G zego g r o z M z lo l s o to

Transkrypt

1 Znaczenie dbicia Lustrzanego Importance of the mirror image Grzegorz Mlostoń Zakład Związków eteroorganicznych Uniwersytet Łódzki

2 PRZYKŁADY CZĄSTECZEK RGANICZNYC NIEZBĘDNYC DLA PRAWIDŁWEG DBIRU WRAśEŃ WZRKWYC N 2 11-cis-retinal (absorbuje swiatło w procesie patrzenia) N serotonina (jeden z podstawowych neurotransmiterów w organiźmie ludzkim) WYBRANE PRZYKŁADY FINE CEMICALS N N N N S N N chiralny atom węgla * Sidenafil (Viagra) (brak centrów chiralnych) Witamina C (kwas askorbinowy) (cząsteczka chiralna)

3 Prawdziwa Nauka to fizyka; wszystko inne jest tylko zbieraniem znaczków (pocztowych). Science is physics; everything else is postage stamps collecting. (Ernest Rutherford)

4 Lewis Carrol to pseudonim angielskiego pisarza i matematyka Charla Ludwiga Dodgsona, ur. 27 stycznia 1832 roku. Jest on szczególnie znany jako autor opowieści Alicja w krainie czarów (Alice s Adventures in Wonderland; opublikowanej po raz pierwszy w 1865 r.). Carrol wymyślił swój pseudonim poprzez przetłumaczenie swoich imion na Łacinę Cardus Lodovicus i następnie utworzenie angielskiego równowaŝnika Lewis Carrol.

5

6 Znaczenia odbicia lustrzanego

7

8 Lord Kelwin

9 Figurę geometryczną lub grupę punktów określam jako chiralną wtedy, jeŝeli posiada ona odbicie lustrzane, które nie moŝe być na nią nałoŝone. Dwie jednakowe rozmiarami prawe ręce są podobne homochiralnie. Dwie jednakowe rozmiarami ręce, prawa i lewa są podobne heterochiralnie. KaŜdy obiekt chiralny i jego odbicie lustrzane wykazują podobieństwo heterochiralne. *I call any geometrical figure, or group of points, chiral, and say that it has chirality if its image in a plane mirror, ideally realized, cannot be brought to coincide with itself. Two equal and similar right hands are homochirally similar. similar. Definicja chiralności Lorda Kelvina

10 Chiralność grafika szwajcarskiego artysty ansa Erniego

11 Motywy roślinne na kolumnach prawosławnej cerkwi w Zagorsku (Rosja)

12 Muszla ślimaka Pyramidula pusilla: odwrócona (z lewej strony) i normalna (z prawej strony) Muszla ślimaka Pseudalinda fallax; odwrócona (z lewej strony) i normalna (z prawej strony)

13

14 L- i D- kwarc

15 STRUKTURA ELISY α PRZYKŁADWEG PLIPEPTYDU. WIĄZANIA WDRWE ZNACZNE SĄ LINIĄ PRZERYWANĄ

16 PLIMER DNA NIE JEST PJEDYŃCZYM ŁAŃCUCEM (ELISĄ), LECZ STANWIĄ G DWA ŁAŃCUCY UŁśNE W FRMĘ PDWÓJNEJ ELISY.

17

18 WIELKIE NAZWISKA W ISTRII STERECEMII dkrywca czynności optycznej Rozdzielił enancjomery Zaproponował tertaedryczną strukturę atomu węgla Zidentyfikował 16 aldoheksoz Twórca reguł nazewnictwa R/S & Z/E

19 TETRAEDRYCZNA STRUKTURA CZĄSTECZKI METANU

20 FRMY ENANCJMERYCZNE α AMINKWASU

21

22 Sposoby Przedstawiania Struktur Enancjomerycznych Projekcja Fischera System R-, S- (Reguły Ingolda Cahna i Preloga)

23 NATURA JEST MCIRALNA! płaszczyzna lustrzana C * C 2 C * C 2 Aldehyd D-(+)-glicerynowy Aldehyd L(-)-glicerynowy L

24 Naturalnie Występujące α-aminokwasy NaleŜą do Szeregu L- N 2 C N 2 C N 2 C S N (L)-fenyloalanina (L)-cysteina (L)-tryptofan Naturalnie Występujące Węglowodany (Cukry) NaleŜą do Szeregu D- C * * * * C 2 D-(+)-glukoza C * * * C 2 D-(-)-ryboza

25 C 3 C 3 C 3 C 3 C 3 C 3 N C 2 C 3 ILE CENTRÓW CIRALNYC ZAWIERAJĄ CZĄSTECZKI PRZEDSTAWINYC ZWIĄZKÓW Witamina A (brak centrów chiralnych) Kokaina (4 centra chiralne) ilość stereoizomerów 2 4 = 16? C 3 C 3 N N W ilu postaciach występują? Testosteron (6 centrów chiralnych) ilość stereoizomerów 2 6 = 64) Barbital (Veronal) cząsteczka wysoce symetryczna (brak centrów chiralnych) Pamiętaj liczba stereo- izomerów = 2 n )

26 Pionier w zakresie mikrobiologii W swojej pracy odnoszącej się do badań chemicznych, dokonał rozdziału enancjomerycznych form kwasu winowego. Roztwór kwasu winowego uzyskanego z osadów po fermentacji wina skręcał płaszczyznę światła spolaryzowanego. Kwas winowy uzyskany na drodze syntezy nie wykazywał takiej właściwości. Louis Pasteur ( )

27 Kryształy Winianu Sodowo-Amonowego C - C - Na + N 4 +

28 Polarymetr

29 Pomiar Skręcalności Polarymetr słuŝy do pomiaru kąta skręcenia płaszczyzny światła spolaryzowanego, które przeszło przez badany roztwór Światło emitowane ze źródła przechodzi przez polaryzator i następnie, kąt skręcenia jest mierzony przez drugi polaryzator Kąt skręcenia płaszczyzny światła spolaryzowanego określa tzw. skręcalność optyczną (optical rotation)

30 Inwersja Sacharozy; Cukier Inwertowany Sacharoza (disacharyd nie redukujący)

31 Inwersja Sacharozy; Cukier Inwertowany Sacharoza [α] D = D-Glukoza [α] D = D-Fruktoza [α] D = Cukier Inwertowany [α] D = Enzymy - Inwertazy

32 Mutarotacja Glukozy Czysta α-d-glukopiranoza skręcalność właściwa [α] D = o Czysta β- D-glukopiranoza skręcalność właściwa [α] D = 18.7 o

33 Mutarotacja Glukozy Forma α Forma β W stanie równowagi roztwór wodny D-glukozy zawiera 35,5% formy α ([α] D = ) i 64,5% formy β ([α] D = +18.7) i wykazuje skręcalność właściwą [α] D = +52,6

34 Płaszczyzna aktywna enzymu oddziaływuje tylko z jednym enancjomerem

35 Dwa niesławne pestycydy p,p -DDT and p,p -DDD są powaŝnym zagroŝeniem dla środowiska naturalnego Cl Cl Cl Cl CCl 3 CCl 2 p,p'-ddt p,p'-ddd Cl Cl Cl * CCl 3 Cl * CCl 2 o,p'-ddt o,p'-ddd

36 Limonen (R) (S) * * (R) N (R) zapach pomarańczy * Karwon * smak mięty Talidomid N zapach cytryn * N smak kminku (S) [α] D * N (S) AKTYWNŚĆ BILGICZNA WIELU ZWIĄZKÓW ZKÓW ZALEśY D KNFIGURACJI CENTRÓW CIRALNŚCI deformujący płód (teratogen) uspokajający

37 Na Przykład... Talidomid N N Talidomid ma jedno centrum asymetryczne; występuje w postaci dwóch enancjomerów. (-)-talidomid potencjalny mutagen (+)-talidomid skuteczny lek

38 Na Przykład... Karwon Karwon posiada jedno centrum asymetryczne, występuje w postaci dwóch stereoizomerów (enancjomerów)! (-)-karwon zapach mięty (+)-karwon zapach kminku

39 AMFETAMINA FRMY ENANCJMERYCZNE

40 Związki enancjomeryczne Leki Amfetamina Epinetryna Bioaktywność Izomer d- jest silnym środkiem działającym na centralny układ nerwowy, izomer l- nie wykazuje takiego działania Izomer l- jest 10 razy bardziej aktywny jako środek rozszerzający naczynia krwionośne, niŝ izomer d-.

41 Witaminy Kwas askorbinowy (witamina C) Bioaktywność Izomer (+) jest skutecznym środkiem przeciw szkorbutowi; izomer (-) nie posiada takich właściwości Insektycydy Bermetrina Izomer d- jest o wiele bardziej toksyczny dla insektów niŝ izomer l-.

42

43

44 Diels-Alder X X Mukayama aldol aldehyde allylation hydrogenation alkene isomerization P P eck reaction hydrogenation hydrophosphination hydroacylation hydrosilylation Bayer-Villiger oxidation X = BINL X = PPh 2 BINAP M alkene reduction imine reduction alkene carbometallation zigler-natta polymerization MeDuPhos Ph Ph Me Me Ph Ph Diels-Alder aldehyde alkylation ester alalcoholysis iodolactonization PPULARNE LIGANDY D SYNTEZY ASYMETRYCZNEJ Brintziger's ligand TADDLate ligand t-bu N M N t-bu N N t-bu t-bu Bis(oxazoline) Diels-Alder Mukayama aldol conjugate addition cyclopropanation aziridination t-bu t-bu Salen complexes epoxidation epoxide ring-opening Diels-Alder imine cyanation conjugate addition Me N N Cinchonina alkaloid derivatives dihydroxylation acylation heterogenous hydrogenation phase transfer catalysis

45 C + Et 2 Zn ligand benzen Et Et (R)- (S)- Ligand : Wyd. ee : S S S N N N Me Me Pr i Pr i 50 % 50 % 99 % 97 % 99 % 93 % Przykład Syntezy Asymetrycznej S N Me 95 % 94 % M. Rachwalski et al. T etrahedron: Asymmetry 2009, 20,

46 W podsumowaniu biekty chiralne pozostają w relacji przedmiotu oraz jego odbicia lustrzanego. Związki chemiczne wykazujące chiralność występują w postaci izomerów przestrzennych (stereoizomerów), zwanych izomerami optycznymi. Najczęstszą przyczyną występowania izomerów optycznych jest obecność węgla asymetrycznego tworzącego centrum stereogeniczne cząsteczki. Izomery optyczne (enancjomery) wykazują te same cechy fizykochemiczne oraz taką samą reaktywność wobec związków achiralnych, lecz róŝnią się kierunkiem skręcenia płaszczyzny światła spolaryzowanego [enancjomer (+) lub enancjomer (-)]. Czystość optyczną (nadmiar enacjomeryczny) związku optycznie czynnego moŝna ustalić, m. in. na podstawie pomiaru polarymetrycznego (o ile znana jest wartość [α] D dla czystego enancjomeru). Izomery optyczne (enancjomery) związków biologicznie czynnych wykazują na ogół zróŝnicowaną aktywność biologiczną.