Szerves vegyületek csoportosítása Izoméria
Szerves vegyületek csoportosítása -jellemző atomcsoportok -váz (szénváz) Nyílt láncúak (alifások) Gyűrűsek (ciklusosak) karbo- és heterociklusos vegyületek monociklus policiklus -izolált policiklusos -spirociklusos (1 közös atom) -kondenzált (2 közös atom) -áthidalt (kettőnél több közös atom) Szénhidrogének Szénhidrogének helyettesített származékai eterociklusos vegyületek
Szerves vegyületek Nyíltláncú vegyületek Gyűrűs vegyületek Karbociklusok eterociklusok Telített: alkánok Telítetlen: alkének, alkinek Aliciklusok Aromás vegyületek Telített Telítetlen Aromás
Telítetlen vegyületek = kettőskötést tartalmazóak hármaskötést tartalmazóak Alkének Poliének Alkinek Poliinek 3 2 2 2 propén buta-1,3-dién etin buta-1,3-diin
Aliciklusok ikloalkánok Policiklusos alkánok ikloalkének ikloalkinek ciklohexán spiropentán ciklohexén ciklooktin
Aromás vegyületek Monociklusok Kondenzált gyűrűs vegyületek Monoszubsztituált benzolszármazékok R Többszörösen szubsztituált benzolszármazékok R Lineáris anelláció Anguláris anelláció 6 5 4 1 2 3 orto meta antracén fenantrén para
eterociklusok Telített Aromás O tetrahidrofurán Telítetlen (mono- és policiklus) 4 5 N 3 6 2 S 1 3,6-dihidro-2-[1,3]-tiazin Monociklusok N piridin N N imidazol Kondenzált gyűrűs vegyületek N indol N purin N N N
Izoméria
Izoméria (isos: azonos; méros: rész) Azonos összegképlet: azonos kvalitatív összetétel azonos kvantitatív összetétel azonos relatív molekulatömeg Különböző szerkezet 3 2 2 l 3 2 3 nem izomerek 3 2 3 3 2 nem izomerek 3 2 nem izomerek : = 1:2 3 2 2 3 3 3 izomerek 3 9
Izomériák csoportosítása Szerkezeti izoméria Funkciós csoport izoméria Különleges típusok szénváz izoméria helyzeti izoméria tautoméria Sztereoizoméria konformációs (rotációs) izoméria geometriai izoméria (cisz-transz izoméria, Z-E izoméria) optikai izoméria Szerkezeti izoméria: különböző összekapcsoltság (konnektivitás) Sztereoizoméria: azonos konnektivitás különböző térszerkezet A királis (kheir: kéz) tárgyak tükörképükkel nem hozhatók fedésbe sem rotációs, sem transzlációs mozgással (kivéve a molekulán belüli rotáció lehetőségét). A kiralitás szerkezeti feltétele: a tárgynak ne legyen tükrözési szimmetriatengelye. 10
1. Konstitúciós (szerkezeti) izoméria azonos összegképletű, de különböző szerkezetű vegyületek ebben az esetben különböző szerkezetű két molekula, ha bennük az atomok kapcsolódási sorrendje különböző 2D-szerkezetben való különbözőség: különböző kapcsolódási sorrend (különböző konstitúció) 2. Sztereoizoméria azonos összegképlet, de eltérő térszerkezet 3D-szerkezetben való különbözőség: azonos konstitúció, de különböző térszerkezet 11
azonos atomkonnektivitás sztereoizomerek 3 Br l 3 3 l l Br Br E Z E eltérõ atomkonnektivitás nem sztereoizomerek szerkezeti izomerek 12
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 13
Konstitúciós izomerek Azonos összegképlet, különböző összekapcsoltság. Konformációs izomerek A konformációs izomerek egyszeres kötés(ek) körüli rotációval (vagy pszeudorotációval) egymásba alakíthatók. Két szomszédos (szén)atom szubsztituenseinek egymáshoz való viszonya. Konfigurációs izomerek A konfigurációs izomerek egyszeres kötés(ek) körüli rotációval nem alakíthatók egymásba. Egy adott (szén)atomon levő csoportsorrend. 14
Konstitúció Konformáció axiális pszeudorotáció pszeudorotáció ekvatoriális Konfiguráció Alfa helyzetű szubsztituens Béta helyzetű szubsztituens 15
Konfiguráció transz 1,2-dimetilciklohexán cisz transz dekalin cisz 16
OO S * O 3 L-(+)-tejsav izomszövet OO R * O 3 D-(-)-tejsav tejsavas erjedés OO OO OO OO maleinsav fumársav itromsav ciklus (Szent-Györgyi-Krebs ciklus) 17
Izoméria Különböző vegyületek azonos összegképlettel KONSTITÚIÓS IZOMEREK (szerkezeti, vagy struktúrizomerek) Az atomok kapcsolódási sorrendje eltérő SZTEREOIZOMEREK Azonos konstitúció, eltérõ térbeli elrendeződés TAUTOMEREK Ugyanaz a vegyület kétféle szerkezettel reagál keto-enol tautoméria laktim-laktám tautoméria gyűrű-lánc tautoméria DIASZTEREOMEREK Nem enantiomerek ENANTIOMEREK Fedésbe nem hozható tükörképi párok KONFIGURÁIÓS DIASZTEREOMEREK Kötésmenti rotációval nem alakíthatók egymásba KONFORMÁIÓS DIASZTEREOMEREK Kötésmenti rotációval egymásba alakíthatók Alkánok rotációs izomerei iklohexán szék-kád izomerei KONFORMÁIÓS ENANTIOMEREK Kötésmenti rotációval egymásba alakíthatók KONFIGURÁIÓS ENANTIOMEREK Kötésmenti rotációval nem alakíthatók egymásba (Optikai izomerek) Királis vegyületek AKIRÁLIS DIASZTEREOMEREK isz-transz (geometriai) izomerek Bizonyos atomoknak egy meghatározott síkhoz viszonyított relatív helyzetében különböznek KIRÁLIS DIASZTEREOMEREK 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 Spirovegyületek 18
Szerkezeti izoméria 19
Szerkezeti izoméria Funkciós csoport izoméria 3 O 3 3 2 O Regioizoméria 2 2 2 3 3 2 3 3 2 2 l 3 3 l 3 Szénváz izoméria 3 2 2 2 3 3 2 3 3 3 3 3 20
O 3 Br Regioizoméria Br két regioizomer termék Két regioizomer termék keletkezhet, de Szelektivitás + Br 3 Br 3 3 árom három regioizomer regioizomer termék termék keletkezhet, de Szelektivitás O 3 O 3 O 3 Br 2 FeBr 3 + + Br Br 21
3 3 2 2 3 3 3 n-bután i-bután 3 2 2 metilciklopr opán 2 2 2 2 ciklobután 22
A compound with the general formula n 2n contains one double-bond equivalent either one double bond or one ring. 3 2 2 2 2 2 2 an alkane a cycloalkane A compound with the general formula n 2n-2 might have one triple bond, two rings, two double bonds, or one ring plus one double bond. We can say that the formula n 2n-2 represents a structure with two double-bond equivalents. Three of many possible structural isomers for 8 14 3 ( 2 ) 5 2 3 one triple bond two rings one double bond and one ring 23
Tautoméria Tautoméria egy hidrogénatom és egy kettőskötés helyzetében különböznek a hidrogénatom mozgékony, így gyors és reverzíbilis protoncsere valósul meg Protoméria és elektroméria egyszerre van jelen O OO OO O Oxo-enol tautomerek Kezelhető szerkezeti izomerként 24
A tautoméria típusai 25
O 2 O 3 2 3 oxo enol 99,99975% 0,00025% pk a 20 Oxo-enol tautoméria 3 3 3 3 pk a 9 O O O O 20% 80% O O 3 3 F 2 O F 3 200 o 3ó F 2 O F 3 1) alacsonyabb pk a érték 2) konjugált rendszer 3) hidrogén kelát (6 elektron) O O O O O O 26
Savamid-imidsav és rokon rendszerek tautomériája a) R Y Y R N N 2 Y= O, S, NR 1 b) R 2 N NR 1 N 2 R 2 N NR 1 N R 2 N NR 1 N 2 Guanidin-származék 27
Prototrópia (hetrociklusoknál) X X X X N N N N N N N N X X domináns forma N N N N X X 28
O 2 O O O α O O α -D-Glcp Gyűrű-lánc tautoméria O 2 O O β D-Glcp O O β O O 2 O O O O O O 2 O O O α O O α-d-glcf anomer izáció De nem közvetlenül O 2 O O O O O β -D-Glcf β 29
Szubsztituens tautomerizáció N O O 3 O N O 3 Vegyérték izomerizáció N N N N N N N N N N N N Ø 30
Sztereoizoméria 31
Sztereoizoméria Konfiguráció az atomok kölcsönös térbeli elrendeződése, az egyszeres kötések körüli elfordulást (általában) nem veszi figyelembe Konformáció egyszeres kötések körüli elforgatás, amelynek során konformerek jönnek létre Konfigurációs és konformációs enantiomerek diasztereomerek 32
optikai izoméria OO OO OO OO OO OO OO OO cisz transz transz m elyzeti pozíciós izoméria geometriai izoméria Szerkezeti izoméria Sztereoizoméria 33
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 34
3 3 3 l Br Diasztereomerek l 3 Br E, R Diasztereomerek Z, R Enantiomerek 3 l 3 Diasztereomerek Br l Diasztereomerek 3 Enantiomerek 3 Br E, S Z, S Ø 35
Sztereokémia jelentősége Királis vegyületek, királis kölcsönhatások természetes aminosavak (főként L konfiguráció) peptidek, enzimek természetes szénhidrátok (D konfiguráció) gyógyszerek (sok esetben királis molekulák) gyógyszer-receptor kölcsönhatás Ø 36
Journal of ISSN 0021-9584 Volume 73, Number 6 June 1996 hemical Education Ø 37
Ø38
Kiralitás A királis tárgyak tükörképükkel nem hozhatók fedésbe sem rotációs, sem transzlációs mozgással (kivéve a molekulán belüli rotáció lehetőségét). A kiralitás szerkezeti feltétele: a tárgynak ne legyen tükrözési szimmetriatengelye. Típusok entrális kiralitás sztereogén centrum (R, S, D, L) egy királis (szén)atom több királis szénatom Axiális kiralitás tengely körüli elhelyezkedés (R, S) allénizoméria, spirovegyületek, atropizoméria Planáris kiralitás síkhoz viszonyított helyzet (P; pr, M; ps) csavart kádak, transz cikloalkén elikális kiralitás nem síkbeli csavarvonalak (P, M) alkán konformerek (gauche, antiklinális) helicének 39
Azonos minőségi, mennyiségi összetétel, móltömeg, konstitúció, de különböző térbeli sorrend. Br l R F konfigurációjelölés: F (+), ( ) = d, l D, L R, S l S Br 40
1 1 1 4 X X 4 X 4 2 3 2 2 3 3 (R) (S) O 1 O I 1 4 T 2 D 3 T D F 4 l 2 Br 3 (S) (R) 41
1. övezet 2. övezet 3 3 1 O 4 2 l 3. övezet 4. övezet (R) 42
entrális kiralitás A kiralitás az atomok egy pont (sztereogén centrum, kiralitáscentrum, aszimmetriacentrum)* körüli elrendeződésének következménye. A kiralitást létrehozó szerkezeti elemek elrendeződése egy központra vonatkoztatható. Egy X centrális atomhoz négy különböző ligandum kapcsolódik, a tükörképek nem hozhatók fedésbe, a két konfigurációs izomer enantiomer viszonyban van egymással. *Sztereogén centrum Egy sp 3 szénatom (vagy más atom) 4 különböző ligandumot tartalmaz. 3 3 2 O (R)-bután-2-ol O 3 2 3 (S)-bután-2-ol 180 o -os forgatás 3 3 2 3 2 3 O O 3 2 3 O 43
Optikai izoméria Optikai izomerek: olyan sztereoizomerek, amelyek optikai forgatóképességben különböznek. entrális kiralitás Sztereogén centrum ábrázolása perspektívikus (térszerkezeti) proiciált (vetített) képlettel (Fischer projekció) OO OO OO OO 2 N R 3 N 2 3 2 N 3 3 N 2 S D L intermolekuláris tükörsík 44
Optikai aktivitás Azok a vegyületek, melyek a síkban polarizált fény síkját elforgatják, optikailag aktívak. Jobbra forgatás (óramutatóval azonos) jele: (+); balra forgatás (óramutatóval ellentétes) jele: (-). Azok a molekulák képesek optikai forgatóképesség létrehozására, melyek minden konformációja királis. a egy királis vegyületnek csak egyik enantiomerje van jelen, a vegyület optikailag aktív (elforgatja a polarizált fény síkját). a a két enantimer ekvimoláris elegye (racemát) van jelen, a tükörképi párok kompenzációja miatt nincs makroszkópikus forgatás. Ø 45
Fresnel elmélete szerint a síkban polarizált fény két ellentétes irányába cirkulárisan polarizált komponensből tevődik össze. Optikailag aktív közegben az egyik cirkuláris komponens lassabban halad, mint a másik, ezért aztán amikor kilépnek a közegből, eltolódott fázisban összegeződnek újra, s ez a polarizáció síkjának elfordulásában nyilvánul meg. Az optikailag aktív anyag molekulái különböző mértékű kölcsönhatásba lépnek a jobbra és a balra cirkuláris fénysugárral. A cirkulárisan polározott fény úgy jellemezhető, hogy a fénysugár mentén az elektromágneses teret leíró elektromos és mágneses vektorok végpontjai egy jobb vagy bal menetű csavarvonalon helyezkednek el. Optikai aktivitás mérése polarimeter tube Unpolarized light from source Polarizer; fixed Nicol prism Planepolarized light Solution of optically active material Plane of polarization has undergone a rotation Analyizer; movable Nicol prism Viewer Ø 46
a) normál fény polarizáló lencse (Nicol prizma) síkban polarizált fény x z b) z z síkban polározott fény P és M helicitású cirkulárisan polározott fény x x α c) z minta z Ø 47
További kiralitás típusok 48
Sztereogén centrum jelenléte nem szükséges sem nem elégséges feltétele a kiralitásnak. Nem szükséges: például axiális kiralitás, planáris kiralitás Axiális kiralitás: A kiralitás az atomok egy tengely körüli elrendeződésének következménye. Allének kiralitása: l l l l Planáris kiralitás: A kiralitás az atomok egy sík körüli elhelyezkedésének következménye. OO OO O O r O 3 3 r O O O elikális kiralitás: savarvonal (spirális) szerkezetű molekulák. Pl.: DNS kettős hélixe, polipeptidek kettős α-hélixe 49
Atropizoméria 2 OO OO 2 ' OO OO 6 Br 6 ' Br Br Br tükörsík c 2 4 OO 2 1 OO Br 3 Br Br OO 2 3 4 Br 1 c 2 OO R S 50
Axiális kiralitás R-konfiguráció 51
Nem minden királis molekula rendelkezik aszimmetria centrummal 3 3 3 3 N N N N tükörsík 52
ukor Foszfor atom Ø53
elikális kiralitás eptahelicén n-bután Konfigurációs enantiomerek Konformációs enantiomerek P M P M 54
Ø55
Fehérjék térszerkezete Ø 56
Nukleinsavak térszerkezete Ø 57
Több kiralitásközpont 58
Több aszimmetria centrumot tartalmazó vegyületek lehetséges sztereoizomereinek száma: 2 n A nem enantioméria viszonyban álló sztereoizomerek: diasztereomerek a az n db aszimmetria centrum között vannak azonosak, a független sztereoizomerek száma < 2 n mezo-forma: nem királis 59
Egyetlen sztereogén centrumot tartalmazó molekula mindig királis, de sztereogén centrum jelenléte nem szükséges sem nem elégséges feltétele a kiralitásnak. Nem elégséges: több sztereogén centrumot tartalmazó molekula lehet akirális Példa: O 3 3 O 3 O O 3 180 o forgatás O 3 3 O mezo-2,3-butándiol tükörképi párok fedésbe hozhatók - akirális O 3 3 O 3 O O 3 O O 3 3 (2R,3R)-2,3-butándiol (2S,3S)-2,3-butándiol 60
Nem minden olyan molekula királis, amely aszimmetria centrumokkal rendelkezik mezo vegyületek cisz-1,2-azonosan diszubsztituált ciklopropán Nem minden királis molekula rendelkezik aszimmetria centrummal axiális kiralitás planáris kiralitás 1,3-diszubsztituált allén spirovegyületek körében Ø 61
OO OO OO Newman (fűrészbak) projekció Konformatív OO 3 O S 2 S 2 3 O OO OO borkősav 62
Fisher projekcióval ábrázolt L- és D-borkősav OO OO OO OO O O O O O O O O OO OO OO OO L-(+)-borkõsav D-(-)-borkõsav mezo-borkõsav szõlõsav 63
Ø 64
Nem minden olyan molekula királis, amely aszimmetria centrumokkal rendelkezik l l * * l l l l mezo SS RR cisz transz 65
Szimmeriaelemek (szimmetria: azonos méret) Akkor mondjuk, hogy egy tárgy szimmetriaelemmel rendelkezik, ha a megfelelő szimmetriaművelet (tükrözés, forgatás, inverzió) a tárgyat az eredetivel fedésbe hozható alakzattá konvertálja. Pontcsoport meghatározott tárgyra vonatkozó szimmetriaműveletek összessége. szimmetriasík (σ): a molekulát két olyan félre bontja, amelyek egymásnak pontos tükörképei. (Szimmetriasíkot tartalmazó molekula akirális, de a sík hiánya nem okoz kiralitást.) n-ed rendű forgási szimmetriatengely ( n ): a molekulát a tengely körül 360 /n szöggel elforgatva az eredetitől megkülönbözhetetlen molekulát kapunk. szimmetriacentrum (inverziós centrum) ( i ): a molekula bármely elemét a szimmetriacentrummal összekötve és az ellenkező irányba azonos távolságra meghosszabbítva azonos elemhez jutunk. (Szimmetriacentrumot tartalmazó molekula akirális, de hiánya nem okoz kiralitást.) n-ed rendű tükrözési szimmetriatengely (S n ): a molekulát 360 /n szöggel elforgatva és a tengelyre merőleges síkra tükrözve az eredetitől megkülönbözhetetlen molekulát kapunk. (Tükrözési szimmetriatengelyt tartalmazó molekula akirális, hiányában a molekula királis.) 66
sík sík tengely 3 3 180 o tengely 3 3 360 o Akirális molekulák Kétfogású tükrözési szimmetriatengely Szimmetriacentrum Egyfogású tükrözési szimmetriatengely Szimmetriasík Tükrözési szimmetriatengely Valamely tárgy akkor jellemezhető S n, azaz n-ed rendű tükrözési szimmetriatengellyel, ha annak bármely pontját a tengely körül 360/n fokos szöggel elfordítva és a tengelyre merőlegesen fektetett síkon keresztül tükrözve az eredeti objektumot kapjuk meg (n szükségképpen páros vagy 1). Az S 1 -tengely szimmetriasíkkal (σ), az S 2 -tengely viszont szimmetriacentrummal ( i ) egyenértékű. A szimmetriacentrumon áthaladó bármely egyenesen a centrumtól egyenlő távolságban azonos elemek találhatók. 67
szimmetriasík (m, S 1 ) forgási szimmetriatengely ( n ) szimmetriacentrum ( i, S 2 ) Szimmetrikus + + Szimmetrikus + - Középpontosan - + szimmetrikus Disszimetrikus - + - (királis) Aszimmetrikus - - - (királis) Szimmetriaelem művelet Szimmetriaelem művelet Szimmetriasík Szimmetriatengely Szimmetriacentrum tükrözés forgatás inverzió Azonosság változatlanul hagyás Tükrözési forgatás és szimmetriatengely (giroid) tengelyre merőleges tükrözés Ø 68
Ø 69
Ø 70
Ø 71
Ø 72
Sequence rules for order of priority ahn-ingold-prelog nomenclature system 1. Atomic number 2. Atomic mass 3. Z > E 4. R > S 5. Spheres 6. Single-bond equivalencies 1. If the atoms in question are different, the sequence order is by atomic number, with the atom of highest atomic number receiving the highest priority. F < l < Br < I increasing priority 2. If two isotopes of the same element are present, the isotope of higher mass receives the higher priority. < D increasing priority 73
5. If two atoms are identical, the atomic numbers of the next atoms are used for priority assignment. If these atoms also have identical atoms attached to them, priority is determined at the first point of difference along the chain. The atom that has attached to it an atom of higher priority has the higher priority. (Do not use the sums of the atomic numbers, But look for the single atom of highest priority.) 74
6. Atoms attached by double or triple bond are given single-bond equivalencies so that they can be treated like single-bonded groups in determining priority. Each doubly bonded atom is duplicated (or triplicated for triple bonds). Structure Equivalent for priority determination O O R O R O O R N R N N N 75
Konfigurációs izoméria Ugyanaz a váz, konnektivitás, de eltérő térbeli elrendeződés (valamilyen szimmetria-rendezőhöz való viszony) Nem alakíthatók egymásba kovalens kötés elszakítása és újraképződése nélkül. optikai izomerek (optikai aktivitás) R, S geometriai izomerek cisz-transz; E-Z 76
Konfigurációs diasztereomerek Fizikai és kémia tulajdonságaik eltérnek. Konfigurációs enantiomerek Fizikai és kémiai tulajdonságaik azonosak, kivéve: azonos mértékű, de ellentétes irányú optikai forgatóképesség eltérő reaktivitás más királis vegyületekkel való reakcióban l l l l 3 3 2 O (R)-bután-2-ol O 3 2 3 (S)-bután-2-ol cisz-1,2-diklóretén transz-1,2-diklóretén 180 o -os forgatás Br l l Br F l F Br F Br l F (R) (R) (S) (R) 3 3 2 3 2 3 O (R)-bután-2-ol O 3 2 3 O (S)-bután-2-ol fp 99,5 o 99,5 o 20 d 4 0,808 0,808 20 n D 1,397 1,397 25 o [α] D -13,52 +13,52 o 77
Enantiomerek akirális körülmények között megegyező fizikai és kémiai tulajdonságok királis körülmények között eltérő (királis molekulák, polarizált fény) enantiomerek közötti 3 fő kölcsönhatás: Elegykristály elegykristály képzés konglomerátum képzés molekulavegyület képzés véletlenszerűen tartalmazza mindkét enantiomert a tiszta enantiomerek és az enantiomer keverékek tulajdonságai azonosak Konglomerátum csak az egyik vagy a másik enantiomert tartalmazza az enantiomerek mechanikusan is elkülöníthetők egymástól Molekulavegyület a két enantiomer a kristályban 1:1 arányban fordul elő (racém elegy) a racém elegy és az enantiomerek olvadáspontja különböző 78
Enantiomer felesleg ee = (R) - (S) (R) + (S) 100% Enantiomerek egyéb keverékeit az úgynevezett enantiomeric excess (ee) [enantiomer felesleg] értékkel jellemezzük. (R) és (S) a megfelelő enantiomerek mennyisége a keverékben. A komponensek mennyiségének meghatározása: Királis oszlopkromatigráfia (enantiomerek elválasztása) NMR spektroszkópia Az enantiomerfelesleg az aszimmetrikus szintézis sikerességének egyik mérőszáma. Diasztereomerek keveréke esetén hasonló módon definiálják és használják a diasztereomer felesleg és a százalékos diasztereomer felesleg fogalmát. Egy 70% R és 30% S izomert tartalmazó minta enantiomerfeleslege például 40%. Ezt az anyagot úgy is tekinthetjük, mint 40% tiszta R izomer és 60% racém elegy (mely a teljes mennyiséghez 30% R és 30% S izomerrel járul hozzá) keveréke. 79
Enantiomerek és diasztereomerek enantiomerek OO OO 2 N R 3 3 N 2 S diasztereomerek diasztereomerek O O OO S S OO OO S OO R O O intramolekuláris tükörsík OO OO R R O O enantiomerek 80
Ábrázolja Fischer képlettel az alábbi, perspektivikus képlettel megadott aminosavakat: N 2 2 S 3 OO 2 N OO S Ala R ys OO OO 2 N 2 N 3 2 S L Ala L ys 81
N 2 2 S 3 OO 2 N OO OO OO 3 N 2 2 N 2 S OO OO 2 N 3 2 N 2 S OO OO 2 N 2 N 3 2 S 82
Enantiomerek és mezo vegyületek Pszeudoaszimmetria OO OO O O S R OO OO O O R R OO OO O O S S intramolekuláris tükörsík diasztereomerek diasztereomerek enantiomerek OO OO O O O R R OO OO O O O S S enantiomerek optikailag aktívak OO OO O O O R S OO OO O O O R S optikailag inaktívak r s 83
optikai izoméria OO OO OO OO OO OO OO OO cisz transz transz m szerkezeti izoméria geometriai izoméria 84
Br OO OO OO OO OO m pszeudoaszimmetriás szénatom akirális molekula m mezo vegyület akirális OO 2 forgási szimmetriatengely királis pro-pszeudoaszimmetriás szénatom O R (S) R (S) O R r S O S s R akirális szénatom R>S r, s 85
Királis molekulákon belül is sok esetben található pszeudoaszimmetriacentrum, amennyiben a két enantiomorf ligandum mellett további aszimmetrikus ligandum is kapcsolódik a centrumhoz (például atropin és származékai). gytsz.pte.hu/hu/download/index/16630 Ø 86
Mezo-forma: a) mindig akirális b) mindig kell lennie királis disztereomerjének is diasztereomerek diasztereomerek O O OO S S OO OO S O R OO O intramolekuláris tükörsík OO R R OO O O enantiomerek gytsz.pte.hu/hu/download/index/16630 Ø 87
A pszeudo-aszimmetriacentrumok konfigurációjában eltérő izomerek egymással diasztereoizomer viszonyban állnak. gytsz.pte.hu/hu/download/index/16630 R OO O R OO O O s r O S O OO S O OO Ø 88
Geometriai izoméria Diasztereomerek kettős kötésű vegyületeknél ciklusos vegyületeknél 3 3 3 3 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 89
onfigurational isomers The particular arrangement of atoms (or goups) in space that is characteristic of a given streoisomer. The configurational isomers can not be transformed into each other without breaking and making a covalent bond. OO OO OO OO Z E - cis-trans; Z-E designations; geometric isomers - optical isomerism (cf. chirality) Ø 90
The requirement for geometric isomerism in alkenes is that each carbon atom involved in the pi bond have two different groups attached to it, such as and l, or 3 and l. 3 Z 2 3 geometric isomers 3 3 E 2 3 3 igher priority atoms or groups are on the same side of the pi bond: Z together igher priority atoms or groups are on opposite sides of the pi bond: E across (Look at the single atoms directly attached to the double-bond carbon:, and not entire - 2 2 3 group.) If one of the carbons of the double bond has two identical groups, such as two atoms or two 3 groups, the geometric isomerism is not possible. 2 3 is the same as 3 3 2 3 Ø91
ahn-ingold-prelog szekvenciaszabályok alkénekre vonatkozóan Rendszám Tömegszám Br I F l Z D T D E Z > E R>S (D>L) 3 Z N 3 3 3 E Z E N R S 3 Br Br 3 92
3 3 3 3 3 Z < 2 o () o 1. 2. 3.,,,,,,,(),,,(),, o () o o (,O,N): adott atom ismételt megjelenítése; ---o : fantomatom o 3 2 Br 3 2 E 3 2 Br > o () o Br o () o o 1. 2. 3.,,, Br,,,; >,,,,(),,,(),, 93 o
Br transz E transz Z Br cisz Z cisz E Ø 94
Konformációs izoméria Ugyanaz a váz, konnektivitás, de eltérő térbeli elrendeződés (valamilyen szimmetria-rendezőhöz való viszony) Kovalens kötés elszakítása és újraképződése nélkül egymásba alakíthatók. Rotációs izoméria Különböző konformáció (konformerek, rotamerek) Axiális kiralitás R, S elikális kiralitás P, M 95
Konformációs diasztereomerek Konformációs enantiomerek 3 3 3 3 3 3 3 3 P M 96
Konformerek szinperiplanáris szinklinális antiklinális antiperiplanáris antiklinális szinklinális akirális királis akirális királis axiális ekvatoriális pszeudorotáció 97
3 3 3 3 Konformációs diasztereomerek 3 3 3 3 Konfigurációs diasztereomerek 98
- húzás (stretch) r 2 O O r r 2 1 - hajlítás (bend) O α O - csavarás (torsion) O τ (φ) O Ø 99
úzás (nyújtás) str etch disszociáció E OO + O + O ~ 90 ~ 50 kcal/mol E ajlítás bend O O O O O O r α 30 kcal/mol Ø 100
Newman pr ojekció (torziós szög) τ O O 0 o 60 o 180 o 300 o 360 o ~ 10 kcal/mol O O 1 kcal/mol Ø 101
Y 2 2 Z Y = Z = Y = Z = 3 etán n-bután YZ Z Y Z Z Z Y Z ZY Y Y Y 0 o 60 o 120 o 180 o 240 o 300 o 360 o óra járásával megegyező -360 o -300 o -240 o -180 o -120 o -60 o 0 o óra járásával ellentétes synperiplanar synklinal antiklinal antiperiplanar antiklinal synklinal "syn" "anti" 102
minimum E(Θ) M 1/2 M M 1/2 M m m m 0o 120o Θ 240o 360o Maximum M = m 103
E (kcal) 5,8 E: szabadentalpia-különbség 3 3 3 3 2,9 3 3 3 3 0,7 0 3 3 3 3 3 3 0 60 120 180 240 300 360 diéderes szög szinperiplanáris szinklinális antiklinális antiperiplanáris antiklinális szinklinális 104
gauche anti arány G 0 = G 0 1 - G 0 2 K = e G 0 RT G = - RT ln K G = - T S = 0,74 S = 2 K = 1,9 minden gauche konformerre két anti forma jut K= [a]/[g] Ø 105
0o 0o 60o 60o 120o 120o 180o 180o 240o 240o 300o 300o 360o 360o R E L A T Í V E N E R G I A ANTI EFFEKTUS GAUE EFFEKTUS EXTRÉM GAUE EFFEKTUS 3 3 TORZIÓS SZÖG Z Y Z Y Z Y Z Y Z Y ZY ZY F O repulsions F 106
Anti-effect antiperiplanar position orbital attractive interactions interactions 107
Extrem gauche effect repulsions F repulsions F O 108
- - - - -F -F Ø 109
Gyűrűfeszültség ikloalkánok ipotetikus planáris rendszerek Baeyer vegyértékszög-deformáció (anguláris/gyűrű feszülés) Pitzer anti-álláshoz képesti energiatöbblet (torziós feszülés) Nem planáris vegyületek van der Waals nemkötő atomok szterikus kölcsönhatása V-alakú boríték twist szék pszeudorotáció 110
kcal/mol Gy ű r ű f e sz ü l é s határérték 3 4 5 6 7 8 9 10 Gyűrűtagszám 111
l l l l l l mezo SS RR cisz transz * * iklopropán OO OO O O S R OO OO O O R R OO OO O O S S intramolekuláris tükörsík diasztereomerek diasztereomerek enantiomerek 112
Z iklohexán félszék kád Ea+ E Z félszék csavart kád Ea(a e) csavart kád Ea(a e) Z E kb. 2 kcal szék kb. 5% kb. 95% szék Z 113
A 3-3 nemszomszédos szénatom által definiált síkokra merőleges kötésirányok: axiális A többi kötés e két sík között van: ekvatoriális Pszeudorotáció: a gyűrűs vegyületek konformerjei szögfeszültség nélkül alakulnak egymásba 114
transz 1,2-diszubsztituált ciklohexán a Z Z a e Z e Z cisz 1,2-diszubsztituált ciklohexán Z a Z e Z a e Z 115
transz 1,3-diszubsztituált ciklohexán Z e Z a a Z e Z cisz 1,3-diszubsztituált ciklohexán Z a Z a Z e e Z 116
transz 1,4-diszubsztituált ciklohexán a Z Z a Z e e Z cisz 1,4-diszubsztituált ciklohexán Z e Z a Z e a Z 117
Ø 118
cisz-1,2-dimetilciklohexán 3 3 + 12 O 2 transz-1,2-dimetilciklohexán 3 3 1,5 kcal/mol + 12 O 2-1248,3 kcal/mol - 1246,8 kcal/mol 8 O 2 + 8 2 O 119
Diszubsztituált ciklohexánok szerkezeti izomerjeinek konformációs viszonyai Szerkezeti izomer cisz Geometriai izomer transz 1,2 1,4 a,e e,a a,a e,e 1,3 a,a e,e a,e e,a 120
Ø 121
1,2-helyzetben különböző helyettesítőket tartalmazó ciklohexán származékok konfigurációs és konformációs viszonyai Konfigurációs enantiomerek Konfigurációs enantiomerek Konfigurációs Konfigurációs Konfigurációs diasztereomerek diasztereomerek Konfigurációs diasztereomerek Konformációs Konformációs diasztereomerek diasztereomerek diasztereomerek Br N 2 Br N 2 Br N 2 Br N 2 1a 4b 1b 4a N 2 N 2 Br 2a Br 3b N 2 2b Br Br 3a N 2 Br N 2 Br N 2 Br Br 3a 2b N 2 3b 2a N 2 N 2 Br N 2 4a Br 1b N 2 4b Br Br 1a N 2 Ø 122
Dekalin cisz transz 123
transz-transz-transz anelláció cisz-transz-transz anelláció D B A D B A R R D B A R D B A R 3 3 3 3 Ø 124
A kiralitás kialakulása és 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 (a természet homokirális) Ø 125
Az optikai aktivitás eredete, szénhidrátok kiralitáscentrumának kiépülése a természetben Ø 126
Ø127