konfiguracjami obu centrów asymetrii). Ta cząsteczka nie jest lustrza-nym odbiciem żadnej z nich (różni się konfiguracją tylko jednego centrum). Spis treści

Właściwości enancjomerów fizyczne chemiczne Spis treści

Właściwości fizyczne enancjomerów są takie same z wyjątkiem oddziaływania ze światłem spolaryzowanym. światło niespolaryzowane (drgania we wszystkich płaszczyznach) światło niespolaryzowane (drgania we wszystkich płaszczyznach) światło spolaryzowane (drgania tylko w jednej płaszczyżnie) światło spolaryzowane (drgania tylko w jednej płaszczyżnie) Enancjomery skręcają płaszczyznę polaryzacji (o ten sam kąt ale w przeciwnych kierunkach!) – są optycznie czynne. Enancjomer prawoskrętny (+) Enancjomer lewoskrętny (-) Uwaga! Równomolowa mieszanina obu enancjomerów – tzw. mieszanina racemiczna (racemat) () jest oczywiście optycznie nieczynna, podobnie jak substancje achiralne (skręcalność obydwu enancjomerów jest wzajemnnie równoważona). Spis treści

POLARYMETR Jest przyrządem służacym do badania czynności optycznej i pomiaru kąta skręcenia płaszczyzny polaryzacji przez roztwór badanej substancji. Spis treści

płaszczyzna polaryzacji światła padającego  -kąt skręcenia płaszczyzny polaryzacji (wielkość kąta, o jaki należy obrócić analizator, aby skompensować skręcenie) płaszczyzna polaryzacji światła po przejściu przez substancję optycznie czynną płaszczyzna polaryzacji światła padającego Dla danej temperatury i długości fali wielkość kąta  zależy od rodzaju substancji oraz liczby cząsteczek znajdujących się na drodze wiązki światła podczas jej przechodzenia przez rurkę polarymetryczną. Zdolność danej substancji do wykazywania czynności optycznej określa tzw. skręcalność właściwa [], czyli liczba stopni, o jaką została skręcona płaszczyzna polaryzacji światła w rurce o długości 1dm, zawierającej 1g badanego związku w 1cm3 roztworu, co obliczamy ze wzoru:  - obserwowany kąt skręcenia (ze znakiem „+” dla substancji prawoskrętnych, a „-” dla lewoskrętnych) l – długość rurki [dm] d – gęstość czystej cieczy lub stężenie roztworu [g/cm3] Pomiary polarymetryczne umożliwiają identyfikację substancji oraz określenie ich stężenia w roztworze (zastosowanie m.in. w przemyśle cukrowniczym). Spis treści

Właściwości chemiczne enancjomerów są również identyczne z wyjątkiem reakcji ze związkami optycznie czynnymi. Ponieważ chiralność może być stwierdzona tylko w kontakcie z innym obiektem chiralnym Spróbuj: I. Złapać szklankę (obiekt achiralny) raz prawą, a raz lewą ręką (chiralne!). II. Nałożyć pieciopalczastą , np. prawą rękawiczkę (chiralna) na prawą, a następnie – lewą rękę. Widzisz różnicę? Podobnie - enancjomery reagują z tą samą łatwością z substancjami achiralnymi, a z różną – z chiralnymi. Spis treści

Wzory stereochemiczne czyli – jak rysować stereoizomery? Można tak: Kwas L-(+)-mlekowy Kwas D-(-)-mlekowy Ale znacznie prościej tak (wzory rzutowe Fischera): wiązania poziome skierowane są przed płaszczyznę rzutowania łańcuch główny rysujemy w pionie, a wiązania pionowe są skierowane za płaszczyznę rzutowania bardziej utleniona grupa – u góry Kwas L-(+)-mlekowy Kwas D-(-)-mlekowy Spis treści

Wzory rzutowe Fischera W jaki sposób powstają? Spis treści

Jeszcze jeden przykład – tym razem związek o dłuższym łańcuchu węglowym. Spis treści

W jaki sposób narysować wzór Fischera związku opisanego wzorem przestrzennym? Spis treści

Najcięższą grupę funkcyjną umieszczamy w górnej części cząsteczki!!! Spis treści

Konfiguracja D i L. Co oznaczają litery D i L? Wzorzec H O C 2 C H O 2 aldehyd L-(-)-glicerynowy (łac. laevus – lewy; grupa –OH po lewej stronie atomu węgla) aldehyd D-(+)-glicerynowy (łac. dexter – prawy; grupa –OH po prawej stronie atomu węgla) Jeśli jakiś enancjomer można przekształcić w aldehyd L-glicerynowy lub z niego otrzymać, to przypisujemy mu symbol L (analogicznie D). Spis treści

Diastereoizomery Kwas L-(+)-winowy Kwas D-(-)-winowy Kwas mezo-winowy enancjomery diastereoizomery Diastereoizomery – stereoizomery nie będące swoimi lustrzanymi odbiciami (różnią się konfiguracją nie wszystkich centrów asymetrii). Uwaga! Ostatnia cząsteczka posiada płaszczyznę symetrii !!! Pomimo obecności asymetrycznych atomów węgla (aż dwóch) jest achiralna. Taki izomer nazywamy formą mezo. Spis treści

Liczba stereoizomerów Liczba par enancjomerów Jeśli cząsteczka posiada n asymetrycznych atomów węgla, to jej wzorowi odpowiada 2n stereoizomerów, co stanowi 2n/2 par enancjomerów (lub mniej – w przypadku form mezo-) np.: n Liczba stereoizomerów Liczba par enancjomerów Przykład substancji 1 2 2,3-dichlorobutanal 3 fruktoza (odmiana łańcuchowa) 4 2 1 bromochlorofluorometan 4 2 8 4 16 8 glukoza (odmiana łańcuchowa) Spis treści

Glukoza i jej stereoizomery D-alloza D-altroza D-mannoza D-glukoza D-guloza D-idoza D-galaktoza D-taloza Są to tylko D-stereoizomery (grupa –OH po prawej stronie najniższego asymetrycznego atomu węgla), będące diastereoizomerami. Każdemu z nich odpowiada jeszcze enancjomer L – razem 8*2=24 czyli 16 stereoizomerów. Spis treści

CIEKAWOSTKI Chemik, syntezując jakąś substancję w probówce może otrzymać jedynie mieszaninę racemiczną. Aby uzyskać jeden z enancjomerów musi ją bardzo mozolnie rozdzielać na składniki lub oddając hołd niezrównanej naturze – użyć na jednym z etapów enancjomeru wyprodukowanego przez organizm żywy!. kwas L-(+)– mlekowy powstaje z glikogenu podczas pracy mięśni, powodując „zakwasy”, podczas gdy kwas D-(-)– mlekowy jest produktem fermentacji mlekowej cukrów, zachodzącej tam, gdzie coś ulega kwaszeniu - znajduje sie w kiszonej kapuście, ogórkach czy kwaśnym mleku (powstaje racemat). Następny proszę Spis treści

Pytania kontrolne Spis treści 1. Określ, które z poniższych cząsteczek są chiralne. Oznacz w nich gwiazdką asymetryczny atom węgla: a) 2-chloropentan, b) 1-chloropentan, c) 1-chloro-2-metylobutan, d) 3-bromo-3-chloropentan. 2. Zdefiniuj następujące pojęcia: a) światło spolaryzowane, b) cząsteczka chiralna, c) związek optycznie czynny, d) enancjomery. 3. Podaj, jaką własnością fizyczną różnią się od siebie enancjomery danego związku. Spis treści

Zadnie domowe. Określ, które z poniższych cząsteczek zawierają asymetryczny atom węgla. Oznacz ten atom gwiazdką. Wskaż, które z poniższych cząsteczek są chiralne? Spis treści Koniec