6. fejezet - Sztereokémia

Sztereokémia

• kémia három dimenzióban
• szerkezeti és reaktivitási effektus

Enantiomerek

• tükörképi izomerek
• mint a jobb és a bal kéz
• akkor figyelhetô meg, amikor egy szénhez négy különbözõ csoport kapcsolódik
  CHXYZ vagy CX₁X₂X₃X₄

Enantiomer példák

További példák (molekulamodellek)

Kiralitás

• a tükörképétõl különbözõ molekula
• ha egy molekula bármilyen szimmetriaelemmel rendelkezik (pl. tükörsík), akkor akirális

Sztereogén centrumok

• sztereocentrum vagy királis centrum
• egy molekula sztereogén centrummal (pl. CX₁X₂X₃X₄) királis lesz
• a sztereogén centrum nem lehet:
  sp- vagy sp²-hibridizált (sp³ kell legyen)
  két egyforma szubsztituenst viselõ atom (pl. egy -CH₂- csoport)

Királis molekulák azonosítása

• akirális
  
  
  
• királis
  

Enantiomerek tulajdonságai

• az enentiomerek minden fizikai és kémiai tulajdonsága megegyezik, KIVÉVE:
• különbözõképpen reagálnak egy másik királis molekulával
  (mint amikor a bal- vagy jobbkezes kesztyût próbáljuk fel; a jobb és a bal kéz különbözõen reagál)
• a síkban polarizált fény síkját azonos mértékben, de ellenkezõ irányban forgatják el

Optikai aktivitás

• a királis vegyületek elforgatják a síkban polarizált fény síkját
• a forgatást fokokban adják meg
  óramutató járásával megegyezõ irány (+) vagy
  óramutató járásával ellenkezõ irány (-)
• polarimeter - optikai aktivitást mérõ mûszer

Fajlagos forgatás

• standard optikai forgatás: 1 g/ml anyag optikai forgatása egy standard 1 deciméteres (10 cm) cellában mérve
• [a] = a / l C
• ahol [a] a fajlagos forgatás
  a = a mért forgatás fokokban
  l = a fény útja dm-ben
  C = koncentráció g/ml-ben

Abszolút konfiguráció

• nómenklatúra-módszer arra, hogy egy sztereocentrum csoportjainak meghatározott elrendezését elnevezzék
• megkülönbözteti az enantiomereket
• ugyanazt a szabályt használjuk a csoportok rangsorolásához, mint amit az E és Z esetében használtunk

R és S megnevezés

• rangsoroljuk a sztereocentrum négy különbözõ csoportját [1-4 (vagy a-b)]
• helyezzük a legalacsonyabb prioritású (4 vagy d) csoportot a sztereogén szén mögé
• ha az 1-2-3 (a-b-c) csoportok iránya megegyezik az óramutató járásával, akkor R
• ha az 1-2-3 (a-b-c) csoportok iránya ellentétes az óramutató járásával, akkor S

Jobb- és bal kéz nézet

• egy másik analógia - a kezünk
• ransoroljuk az ujjainkat a magasságuk szerint
  a = középsõ ujj, b = mutatóujj, c = hüvelykujj, d = csukló
• R - a jobb kezünk
• S - a bal kezünk

3-D szerkezetek rajzolása

• gyakorlás modellekkel
• szaggatott vonal és ék
  

Gyakorlás R és S-sel

Többszörös sztereocentrumok

• egynél több sztereocentrummal rendelkezõ vegyületnek kettõnél több sztereoizomerje van
• pl. 2-bróm-3-klór-bután
• a (2R,3R) és a (2S,3S) enantiomerek
• a (2R,3S) és a (2S,3R) enantiomerek
• általában n sztereocentrum 2ⁿ sztereoizomert ad

Diasztereomerek

• olyan sztereoizomerek, melyek nem enantiomerek
• pl. (2R,3R) és (2R,3S)
  (nem tükörképei egymásnak, de nem is egyformák)
• a diasztereomerek kémiai és fizikai tulajdonságai különbözõk

Mezo-vegyületek

• sztereocentrumokkal rendelkezõ vegyületek, melyek nem királisak
• pl. a (2R,3S)-2,3-dibróm-bután
• (ugyanaz, mint a tükörképe)
  

Mezo-vegyületek azonosítása

• tükörsík szimmetria
• az egyik sztereocentrum a másik tükörképe
• a cisz-1,2-diszubsztituált cikloalkánok mezo-vegyületek, ha a két szubsztituens azonos
  

Racém keverékek

• mindkét enentiomer azonos arányú keveréke (racemátnak is hívják)
• általános forma a laboratóriumban, de nem a természetben
• optikai rezolválás - enentiomer keverékek elválasztása (általában nehéz)

Izomerizáció – összefoglalás

• izomerek - azonos összegképlet (egyforma számú és típusú atom)
• konstitúciós izomerek - az atomok közötti kapcsolódás sorrendjében különböznek
  különbözõ szénlánc
  különbözõ funkciós csoportok
  egy funkciós csoport különbözõ helyzete

Sztereoizomerek – összefoglalás

• sztereoizomerek - azonos kapcsolódási sorrend, de különbözõ 3D elrendezés
• enantiomerek - tükörképi sztereoizomerek
• diasztereomerek - nem tükörképi sztereoizomerek:
  cisz-transz diasztereomerek
  más diasztereomerek

Sztereokémia a reakciókban

• akirális molekulák mindig optikailag inaktív terméket adnak
• ha királis termék keletkezik, az recém lesz
• pl. 1-butén + HBr —> 2-bróm-bután (racém)
• a Br^- az intermedier 2-butil-kation mindkét oldalához egyforma valószínûséggel kapcsolódhat
• de királis molekulák adhatnak királis termékeket (a természetben ez az általános)

Az alkén-addíció sztereokémiája

• anti-addíció (Br₂)
• gyûrûs vegyületek —> transz-1,2-dibróm termék (racém)
• szün-addíció (KMnO₄)
• gyûrûs vegyületek —> cisz-1,2-diol termék (mezo)

Az alkén-addíciók sztereokémiája

• az aciklusos alkének termékeit nehezebb nyomon követni
• cisz-2-butén + KMnO₄ (szün) —> 2,3-bután-diol (mezo - R,S)
• transz-2-butén + KMnO₄ (szün) —> 2,3-bután-diol (racém - R,R és S,S)
• transz-2-butén + Br₂ (anti) —> 2,3-dibróm-bután (mezo - R,S)
• cisz-2-butén + Br₂ (anti) —> 2,3-dibróm-bután (racém - R,R és S,S)

Vissza