Semmelweis Egyetem Szerves Vegytani Intézet. Kiralitás január 29.

Átírás

1 emmelweis Egyetem zerves Vegytani Intézet Izoméria Mezoméria Kiralitás 0. január 9.

2 Izoméria Azonos összegképlet: azonos kvalitatív összetétel azonos kvantitatív összetétel azonos relatív molekulatömeg Különböző szerkezet l nem izomerek nem izomerek nem izomerek : = : izomerek

3 Izomériák csoportosítása zerkezeti izoméria szénváz izoméria helyzeti izoméria tautoméria ztereoizoméria konformációs (rotációs) izoméria geometriai izoméria optikai izoméria zerkezeti izoméria: különböző összekapcsoltság (konnektivitás) ztereoizoméria: azonos konnektivitás különböző térszerkezet A királis tárgyak tükörképükkel nem hozhatók fedésbe sem rotációs, sem transzlációs mozgással (kivéve a molekulán belüli rotáció lehetőségét). A kiralitás szerkezeti feltétele tele: a tárgynak ne legyen tükrözési szimmetriatengelye.

4 Enantiomerek egymással fedésbe nem hozható tükörképi párok azonos internukleáris távolság különböző csoportsorrend (konfiguráció) Diasztereomerek nem enantiomerek (lehetnek akirálisak is), nincsenek egymással tükörképi viszonyban azonos összekapcsoltság különböző internukleáris távolság Konformációs és konfigurációs enantiomerek diasztereomerek

5 Konstitúci ciós izomerek Azonos összegképlet, különböző összekapcsoltság. Konformáci ciós izomerek A konformációs izomerek egyszeres kötés(ek) körüli rotációval (vagy pszeudorotációval) egymásba alakíthatók. Két szomszédos (szén)atom szubsztituenseinek egymáshoz való viszonya. Konfiguráci ciós izomerek A konfigurációs izomerek egyszeres kötés(ek) körüli rotációval nem alakíthatók egymásba. Egy adott (szén)atomon levő csoportsorrend. 5

6 Izoméria Különböző vegyületek azonos összegképlettel KTITÚIÓ IZMEREK (szerkezeti, vagy struktúrizomerek) Az atomok kapcsolódási sorrendje eltérő ZTEREIZMEREK Azonos konstitúció, eltérõ térbeli elrendeződés TAUTMEREK Ugyanaz a vegyület kétféle szerkezettel reagál keto-enol tautoméria laktim-laktám tautoméria gyűrű-lánc tautoméria DIAZTEREMEREK em enantiomerek EATIMEREK Fedésbe nem hozható tükörképi párok KFIGURÁIÓ DIAZTEREMEREK Kötésmenti rotációval nem alakíthatók egymásba KFRMÁIÓ DIAZTEREMEREK Kötésmenti rotációval egymásba alakíthatók Alkánok rotációs izomerei iklohexán szék-kád izomerei KFRMÁIÓ EATIMEREK Kötésmenti rotációval egymásba alakíthatók KFIGURÁIÓ EATIMEREK Kötésmenti rotációval nem alakíthatók egymásba (ptikai izomerek) Királis vegyületek AKIRÁLI DIAZTEREMEREK isz-transz (geometriai) izomerek Bizonyos atomoknak egy meghatározott síkhoz viszonyított relatív helyzetében különböznek KIRÁLI DIAZTEREMEREK Több kiralitáscentrumot tartalmazó vegyületek Kettős kötéses vegyületek Z - E izomériája Diszubsztituált cikloalkánok cisz - transz izomériája Kondenzált gyűrűs bicikloalkánok cisz - transz izomériája Atropizoméria savart kádak Gauche konformerek Antiklinális konformerek (Az izomerek létképessége függ a köztük lévő energiagát nagyságától) entrális kiralitás elikális kiralitás Axiális kiralitás Allénizomerek pirovegyületek 6

7 zerkezeti izoméria Különleges típusok zénváz izoméria elyzeti izoméria l Tautoméria egy hidrogénatom és egy kettőskötés helyzetében különböznek a hidrogénatom mozgékony, így gyors és reverzíbilis protoncsere valósul meg l xo-enol tautomerek 7

8 oxo enol 99,99975% 0,0005% pk a 0 xo-enol tautoméria pk a 9 0% 80% F F 00 o ó F F ) alacsonyabb pk a érték ) konjugált rendszer ) hidrogén kelát (6 elektron) 8

9 Mezomerek Elektroneloszlásban (töltéseloszlásban) különböznek Tautomerek Egy kettőskötés és egy mozgékony hidrogén helyzetében különböznek 9

10 Mezomer rendszerek R R R R R R R: telített szénhidrogéncsoport 0

11 Regioizoméria két regioizomer termék Br + Br Br három regioizomer termék Br Br + + FeBr Br Br

12 ztereoizoméria Konformációs (rotációs) izoméria különböző konformáció (konformerek, rotamerek) Konformációs enantiomerek Konformációs diasztereomerek

13 szinperiplanáris szinklinális antiklinális antiperiplanáris antiklinális szinklinális axiális ekvatoriális pszeudorotáció

14 Geometriai izoméria kettős kötésű vegyületeknél ciklusos vegyületeknél Feltétel (olefineknél): egy adott pillératomon nem lehet két azonos helyettesítő, de adott kettőskötés két különböző pillératomján lehet egy-egy azonos helyettesítő (de ezeknek sem kell szükségképpen azonosaknak lenniük). Alfa helyzetű szubsztituens Béta helyzetű szubsztituens

15 Konformációs diasztereomerek Konfigurációs diasztereomerek 5

16 Konstitúció Konformáció axiális pszeudorotáció pszeudorotáció ekvatoriális Konfiguráció Alfa helyzetű szubsztituens Béta helyzetű szubsztituens 6

17 Konfiguráció transz,-dimetilciklohexán cisz transz dekalin cisz 7

18 A D B szterán váz transz-anti-transzanti-transz a legtöbb természetes vegyületben cisz-anti-transz-anti-transz epesavakban cisz-anti-transz-szin-cisz digitálisz glikozidokban 8

19 * L-(+)-tejsav izomszövet R * D-(-)-tejsav tejsavas erjedés maleinsav fumársav itromsav ciklus (zent-györgyi-krebs ciklus) 9

20 ahn-ingold Ingold-Prelog szekvenciaszabályok Rendszám Tömegszám Br I F l Z D T D E Z>E R> (D>L) Z E Z E R Br Br 0

21 Z < o () o...,,,,,,,(),,,(),, o () o o (,,): adott atom ismételt megjelenítése; ---o : fantomatom o Br E Br > o () o Br o () o o o...,,, Br,,,; >,,,,(),,,(),,

22 Kiralitás A királis tárgyak tükörképükkel nem hozhatók fedésbe sem rotációs, sem transzlációs mozgással (kivéve a molekulán belüli rotáció lehetőségét). A kiralitás szerkezeti feltétele tele: a tárgynak ne legyen tükrözési szimmetriatengelye. Típusok entrális kiralitás sztereogén centrum (R,, D, L) egy királis (szén)atom több királis szénatom Axiális kiralitás tengely körüli elhelyezkedés (R, ) allénizoméria, spirovegyületek, atropizoméria Planáris kiralitás síkhoz viszonyított helyzet (P; pr, M; p) csavart kádak, transz cikloalkén elikális kiralitás nem síkbeli csavarvonalak (P, M) alkán konformerek (gauche, antiklinális) helicének

23 sík sík tengely 80 o tengely 60 o Kétfogású tükrözési szimmetriatengely zimmetriacentrum Egyfogású tükrözési szimmetriatengely zimmetriasík Tükrözési szimmetriatengely Valamely tárgy akkor jellemezhető n, azaz n-ed rendű tükrözési szimmetriatengellyel, ha annak bármely pontját a tengely körül 60/n fokos szöggel elfordítva és a tengelyre merőlegesen fektetett síkon keresztül tükrözve az eredeti objektumot kapjuk meg (n szükségképpen páros vagy ). Az -tengely szimmetriasíkkal, az -tengely viszont szimmetriacentrummal ( i ) egyenértékű. A szimmetriacentrumon áthaladó bármely egyenesen a centrumtól egyenlő távolságban azonos elemek találhatók.

24 ptikai izoméria ptikai izomerek: olyan sztereoizomerek, amelyek optikai forgatóképességben különböznek. entrális kiralitás ztereogén centrum ábrázolása perspektívikus (térszerkezeti) proiciált (vetített) képlettel (Fischer projekció) R D L intermolekuláris tükörsík

25 5 Racém és mezo vegyületek Pszeudoaszimmetria R R R intramolekuláris tükörsík diasztereomerek diasztereomerek enantiomerek R R enantiomerek optikailag aktívak R R optikailag inaktívak r s

26 optikai izoméria cisz transz transz m szerkezeti izoméria geometriai izoméria 6

27 Br m pszeudoaszimmetriás szénatom akirális molekula m mezo vegyület akirális forgási szimmetriatengely királis R () R () R r s R akirális szénatom R> r, s 7

28 8

29 A kiralitás kialakulása és s biológiai jelentősége Királis vegyületek természetes aminosavak (elsősorban L konfiguráció) peptidek, enzimek természetes szénhidrátok (elsősorban D konfiguráció) gyógyszerek Az első királis vegyület kialakulása az elemi részek gyenge kölcsönhatásának irányfüggésével van kapcsolatban autokatalízis a természet nem tükörszimmetrikus 9

30 emmelweis Egyetem zerves Vegytani Intézet eterociklusos vegyületek nevezéktana 0. január 9.

31 ATZ-WIDMA név: - maximum 0 atomot tartalmazó monociklusok esetén - egy vagy több heteroatom - előtag (heteroatomokat jelöli, a megfelelő előtagokkal ellátva) és utótag (a gyűrű tagszámára utal) - a heteroatomokra vonatkozó helyzetszámokat az összes előtag előtt, a heteroatomok felsorolási sorrendjének megfelelően adjuk meg 7,-tiazepin 6 5

32 A antzsch Widman-rendszer előtagjai (csökkenő prioritási sorrendben) Elem Vegyérték Előtag Elem Vegyérté k Előtag fluor I fluora- arzén III arzaklór I klora- antimon III sztibabróm I broma- bizmut III bizmajód I joda- szilícium IV szilaoxigén II oxa- germániu m IV germakén II tia- ón IV sztannaszelén II szelena- ólom IV plumbatellúr II tellura- bór III boranitrogén III aza- higany II merkurafoszfor III foszfa-

33 A antzsch Widman-rendszer végződései Gyűrűméret Telítetlen Telített (tri) -irén -irán (tetra) -et 5 -etán 5 (penta) -ol 5 -olán oxirén oxirán -azirin aziridin -azirin (azirán) azet,-dihidroazet,-didehidroazetidin oxet oxetán - -tetrazol () max. számú kettős kötés, de legalább egy () nincs kettős kötés () -irin-t használunk, ha csak nitrogén szerepel heteroatomként () a nitrogén tartalmúak esetében az -iridin, - etidin és -olidin végződéseket preferáljuk (5) az -etin, illetve az -olin végződések, bár logikusak, mégsem alkalmazhatóak, mert ezek korábban négy-, illetve öttagú, nitrogénatomot és egy kettős kötést tartalmazó származékok elnevezésére használták tiazol (,) oxazol (,) pirrol furán tiofén pirazol imidazol,- dihidrotiazol,- oxatiolán

34 Gyűrűméret Telítetlen Telített 6A (hexa) -in -án 6B (hexa) -in -inán 6 (hexa) -inin -inán 7 (hepta) -epin -epán 8 (okta) -ocin -okán 9 (nona) -onin -onán 0 (deka) -ecin -ekán () max. számú kettős kötés, de legalább egy () nincs kettős kötés () a legalacsonyabb rangú heteroatom (a végződéshez legközelebb álló) neve határozza meg a végződést a),, e, Te, Bi, g b), i, Ge, n, Pb c) B, F, l, Br, I, P, As, b () az azin név nem használható, mert már a =-= szerkezetet jelöli piridin piperidin piridazin pirimidin pirazin -pirán -pirán,-dioxin -,- -oxazin X : -azepin -,-,-oxazepin azokán,-diazokán,,,-,-diazocin : oxepin diazepin -tetrahidro- : tiepin -,-diazocin

35 A számozási elv a heterociklusos alapvegyületekben:. egy heteroatomos monociklusban a heteroatomtól kiindulva számozunk. több, azonos heteroatomot tartalmazó monociklusban egyik heteroatomtól kiindulva úgy számozunk, hogy a heteroatomok a legkisebb számokat kapják. több, különböző heteroatomot tartalmazó monociklusban a antsch-widman sorrend (>>) szerint, a legmagasabb rangú heteroatomtól kiindulva úgy számozunk, hogy a heteroatomok a legkisebb számokat kapják. kondenzált heterociklusos rendszerekben ugyanúgy számozunk, mint az izociklusos rendszerekben, az alábbiak figyelembevételével: a) a heteroatomok a legalacsonyabb számokat kapják b) a magasabb rangú heteroatom kap alacsonyabb számot c) az anellációban álló heteroatom önálló számot kap

36 Monociklus ) -W. rangsor ) Kisebb helyszám 5 6 e d f c a b 8 Kondenzált heterociklus ) Kisebb helyszám ) -W. rangsor (azonos helyszámok esetén) 6 6

37 A számozási elv a szubsztituált heterociklusokban: Az előzőekben lefektetett elvek mellett, legkisebb helyszámot kapja a következő sorrend szerint:. a kiemelt. a gyűrűs csoportoknál a kapcsolódás helye. az utótagként elnevezett főcsoport. a kettőskötések, majd hármaskötések helye 5. valamennyi együttesen emelkedő számozási rendbe rendezett előtag 6. Az elnevezésben AB-rendben előbb fellépő előtagok szubsztitúciós helye l 6 -pirán-6- -karbonsav ciklohex- --én--ol 8 5 l -nitronaft--il- 5,6-diklór-,,,- -tetrahidronaftalin -metil--nitronaftalin l l,-diklór- -ciklohex--én 7

38 /, I/ 5 A/ B/ 5 E/ F/ G/ 5 / I/ / D/ E/ F/, G/ 5 b a c e d b a c e d e a (ilyen esetben a benzol helyszámát nem írjuk ki) d b c A/ furán-,5-diszulfonsav B/ 5-metiltiofén-,-dikarbonsav / oxazol--karbaldehid D/ -fenil--metil--nitro--pirazol-5-ol E/,-dihidrobenzo[c]furán-5-karbonsav F/ -benzo[c]pirrol-5-karbonsav G/ -benzo[c]pirrol-6-karbonsav / 6-imidazo[,5-d]oxazol I/ 5,6-dihidro--imidazo[,5-d]oxazol 8

39 6 5 A/ B/ / 6 5 D/ 6 5 E/ Br 6 F/ G/ / 5 6 a f 6 5 b e b e b 5 c d c d 6 c F/ G/ / A/ piridin--karboxamid B/ 5,6-dihidropirimidin--amin / -,-tiazin D/ -,-oxazin E/,-dihidropirimidin--ol a f F/ izopropil-6-brómmetilpirido[,-b]piridin- --karboxilát G/ -pirido[,-b][,]tiazin /,6-pirido[,-b][,]tiazin 9 a d f e

40 emmelweis Egyetem zerves Vegytani Intézet eterociklusos vegyületek előáll llítása 0. január 9. 0

41 Epoxidálás perkarbonsavval katalizátor nélkül ( ) 7 olajsav ( ) 7 0 o, h egylépéses szin-addíció ( ) 7 ( ) 7 ( ) 7 ( ) 7 enantiomerek : ( ) 7 ( ) 7 elaidinsav 0 o, h egylépéses szin-addíció ( ) 7 ( ) 7 ( ) 7 ( ) 7 enantiomerek :

42 Alkének aszimmetrikus oxidációja harpless epoxidálás Knowles, oyori, harpless 00 Kémiai obel-díj, királis katalízis diasztereo(enantio-)szelektív + Et Et dietil-tartarát enantiomerek Ti[( ) ] ( ) l allil-alkohol származék + Et Et Ti[( ) ] ( ) l

43 b) út Ar + a) út szterikus ok Ar konkurrens reakció l b) út Ar l a) út (fõ reakcióút) epiklórhidrin l Ar R prototípusok: R R Ar Ar R név -adrenoceptor blokkolók propranolol Inderal pindolol Visken

44 Et éter Et propano--lakton -propiolakton gyűrűs észter propano--laktám -propiolaktám gyűrűs savamid (antibiotikumok) Y u Y u u u Y Ph Ph Ph [+] cikloaddíció Ph Ph Ph propano--tiolakton -propiotiolakton gyűrűs tioészter

45 R R R R Et X Et aet Et X X:, Et 5

46 P X 5 X:, R X R R R R R 6

47 R l R Ph R' -l - Ph R' R': alkil, R l R R Ph Ph -l - Ph Ph Ph Ph 7

48 Ph Ph Ph l X Ph -l - Ph X Ph X:,, 8

49 Ph l Ph l Ph l l l l Me Et aet Me Et alkohol forralás Me Me 9

50 KRAUP ZITÉZI KILI - - oxidáció nitrobenzollal kinolin 50

51 PITET-GAM ZITÉZI IZKILI l redukció Földi Zoltán II nagyipari szintézis P 5 / toluol forralás - papaverin 5

52 KIAZLI ZÁRMAZÉKK + aet / Et l LiAl /TF l I Et - l Et vízmentes I R R - - I R R 5

53 r / diizohomogenol /. X / tofisopam Grandaxin 5

54 l + l l l Pl P 5 l medazepam Rudotel 5

55 l + Et Pl 5 l Et Zn/l Et Pl 5 Et a Br l clobazam Frisium 55

56 + l l Pl clotiapin 56

57 l LiAl - l azokán - -metiltiurónium hidrogénszulfát guanetidin 57