Stereochemistry VIETNAMESE ĐẠI HỌC Y DƯỢC TP HCM

9 Stereochemistry 9 HÓA LẬP THỂ Based on McMurry’s Organic Chemistry, 7th edition 2 Stereochemistry  MỘT SỐ VẬT THỂ CÓ ẢNH QUA GƯƠNG KHÔNG CHỒNG KHÍT VẬT (VỀ KỸ THUẬT, CHÚNG KHÔNG CÓ MẶT PHẲNG ĐỐI XỨ.

9 Stereochemistry

9 HÓA LẬP THỂ

Based on McMurry’s Organic Chemistry, 7th edition

Why this Chapter?

 Handedness THÌ QUAN TRỌNG TRONG

HÓA HỮU CƠ VÀ HÓA SINH

 NHIẾU LOẠI KHÁC CỦA ĐỒNG PHÂN LẬP

THỂ BÊN CẠNH ĐỒNG PHÂN cis/trans

Examples of Enantiomers

 CÁC PHÂN TỬ CÓ MỘT CARBON VỚI 4 NHÓM THẾ KHÁC NHAU SẼ CÓ 1 Ảnh qua gương không chồng khít

 Enantiomers= non-superimposable mirror image stereoisomers

 Enantiomers có những tính chất vật lý xác định (except for one)

 Những kiểu phân tử cho thấy điều này

Chirality

 Nếu một vật có mặt phẳng đối xứng thì ảnh và vật chồng khít

are exact mirror images

 Achiral đồng nghĩa với vật có mặt phẳng đối xứng

chiral (have handedness)

 Hands, gloves are prime examples of chiral object

 Các phân tử hữu cơ có thể là Chiral hoặc Achiral

Chiral Centers

 Một carbon trong phân tử có 4 nhóm thế hoặc nguyên tử

khác nhau gắn vào thì carbon được gọi là chiral center

 Có hai cách không chồng khít mà 4 nhóm thế khác nhau

gắn vào 1 nguyên tử carbon

 Nếu 2 nhóm giống nhau thì chỉ có 1 cách

 Một phân tử chiral thường có ít nhất 1 trung tâm chiral

 Clockwise (+) = dextrorotatory; Anti-clockwise (-) = levorotatory

Measurement of Optical Rotation

 Số phân tử chiral càng nhiều trong mẫu đo thì góc quay của ánh sáng phân cực càng lớn = phụ thuộc nồng độ

 Có một điều cơ bản để so sánh, góc quay cực chuyên biệt xác

định, [] D đối với 1 hợp chất hoạt động quang học

 Góc quay chuyên biệt được đo với dung dịch mẫu 1 g/mL trong

một cell có chiếu dài ánh sáng đi qua10 cm dùng ánh sáng từ đèn hơi kim loại Na (589 nm)

opposite in sign (+)-lactic acid = +3.82; (-)-lactic acid = -3.82

C l

in

h (pathlengt

degrees)

in rotation (observed

][

9.4 Pasteur’s Discovery of Enantiomers

 Louis Pasteur đã khám phá các tinh thể muối sodium

ammonium của tartaric acid ở 2 dạng quay phải và quay trái

 Dung dịch chứa các đồng phân là ảnh qua gương và vật thì

được gọi là enantiomers và chúng được kết tinh ở những

hình dạng riêng biệt khác nhau – thì hiếm

 Tỉ lệ (50:50) cả 2 loại tinh thể hòa tan trong dung dịch

được gọi là hỗn hợp racemic và không có hoạt tính

quang học.

 The optical rotations of equal concentrations of these forms have opposite optical rotations

Thứ tự quy tắc xác định cấu hình

 Một phương pháp chung áp dụng cho việc xác định cấu hình tại mỗi trung tâm chiral (thay vì toàn bộ phân tử)

 Cấu hình được xác định bằng những vị trí các nhóm liên hệ với

nhau tại trung tâm chiral

 Các nhóm được sắp xếp theo thứ tự ưu tiên và đã được so sánh

— dùng thứ tự ưu tiên giống như đã thực hiện với đồng phân E/Z

 Mối liên hệ của các nhóm theo thứ tự ưu tiên trong không gian

được xác đinh đánh dấu, áp dụng cho cấu hình, theo quy tắc

Method

• xác định mỗi nhóm ưu tiên từ 1-4 theo Cahn-Ingold-Prelog

• quay phân tử xác định cho tới khi nhóm nhỏ nhất là ở sau, so với 3 nhóm còn lại nằm trong 1 mặt phẳng

• quay cùng chiều kim đồng hồ nhóm 1-2-3 là R (từ Latin “right”)

• quay ngược chiều kim đồng hồ là S (từ Latin “left”)

12

CÁC QUY TẮC ƯU TIÊN (Cahn-Ingold-Prelog)

QUY TẮC 1 :

 XÉT CÁC NGUYÊN TỬ GẮN TRỰC TiẾP VÀO CARBON

CHIRAL THEO THỨ TỰ ƯU TIÊN DỰA TRÊN SỐ HiỆU

9.6 Diastereomers – ĐỒNG PHÂN DIA

CÓ NHỮNG ĐỒNG PHÂN LẬP THỂ LÀ Ảnh QUA GƯƠNG ĐÓ

ảnh qua gương, được gọi là đồng phân dia (diastereomers )

 Diastereomers là giống nhau, nhưng không phải là ảnh qua gương

 Enantiomers có cấu hình đối ở tất cả trung tâm chiral (chiral centers); Diastereomers có cấu hình đối ở một số, không ở tất cả TT chirals

 Epimers là những đồng phân dia chỉ khác ở 1 trung tâm chiral

Diastereomers

9.7 Meso Compounds – hợp chất meso

 Tartaric acid có 2 chiral centers và 2 dạng diastereomeric

 Một dạng là chiral và dạng kia là achiral, nhưng cả 2 có 2 TT chiral

9.8 Racemic Mixtures and The

Resolution of Enantiomers

 Hỗn hợp 50:50 hai chất chiral ảnh qua gương mà

không làm quay mặt phẳng ánh sáng phân cực –

được gọi racemic mixture (named for “racemic acid”

that was the double salt of (+) and (-) tartaric acid

 Những chất tinh khiết cần được tách, chiết từ hỗn

hợp (được gọi là một racemate )

 Để tách các thành phần riêng rẽ của 1 racemate

(thuận nghịch) chúng ta làm 1 dẫn chất của mỗi chất

chiral mà là tự do với enantiomer của nó (tác nhân

Vẫn không thể tách các muối Enantiomeric Salts

Bây giờ có thể tách các muối Diastereomeric Salts

(S)(+) lactic acid (R)(-) lactic acid

from muscle tissue from milk

[] = +13.5 [ ] = -13.5o o

3 2

1

O H

C H 3

C O 2 H H

O H

C H 3

HO 2 C

H

actually 94.3% (+)11.4% racemic88.6% (+)

= 88.6% e.e.

x 100 123.0

109.0e.e =

oobserved rotation = +109

x 100 = enantiomeric excess (e.e.)

rotation of pure enantiomer

observed rotation

23

(R)(+) Thalidomide (S)(-) Thalidomide

N

N O

O

O

O H H

9.9 ÔN TẬP VỀ ĐỒNG PHÂN

 LƯU ĐỒ TÓM TẮT CÁC LOẠI ĐỒNG PHÂN

 LƯU Ý ĐỒNG PHÂN HÌNH HỌC

Constitutional Isomers

 Different order of connections gives different carbon

backbone and/or different functional groups

Stereoisomers

 Same connections, different spatial arrangement of atoms

 Enantiomers (nonsuperimposable mirror images)

 Diastereomers (all other stereoisomers)

 Includes cis, trans and configurational

9.10 Stereochemistry of Reactions:

 Many reactions can produce new chiral centers from

compounds without them

 What is the stereochemistry of the chiral product?

 What relative amounts of stereoisomers form?

 Example addition of H2O to 1-butene

Achiral Intermediate Gives Racemic Product

 Addition via carbocation

 Top and bottom are equally accessible

 Achiral reactant + Achiral reactant = Optically Inactive Product

 Optical Activity doesn’t come from nowhere

Addition of H 2 O to a Chiral Alkene

alkene R-4-methyl-1-hexene

-Chiral + Achiral = Optically Active

-Chiral Intermediate has different topand bottom sides

-Amounts of the two products will bedifferent

-Product will have optical activity

9.12 Chirality at Nitrogen,

Phosphorus, and Sulfur

 N, P, S commonly found in organic compounds, and

can have chiral centers

 Trivalent nitrogen is tetrahedral

 Does not form a chiral center since it rapidly flips

 Individual enantiomers cannot be isolated = Achiral

 Also applies to phosphorus but it flips more slowly

 Trivalent Sulfur Cations are also Chiral

9.13 Prochirality

 A molecule that is achiral but that can become chiral by a single

alteration is a prochiral molecule

 Re and Si are used to describe the faces of the prochiral sp 2 reactant

Prochiral distinctions, paired atoms or groups

seeing if it was increased in priority in comparison with the other

becomes S

Prochiral Distinctions in Nature

 Biological reactions often involve making distinctions

between prochiral faces or or groups

 Chiral entities (such as enzymes) can always make

such a distinction

 Example: addition of water to fumarate

Chirality in Nature and Chiral Environments

 Tính chất của thuốc phụ thuộc vào hóa lập thể