STEREOCHEMIA ORGANICZNA

Podobne dokumenty
STEREOCHEMIA ORGANICZNA

STEREOCHEMIA ORGANICZNA

4. Stereoizomeria. izomery. konstytucyjne różne szkielety węglowe, różne grupy funkcyjne różne położenia gr. funkcyjnych

7-9. Stereoizomeria. izomery. konstytucyjne różne szkielety węglowe, różne grupy funkcyjne różne położenia gr. funkcyjnych

Chemia organiczna. Stereochemia. Zakład Chemii Medycznej Pomorskiego Uniwersytetu Medycznego

RJC # Alk l a k ny n Ster St eoi er zom eoi er zom y er Slides 1 to 30

Oznaczenia konfiguracji absolutnej związków konformacyjnie labilnych

Ćwiczenie 9 Wyznaczanie skręcalności właściwej sacharozy, glukozy i fruktozy (zjawisko inwersji)

Stereochemia Jak przedstawiamy cząsteczkę z węglem tetraedrycznym:

Stereochemia Ułożenie atomów w przestrzeni

II ROK CHEMII GRUPA C1 Zadania na 17 stycznia 2011 r. Cukry odpowiedzi. 1. Zapisz wzory Fischera produktów reakcji D-glukozy z: a.

STEREOCHEMIA ORGANICZNA Wykład 6

Badanie właściwości optycznych roztworów.

IZOMERIA Izomery - związki o takim samym składzie lecz różniące się budową

Chemia organiczna. Stereochemia. Zakład Chemii Medycznej Pomorskiego Uniwersytetu Medycznego

Kinetyka reakcji hydrolizy sacharozy katalizowanej przez inwertazę

Repetytorium z wybranych zagadnień z chemii

LASERY I ICH ZASTOSOWANIE

Skręcenie wektora polaryzacji w ośrodku optycznie czynnym

Polarymetr służy do pomiaru skręcenia płaszczyzny polaryzacji światła w substancjach

ZAAWANSOWANE METODY USTALANIA BUDOWY ZWIĄZKÓW ORGANICZNYCH

Izomerię konstytucyjną można podzielić na podgrupy a) izomeria szkieletowa, która polega na różnej budowie szkieletu węglowego cząsteczek Przykład:

Węglowodany. Monosacharydy Oligosacharydy Polisacharydy. Skrobia Celuloza Glikogen. Aldopentozy (ryboza) Disacharydy. Ketopentozy (rybuloza)

POLITECHNIKA BIAŁOSTOCKA

WYKŁAD 2 Podstawy spektroskopii wibracyjnej, model oscylatora harmonicznego i anharmonicznego. Częstość oscylacji a struktura molekuły Prof. dr hab.

FIZYKOCHEMICZNE METODY USTALANIA BUDOWY ZWIĄZKÓW ORGANICZNYCH. Witold Danikiewicz

LASERY I ICH ZASTOSOWANIE W MEDYCYNIE

Polarymetryczne oznaczanie stężenia i skręcalności właściwej substancji optycznie czynnych

Wykład 17: Optyka falowa cz.1.

CHIRALNOŚĆ WŁAŚCIWOŚĆ MATERII EGZOTYCZNA CZY WSZECHOBECNA?

Konformacje cykloheksanu

Podczerwień bliska: cm -1 (0,7-2,5 µm) Podczerwień właściwa: cm -1 (2,5-14,3 µm) Podczerwień daleka: cm -1 (14,3-50 µm)

II.6 Atomy w zewnętrznym polu magnetycznym

Spektroskopia molekularna. Spektroskopia w podczerwieni

Ćwiczenie Nr 6 Skręcenie płaszczyzny polaryzacji

KINETYKA INWERSJI SACHAROZY

Politechnika Wrocławska Wydział Chemiczny Zakład Materiałów Polimerowych i Węglowych. Analiza składu enancjomerów

DRGANIA SWOBODNE UKŁADU O DWÓCH STOPNIACH SWOBODY. Rys Model układu

Ćwiczenie 3 Pomiar równowagi keto-enolowej metodą spektroskopii IR i NMR

Spektroskopowe metody identyfikacji związków organicznych

Spis treści ELEMENTY STEREOCHEMII

Optyczna spektroskopia oscylacyjna. w badaniach powierzchni

spektropolarymetrami;

Zastosowanie spektroskopii NMR do określania struktury związków organicznych

CO_05_W: Stereochemia

1. Od czego i w jaki sposób zależy szybkość reakcji chemicznej?

STEREOCHEMIA ORGANICZNA

RÓWNOWAGI REAKCJI KOMPLEKSOWANIA

Wykład 5 Widmo rotacyjne dwuatomowego rotatora sztywnego

Spektroskopia. Spotkanie pierwsze. Prowadzący: Dr Barbara Gil

BADANIE INTERFEROMETRU YOUNGA

Laboratorium z chemii fizycznej. Zakres zagadnień na kolokwia

Elementy symetrii. obiekt geometryczny taki jak linia, płaszczyzna lub punkt, względem którego dokonuje się operacji symetrii.

Spektroskopia molekularna. Ćwiczenie nr 1. Widma absorpcyjne błękitu tymolowego

Węglowodory poziom rozszerzony

Wykład 3. Makrocząsteczki w roztworze i w stanie skondensowanym.

Ćwiczenie 2 Przejawy wiązań wodorowych w spektroskopii IR i NMR

II Podkarpacki Konkurs Chemiczny 2009/10. ETAP II r. Godz Zadanie 1 (10 pkt.)

ZASADY ZALICZENIA PRZEDMIOTU CHEMIA BIOORGANICZNA I BIOSTEREOCHEMIA

Skręcenie płaszczyzny polaryzacji światła w cieczach (PF13)

Obliczenia chemiczne. Zakład Chemii Medycznej Pomorski Uniwersytet Medyczny

ZASADY ZALICZENIA PRZEDMIOTU MBS

Materiały do ćwiczeń z matematyki. 3 Rachunek różniczkowy funkcji rzeczywistych jednej zmiennej

Wyznaczanie momentu magnetycznego obwodu w polu magnetycznym

Izomeria cukrów prostych

Laboratorium techniki laserowej. Ćwiczenie 5. Modulator PLZT

ZAAWANSOWANE METODY USTALANIA BUDOWY ZWIĄZKÓW ORGANICZNYCH. Witold Danikiewicz. Instytut Chemii Organicznej PAN ul. Kasprzaka 44/52, Warszawa

Weglowodany. Nazwa pochodzi od wzoru sumarycznego: C x (H 2. O) y

Drgania i fale II rok Fizyk BC

Magnetyczny Rezonans Jądrowy (NMR)

GWIEZDNE INTERFEROMETRY MICHELSONA I ANDERSONA

Ćwiczenie 74. Zagadnienia kontrolne. 2. Sposoby otrzymywania światła spolaryzowanego liniowo. Inne rodzaje polaryzacji fali świetlnej.

Zagadnienia. Budowa atomu a. rozmieszczenie elektronów na orbitalach Z = 1-40; I

Instrukcja do ćwiczenia jednopłaszczyznowe wyważanie wirników

Analiza termiczna Krzywe stygnięcia

POMIAR NATURALNEJ AKTYWNOŚCI OPTYCZNEJ

IZOMERIA OPTYCZNA. Znaczenie izomerii optycznej.

BADANIE INTERFERENCJI MIKROFAL PRZY UŻYCIU INTERFEROMETRU MICHELSONA

Mechanika kwantowa. Jak opisać atom wodoru? Jak opisać inne cząsteczki?

Pomiar kąta skręcenia polaryzacji światła oraz skręcalności właściwej roztworów sacharozy I. Wstęp, zastosowania metody w medycynie

Wskaż grupy reakcji, do których można zaliczyć proces opisany w informacji wstępnej. A. I i III B. I i IV C. II i III D. II i IV

CHEMIA. Wymagania szczegółowe. Wymagania ogólne

ZADANIE 111 DOŚWIADCZENIE YOUNGA Z UŻYCIEM MIKROFAL

ZAAWANSOWANE METODY USTALANIA BUDOWY ZWIĄZKÓW ORGANICZNYCH. Witold Danikiewicz

I. PROMIENIOWANIE CIEPLNE

Seria 2, ćwiczenia do wykładu Od eksperymentu do poznania materii

Fizyka elektryczność i magnetyzm

relacje ilościowe ( masowe,objętościowe i molowe ) dotyczące połączeń 1. pierwiastków w związkach chemicznych 2. związków chemicznych w reakcjach

Fizyka 11. Janusz Andrzejewski

Optyka. Wykład V Krzysztof Golec-Biernat. Fale elektromagnetyczne. Uniwersytet Rzeszowski, 8 listopada 2017

Wykład z Chemii Ogólnej i Nieorganicznej

OPTYKA KWANTOWA Wykład dla 5. roku Fizyki

Zad Sprawdzić, czy dana funkcja jest funkcją własną danego operatora. Jeśli tak, znaleźć wartość własną funkcji.

METODY SPEKTROSKOPOWE II. UV-VIS od teorii do praktyki Jakub Grynda Katedra Technologii Leków i Biochemii

PODSTAWY CHEMII INŻYNIERIA BIOMEDYCZNA. Wykład 2

Metody rezonansowe. Magnetyczny rezonans jądrowy Magnetometr protonowy

STEREOCHEMIA ORGANICZNA

O MATURZE Z CHEMII ANALIZA TRUDNYCH DLA ZDAJĄCYCH PROBLEMÓW

OZNACZANIE ŻELAZA METODĄ SPEKTROFOTOMETRII UV/VIS

Zastosowanie spektroskopii NMR do badania związków pochodzenia naturalnego

Transkrypt:

STERECEMIA RGANICZNA Sławomir Jarosz Wykład 3

Konfiguracja względna Ułożenie grup (atomów) względem siebie trans cis Konfiguracja absolutna Bezwzględne ułożenie atomów w przestrzeni trans trans cis

W jaki sposób wyznaczyć konfigurację absolutną cząsteczki Jakimi metodami można określić bezwzględne ułożenie atomów w przestrzeni W roku 1874 van t off i Le Bell stwierdzili, że modele A oraz B są na siebie nienakładalne; jeden skręca płaszczyznęświatła spolaryzowanego w lewo a drugi w prawo o ten sam kąt. b a d c c d a b Ale: który jest który???? B A

Są dwie możliwości oznaczania konfiguracji absolutnej 1. bliczenia kwantowo - mechaniczne W roku 1934 udało się W. Kuhnowi skorelować polaryzowalność wiązania ze skręcalnością optyczną Trudności obliczeniowe jednak spowodowały, że dopiero w roku 1952 opublikowano pierwsze obliczenia skręcalności optycznej trans-2,3-epoksybutanu. Ten związek można skorelować z kwasem winowym 2. rentgenografia

związek chiralny Me Me konfigurację powiązano ze skręcalnością na drodze obliczeń teoretycznych C C C C

C C C C C aldehyd D-glicerynowy

C C D-erytroza D-treoza C C szereg D (konfiguracja R) szereg L (konfiguracja S) CUKRY C C D-ryboza D-arabinoza C C D-ksyloza D-liksoza

szereg D All Altruits Gladly Make Gum In Gallon Tanks Alloza altroza glukoza mannoza guloza idoza galaktoza taloza

Wyznaczanie konfiguracji absolutnej metodami rentgenograficznymi Dyfrakcja promieni X na lekkich jądrach (, C, N, ) daje obraz zależny jedynie od położenia. Tym samym zgodność faz nie zależy od tego, po której stronie (prawej czy też lewej) znajduje się atom Tą metodą można określić TYLK WZGLĘDNĄ konfigurację Jądra ciężkich atomów pochłaniają promienie X w pewnym zakresie krzywej absorpcji. Jeśli λ odpowiada progowi absorpcji ciężkiego atomu to obok absorpcji nastąpi przesunięcie fazowe (anomalna absorpcja). To zjawisko pozwala określenie na ułożenia atomów w przestrzeni

Podstawowe zainteresowanie chemii organicznej To wyznaczanie konfiguracji WZGLĘDNEJ!!! Jeśli konfiguracja przynajmniej jednego centrum stereogenicznego jest znana To tym samym znamy konfigurację absolutną wszystkich pozostałych centrów JAK RZRÓŻNIĆ ZWIĄZKI w łatwy sposób

trans trans cis Forma dl (+/-) racemat Forma mezo Jak łatwo rozróżnić obie formy??? Czasami poprzez analizę spektralną Czasami poprzez korelacje chemiczne

W reakcjach chemicznych pod nieobecność zewnętrznych źródeł chiralności powstają zawsze związki nieczynne optycznie Mogą to być albo układy achiralne (np. kwas mezo-winowy) albo też racemiczne (równomolowe mieszaniny) np. kwasu R,R-winowego oraz S,S-winowego) Racematy mogą różnić się temperaturą topnienia od czystych enancjomerów!!! Jeśli zatem mamy wzbogacony racemat (tzn. mieszaninę enancjomerów np. w proporcji 85:15) to czysty enancjomer można otrzymać przez krystalizację.

Wykresy fazowe krystalicznych mieszanin konglomerat racemat Roztwór stały

C Me C Me oś C 2 brak σ chiralny C Me C Me środek i achiralny

Wyznaczanie konfiguracji względnej poprzez analizę spektralną Przede wszystkim STAŁE SPRZĘŻENIA 1 NMR R R J 1,2 = ~ 15 z R R J 1,2 = ~ 11 z 1 4 3 2 J 1,2 ~ 10 z J 2,3 = 3-5 z J 3,4 ~ 3-4 z

Efekty NE oddziaływanie przez przestrzeń R R 9 1 5 R C 2 Ph 10 Bn 1 9 Ac 6 4 ' '' MM Bn 1-5, 1-8, 6-9 6-10 9.5% 10-3 5.2% 3-4" 5.2% 1-2 3.2% 7-9 4.5% 1-9 6.2% 5-7 4.2% 6-8 4.5%

grupa C 2 grupa C s Br Br Br Br S S Br Br Br Br S S

Br Br Br Br S tożsame S Br Br Br Br S różne S

C 2 C 2 C 2 C 2 tożsame C 2 C 2 C 2 różne C 2

Ustalanie konfiguracji względnej metodami chemicznymi galaktoza [α] D = 0 pochodna liksozy [α] D = 0 C 2 pochodna rybozy [α] D = 0 C 2 C 2 [α] D = 0 C 2 lub [α] D = 0 galakcitol [α] D = 0 lub C 2 C 2

Cyklostereoizomeria

Cyklostereoizomeria

Cykloenancjomeryczne cykloheksyloalaniny

SKRĘCALNŚĆ, skręcalność optyczna, właściwość substancji optycznie czynnej, polegająca na skręcaniu płaszczyzny polaryzacji światła podczas przechodzenia światła spolaryzowanego przez tę substancję; skręcalność właściwa skręcenie (w stopniach) płaszczyzny polaryzacji światła monochromatycznego podczas przechodzenia przez 10-centymetrową warstwę roztworu związku optycznie czynnego zawierającego 1 g tego związku w 1 cm 3 ; skręcalność molowa iloczyn skręcalności właściwej i 1 / 100 masy molowej związku optycznie czynnego; kąt skręcenia (mierzony w odpowiednich warunkach, zwykle w temp. 20 C) płaszczyzny polaryzacji światła monochromatycznego charakteryzuje daną substancję jest jej indywidualną cechą, w przypadku roztworów związków optycznie czynnych zależy także od stężenia; Pomiar kąta skręcenia płaszczyzny polaryzacji światła jest wykonywany w polarymetrach.

Zjawiska chiralooptyczne ddziaływania światła spolaryzowanego z chiralnym ośrodkiem a. Światło płasko polaryzowane b. Światło kołowo spolaryzowane w prawo

Zjawiska chiralooptyczne ddziaływania światła spolaryzowanego z chiralnym ośrodkiem c. ddziaływanie wektorów elektrycznych światła kołowo spolaryzowanego w prawo i w lewo w próżni d. ddziaływanie składowych E P oraz E M o niezgodnych fazach e. ddziaływanie składowych E P oraz E M o zgodnych fazach lecz różnej wielkości f. Połączony efekt przesunięcia fazowego i zróżnicowanej absorpcji E P oraz E M

ddziaływanie ELIS E P oraz E M z chiralnym ośrodkiem jest diastereoizomeryczne tzn. w każdym przypadku powstaje inny (nawet skalarny) wynik. W szczególności gdy obie te składowe przenikają przez ośrodek chiralny zarówno szybkość jak i współczynnik absorpcji składowej lewoi prawo-skrętnej różnią się między sobą co powoduje pojawienie się opóźnienia fazowego oraz prowadzi do zróżnicowania wielkości wektorów. Sumowanie wektorów o niezgodnych fazach daje wypadkowy wektor wirujący (rys. d), wypadkowa wektorów o różnej wielkości wyznacza elipsę (rys. e). Wspólny efekt jednoczesnego wystąpienia obu zjawisk to utworzenie elipsy wirującej wokół osi głównej (rys. f)

Zróżnicowane opóźnienie lewo- i prawoskrętnie spolaryzowanego światła wytwarza dwójułomność kołową [α] = π/λ (n M n P. ) Zróżnicowana absorpcja prowadzi do dichroizmu kołowego n wsp. refrakcji φ = π/λ (k M k P. ) Skręcalność właściwa k wsp. absorpcji światła kołowo spolaryzowanego [α] λ = 100 α / l c α skręcalność zmierzona l długość; c stężenie wyrażone w gramach na 100 ml

Zależność między widmem w obszarze UV, dyspersją skręcalności optycznej (RD) i dichroizmem kołowym CD dla kwasu (+)kamforosulfonowego Przejście jest optycznie czynne wtedy gdy wytwarza się elektryczny moment dipolowy (µ) jak i magnetyczny moment przejścia (m)

Efekt Cottona DDATNI Efekt Cottona Ujemny gdy ujemne maksimum RD (oraz CD) występuje przy niższych częstościach

Chromofory genetycznie chiralne

Achiralne chromofory sprzężone dynamicznie Chiralnie zaburzone chromofory achiralne

Quasi enancjomery

Przewidywanie znaku efektu Cottona dla niektórych genetycznie chiralnych chromoforów

Przewidywanie znaku efektu Cottona dla niektórych genetycznie chiralnych chromoforów

Symetria przejścia n π*

REGUŁA KTANTÓW

Spektroskopia CD pozwala na 1. Potwierdzenie czynności optycznej związku 2. Na podstawie reguł empirycznych na określenie konfiguracji absolutnej Bn Bn Bn Me 7S Bn Bn Bn Me 7R

Mol. CD 2 313.5 nm, 1.48 1 7S R 0-1 7R 315.5 nm, -1.25 R -2 250 300 350 400 Wavelenght [nm] R (-) Mo R Mo

Konformacje związków węgla energia oddziaływania niewiążącego E nw = Be -µr - A/r 6 przy zbliżaniu dwóch chemicznie związanych jąder atomów wystąpi pewna odległość międzyjądrowa, dla której sumaryczna energia wykazuje minimum. To tzw. równowagowa długość wiązania (l 0 ). Rozciąganie (lub ściskanie wiązań wywołuje reakcję jak w przypadku sprężyn a generowaną przy tym energię określa prawo ooka E l = 1/2 k l (l - l 0 ) 2 Podobna zależność występuje dla kątów E θ = ½ k θ (θ θ 0 ) 2 K θ stała siłowa = 80 320 kj/mol -1 rad -1

Konformacje etanu obrót o 60 0 60

Konformacje butanu C 3 Me 60 C 3 obrót o 180 Me 0 C 3 C 3 Me Me

antyperiplanarna synperiplanarna synklinalna antyklinalna

Jak oszacować populację konformerów (uwzględniamy tylko synklinalne i antyperi planarne) różnica energii między konformerami: G = G - G 1 2 G = - T S K = exp(- G 0 / RT)

= 3.05 KJ / mol G = 3.05 1.76 = 1.29 KJ / mol K = exp(- G 0 / RT) konformacje mają jednakową ilość stopni swobody uwzględniamy zatem tylko czynnik statystyczny = 2 konformacje synklinalne są enacjomeryczne zatem S jest równoważna entropii mieszania wynikającej z tworzenia mieszaniny racemicznej; jej wartość w każdym przypadku wynosi R ln 2 K = 1.7 a : b = 1.7 a = 63%; b = 37%

Zależność między ilorazem populacyjnym konformerów (stałą K) aoraz procentową zawartością głównego składnika w mieszaninie

Konformacja uprzywilejowana s-trans s-cis s-trans s-cis ν (C=) = 1674 cm -1 ν (C=) = 1698 cm -1 ν (C=C) = 1643 cm -1 ν (C=C) = 1631 cm -1

STEREIZMERIA CZĄSTECZEK CYKLICZNYC Zamknięcie łańcucha z utworzeniem pierścienia powoduje wzrost symetrii układu w rezultacie zaniku grup końcowych

STEREIZMERIA CZĄSTECZEK CYKLICZNYC X X X trójpodstawione X X Grupa C 3v X Grupa C s

CYKLEKSAN A A A A A A ś C 6 6 x s v Temat do ćwiczeń: znaleźć wszystkie elementy symetrii tego układu jeśli pierścień sześcioczłonowy jest płaski (a wszystkie podstawniki są takie same np. )

A A A A A A A A A A A A B C B C A D A D F E F E Przypadek ogólny Ilość izomerów = 2 6 = 64 Jeden z 64 stereoizomerów

A B F C Wiązania aksjalne Wiązania ekwatorialne D E Konformacja krzesłowa

Sachse jako pierwszy (w 1890 r.) wykazał, że cykloheksan nie jest płaski i może występować w dwóch formach: krzesłowej oraz łodziowej Konformacja krzesłowa Konformacja łodziowa Konformacja skręconej łódki

oś C 3 Środek symetrii C C C C C C C 2 Chair = C oś C 2 3 osie C 2 3 x σ v Grupa D 3v Grupa C2v Boat = B oś C 2 TB Grupa chiralna Grupa D 2

bardzo silne oddziaływania destabilizujące A B C 3 C 3 występuje tylko ten konformer