IzomériaIzoméria
előadó: Dr. Bak Juditelőadó: Dr. Bak Judit
Geometriai Geometriai
izomériaizomériaIzomériaIzoméria
Sztereoizoméria Sztereoizoméria Konstituciós Konstituciós
izomériaizoméria
DiasztereomerekDiasztereomerekOptikai izomériaOptikai izoméria KonformációKonformáció
GeoGeometriai metriai
izomériaizoméria
Izoméria
• A szerves vegyületek fontos tulajdonsága, hogy azonos tapasztalati képlettel több, a szénatomszámmal egyre növekvő számú, egymástól szerkezetileg különböző vegyület irható le. Ezt a jelenséget izomériának nevezzük.
• Konstituciós (szerkezeti) izoméria a molekulán belüli atomok, atomcsoportok egymáshoz való kapcsolódási sorrendjének változatosságán alapul. A háromnál nagyobb szénatomszámú alkánok lehetséges izomereinek száma a szénatomszámmal meredeken nő.
• 1(1)-2(1)-3(1)-4(2)-5(3)-6(5)-7(9)-8(18)-9(35)-1O(75)-2O(3366319)
• -a zárójel előtt a szénatomszáma, a zárójelben az izomerek száma látható
I. Konstituciós izomériaI. Konstituciós izoméria1. Kapcsolódási izoméria1. Kapcsolódási izoméria
2. Helyzeti izoméria2. Helyzeti izoméria3. Tautoméria3. Tautoméria
I.1. Helyzeti izomériaSzerves vegyületek elnevezése
• El nem ágazó szénláncú alkánok nevezék tana:
• CH4 metán
• C2H6 etán
• C3H8 propán
• C4H1O bután
• C5H12 pentán
• C6H14 hexán
• C7H16 heptán
• C8H18 oktán
• C9H2O nonán
• C1OH22 dekán
• Az alkilcsoportok elnevezése:
• ha a parafinokból egy H atomot elveszünk, az alkilcsoportokhoz jutunk (zárójelben a C-atomszám):metil (1), etil (2), propil (3), butil (4), pentil (5), hexil (6), heptil (7), oktil (8), (nonil) (9), decil (1O)
• Kétértékű alkilcsoportok elnevezése: metilén (1), etilén (2), propilén (3)
Genfi nómenklatúra IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry, Tiszta és alkalmazott
Kémia Nemzetközi Szervezete) szabályai
• Kapcsolódási (elágazási) izoméria
• Válasszuk ki a lehetséges leghosszabb szénvázat.
• Számozzuk meg a leghosszabb lánc szénatomjait úgy, hogy az elágazó pontok a lehető legkisebb sorszámot kapják.
• Az elágazó pontokon levő atomcsoportokat szubsztituensként felfogva illesszük azok nevét a leghosszabb lánc neve elé.
A szénatomok megkülönböztetése rendűség szerint
• Egy szénatomot annyiadik rendűnek tekintünk, ahány másik szénatom kapcsolódik hozzá.
• Pl: 2,2,3-trimetil-pentán
I.2. Helyzeti izoméria
• A konstituciós izoméria speciális esete, amikor a kettős kötések vagy egyes funkciós csoportok molekulán belüli helyzete tér el.
• A számozás alapelve, hogy a szubsztituensek lehetőleg a legkisebb számot kapják és a főcsoport jellegű szubsztituensek rangosabbak a szénhidrogén oldalláncoknál
CH2=CH-CH2-CH3
1-butén
CH3-CH=CH-CH3
2-butén
I.3. TautomériaAz imidazol két tautomerje
• A kettőskötés helyzeti különbségeiből adódó izomériának példája az imidazol protonizomériája, melynek következtében a vegyületen belül a kettőskötés különböző helyzetbe kerülhet. A kialakuló izomerek egymással egyensúlyban vannak. Ezt a jelenséget tautomériának nevezzük.
II. Geometriai izomériaII. Geometriai izoméria
A geometriai izoméria a térbeli izomériák egyik
fajtája.• Alapja: a C-atomok közötti kötések szabad
rotációja valamilyen okból gátolt.
• Okai:
• 1.) nyílt szénláncú vegyületeknél a -kötés vagy kötések jelenléte,
• 2.a.) monociklusos vegyületekben két vagy több szubsztituens található egymással szomszédos C-atomon,
• 2.b.) kondenzált policiklusos vegyületekben a gyűrűk fúziós pontjai rögzitettek, ezáltal a gyűrűk térbeli helyzete is rögzitett (pl:dekalin)
1.) -kötés jelenléte C-atomok közötti szabad rotációt gátolja
Cisz-transz izoméria
Cisz-transz izoméria
Cl
C
H
C
H
Cl
Cl
C
H
C
Cl
H
Cisz-izomer: a két szubsztituens a szabad rotációban gátolt “pillératomok” azonos oldalán helyezkedik el.
trans-1,2-
Transz-izomer: a két szubsztituens a szabad rotációban gátolt “pillératomok”ellentétes oldalán helyezkedik el.
E (entgegen=ellentétesen), Z (zusammen=együtt) nomenklatúra
Br
C
H
C
Cl
CH3
Br
C
H
C
CH3
Cl
Melyik izomer a cisz és melyik a transz?Amennyiben a pillératomok azonos oldalán találhatók a rangosabb szubsztituensek (cisz-izomer analógia) Z-izomerről, ha viszont ellentétesen (transz-izomer analógia) E-izomerről beszélünk.
CH3CH3
H H
H
H
CH3
CH3H
HH
H
Do not
Cisz-1,2- dimetil-ciklopropán Transz-1,2-dimetil-ciklopropán
2.) Cisz-transz izoméria monociklusos vegyületekben
III. SztereoizomériaIII. SztereoizomériaOptikai izomériaOptikai izoméria
Optikai izomerek
Ezeket a vegyületeket a “kéz” görög nevéből (kheir) királis molekuláknak nevezzük.
A nem szimmetrikus szerkezetű vegyületek, A nem szimmetrikus szerkezetű vegyületek, amelyeknek nincs szimmetriasíkjuk és azonosakamelyeknek nincs szimmetriasíkjuk és azonosaksaját tükörképükkel saját tükörképükkel királisak.királisak.
Azok a molekulák, amelyekben szimmetriatengelyAzok a molekulák, amelyekben szimmetriatengelyés szimmetriasík is található, azonosak saját és szimmetriasík is található, azonosak saját tükörképükkel, szimmetrikusak, vagyis tükörképükkel, szimmetrikusak, vagyis akirálisak.akirálisak.
KiralitásKiralitás
Az a C-atom amelyhez négy Az a C-atom amelyhez négy különböző ligandum különböző ligandum kapcsolódik.kapcsolódik.A kiralitás centrumok száma A kiralitás centrumok száma megszabja a lehetséges megszabja a lehetséges sztereoizomerek számát:sztereoizomerek számát:
22nn
n=a kiralitás centrumok száman=a kiralitás centrumok száma
Kiralitási centrum (asszimetriacentrum)Kiralitási centrum (asszimetriacentrum)
ww
xx yy
zz
CC
BrBrClCl
HH
FF
Egy királis centrum (Egy királis centrum (bróm-klór-fluor-metánbróm-klór-fluor-metán))
Az atomok vagy
szubsztituensek
térbeli elrendeződését
az asszimetria-centrum
körül konfigurációnak
nevezzük.
BrBrClCl
HH
FF
Egy királis centrum (Egy királis centrum (bróm-klór-fluor-metánbróm-klór-fluor-metán) )
HH
ClClBrBr
FFA lehetségesA lehetséges
sztereoizomerek sztereoizomerek
száma: 2 (2száma: 2 (2nn, ahol n=1), ahol n=1)
-egymás tűkörképei-egymás tűkörképei
BrBrClCl
HH
FF
Egymással a két sztereoizomer nem hozható fedésbeEgymással a két sztereoizomer nem hozható fedésbe
HH
ClClBrBr
FF
nevezzük.nevezzük.
A teljes tükörképi párokatA teljes tükörképi párokatmás néven enantiomereknekmás néven enantiomereknek
EnantiomerekEnantiomerek
Például: Például: 2-Butanol2-Butanol
Egy kiralitás centrumú molekulaEgy kiralitás centrumú molekula
CHCH33
OHOH
HH
CC CHCH22CHCH33
Egy kiralitás centrummal rendelkező molekula Egy kiralitás centrummal rendelkező molekula
CHCH33
CC
CHCH22CHCH33
CHCH22CHCH22CHCH22CHCH33CHCH33CHCH22CHCH22
44-etil,4-metil oktán-etil,4-metil oktán
Akirális molekulák Akirális molekulák azonosak saját tükörképükkel azonosak saját tükörképükkel
Több kiralitás centrummal rendelkező molekulákTöbb kiralitás centrummal rendelkező molekulák
Enantiomerek,Enantiomerek,Diasztereomerek,Diasztereomerek,Mezo vegyületekMezo vegyületek
Két vagy több kiralitás centrum esetén
Enantiomerek és diasztereomerek
Enantiomereknek:Enantiomereknek: azok a sztereoizomerek, amelyek azok a sztereoizomerek, amelyek egymásnak teljes tükörképi párjai. egymásnak teljes tükörképi párjai. Fizikai-kémiai tulajdonságai azonosak, csak azFizikai-kémiai tulajdonságai azonosak, csak az optikai aktivitásuk és az enzimekhez optikai aktivitásuk és az enzimekhez való kapcsolódásuk más. való kapcsolódásuk más.
Diasztereomerek:Diasztereomerek: részleges tükörképi párok, részleges tükörképi párok,amelyekben egyes kiralitás centrumok körül a amelyekben egyes kiralitás centrumok körül a ligandumok elrendezése azonos.ligandumok elrendezése azonos.Különböző fizikai tulajdonságokkal Különböző fizikai tulajdonságokkal rendelkeznek (pl.:oldhatóság), ezért szétválaszthatóakrendelkeznek (pl.:oldhatóság), ezért szétválaszthatóak(desztillációval, kromatográfiával, kristályositással).(desztillációval, kromatográfiával, kristályositással).
n kiralitás centrum 2n lehetséges sztereoizomerek
Két vagy több kiralitás centrum esetén
Enantiomerek és diasztereomerek
CH3 CH CH CH3
OH Br
C
CH3
H Br
CH OH
CH3
C
CH3
HBr
C HHO
CH3
C
CH3
HBr
C OHH
CH3
C
CH3
H Br
CHO H
CH3
Pl.: 22 = 4 lehetséges sztereoizonerek
enantiomerek enantiomerek
diasztereomerek
Két vagy több kiralitás centrum esetén
Mezo vegyületek
CH3 CH CH CH3
Br Br
C
CH3
H Br
C
CH3
HBr
C
CH3
HBr
C
CH3
BrH
C
CH3
HBr
C
CH3
Br H
C
CH3
H Br
C
CH3
H Br
Pl.:. 22 = 4 lehetséges sztereoizomer
enantiomerek azonos vegyületek mezo molekulák
diasztereomerek
Szimmetria-sik
Optikai aktivitás
•Az enantiomerek fizikai tulajdinságai azonosak, de a poláros fény síkját azonos koncentrációjú oldatban azonos mértékben, de ellenkező irányban forgatják.
minta oldat
polariméter
fény síkja Jobbra forgató(d) vagy (+)
Balra forgató (l) vagy (–)
Optikailag inaktív
Optikailag aktiv
Optikai aktivitás
Specifikus forgató-képesség
=[]TD
cl
hőmérsékleta forgatás mértéke fokokban
küvetta hossza (dm)
koncentráció (g/1OO ml)Na D -vonalánakmegfelelő hullámhossza
Pl: (+)-2-butanol [] = + 13.5º(–)-2-butanol – 13.5º
27D
Optikailag inaktívak lehetnek az akirális vegyületek, vagya racém keverékek (1:1 arányú keveréke két enantiomernek).
Racém elegyek szétválasztása (rezolválás)
Enantiomer keverék
Az enantiomereket optikai forgatóképességük alapján nem lehetszétválasztani. Királis reagensekkel reagáltatva a racémkeveréket, a két izomer már nem enantiomerekké, hanem diasztereomerekké alakul át, amelyeknek a fizikai tulajdonságai jelentősen különböznek.
Aracemicmixtureof R & S
B(R)
singleenantiomer(resolvingagent)
A(R)
A(S)
A B(R,R)
A B(S,R)
A B(R,R)
A B(S,R)
++
separate
remove B
diastereomers
Fischer-féle ábrázolásFischer-féle ábrázolás
Fischer-féle ábrázolásFischer-féle ábrázolás
• Emil FisherEmil Fisher (kémiai Nobel-díj, 19O2) - relatív (kémiai Nobel-díj, 19O2) - relatív konfigurációkonfiguráció
• A királis vegyületek síkbeli ábrázolásának A királis vegyületek síkbeli ábrázolásának egyik módja.egyik módja.
Fischer-féle ábrázolás szabályaiFischer-féle ábrázolás szabályai
A.) a legoxidáltabb csoport legyen legfelül,A.) a legoxidáltabb csoport legyen legfelül,B.) a szénlánc további része található alul,B.) a szénlánc további része található alul,C.) a láncnak a kiralitási centrumtól felfelé és lefelé rajzolt C.) a láncnak a kiralitási centrumtól felfelé és lefelé rajzolt
része egyaránt a sík mögött legyen.része egyaránt a sík mögött legyen.
Br Cl
F
H
Királis vegyületek Királis vegyületek elnevezéséreelnevezésére
Királis vegyületek Királis vegyületek elnevezéséreelnevezésére
CH O
OHH
CH2OH
D- (+) glicerinaldehidD- (+) glicerinaldehid
CH O
CH2OH
HO H
D-glicerinaldehid a poláris fény síkját jobbra D-glicerinaldehid a poláris fény síkját jobbra forgatja el, enantiomerje az L-glicerinaldehid forgatja el, enantiomerje az L-glicerinaldehid balra forgatja el.balra forgatja el.
D-glicerinaldehid a poláris fény síkját jobbra D-glicerinaldehid a poláris fény síkját jobbra forgatja el, enantiomerje az L-glicerinaldehid forgatja el, enantiomerje az L-glicerinaldehid balra forgatja el.balra forgatja el.
L-(-) glicerinaldehidL-(-) glicerinaldehid
A D-glicerinaldehidben a 2 C-atom OH A D-glicerinaldehidben a 2 C-atom OH csoportja jobbra irandó.csoportja jobbra irandó.
A D-glicerinaldehidben a 2 C-atom OH A D-glicerinaldehidben a 2 C-atom OH csoportja jobbra irandó.csoportja jobbra irandó.
Az L-glicerinaldehidben a 2 C-atom OH Az L-glicerinaldehidben a 2 C-atom OH csoportja balra irandó.csoportja balra irandó.
Az L-glicerinaldehidben a 2 C-atom OH Az L-glicerinaldehidben a 2 C-atom OH csoportja balra irandó.csoportja balra irandó.
D-sorozatú D-sorozatú monoszacharidokmonoszacharidok
D-sorozatú D-sorozatú monoszacharidokmonoszacharidok
D-glicerinaldehidD-glicerinaldehid
A legoxidáltabb C-atomtól legtávolabb eső kiralitási A legoxidáltabb C-atomtól legtávolabb eső kiralitási centrumon a D-sorozatú molekulákban az centrumon a D-sorozatú molekulákban az OHOH csoport csoport jobbrajobbra található (megegyezően a D-glicerinaldehiddel). található (megegyezően a D-glicerinaldehiddel).
A legoxidáltabb C-atomtól legtávolabb eső kiralitási A legoxidáltabb C-atomtól legtávolabb eső kiralitási centrumon a D-sorozatú molekulákban az centrumon a D-sorozatú molekulákban az OHOH csoport csoport jobbrajobbra található (megegyezően a D-glicerinaldehiddel). található (megegyezően a D-glicerinaldehiddel).
CH O
OHH
CH2OH
CH O
OH
H
OH
OH
CH2OH
H
HO
H
H
D-glukózD-glukóz
L-sorozatú L-sorozatú monoszacharidokmonoszacharidok
L-sorozatú L-sorozatú monoszacharidokmonoszacharidok
A legoxidáltabb C-atomtól legtávolabb eső kiralitási A legoxidáltabb C-atomtól legtávolabb eső kiralitási centrumon a L-sorozatú molekulákban az centrumon a L-sorozatú molekulákban az OHOH csoport csoport balrabalra található (megegyezően a L-glicerinaldehiddel). található (megegyezően a L-glicerinaldehiddel).
A legoxidáltabb C-atomtól legtávolabb eső kiralitási A legoxidáltabb C-atomtól legtávolabb eső kiralitási centrumon a L-sorozatú molekulákban az centrumon a L-sorozatú molekulákban az OHOH csoport csoport balrabalra található (megegyezően a L-glicerinaldehiddel). található (megegyezően a L-glicerinaldehiddel).
L-glukózL-glukóz
CH O
OH
H
OH
OH
CH2OH
H
HO
H
H
D-glukózD-glukóz
CHO
HO
H
HO
HO
CH2OH
H
OH
H
H
Fischer-féle ábrázolás Fischer-féle ábrázolás
• Előnye: jól mutatja a konfigurációs rokonságot Előnye: jól mutatja a konfigurációs rokonságot (D-,L- sorozat).(D-,L- sorozat).
• Hátránya: csak bizonyos vegyületek esetében Hátránya: csak bizonyos vegyületek esetében használható.használható.
Br Cl
H
F
The Cahn-Ingold-PrelogThe Cahn-Ingold-PrelogRR--SS nomenklatúra nomenklatúra
1. A kiralitás centrumhoz fűzödő ligandumokat1. A kiralitás centrumhoz fűzödő ligandumokat
meghatározott szabályok szerint rangsoroljuk meghatározott szabályok szerint rangsoroljuk
és 1,2,3,4 számokkal látjuk el csökkenő rang szerint.és 1,2,3,4 számokkal látjuk el csökkenő rang szerint.
2. A molekula modelljét a szemünk elé helyezzük2. A molekula modelljét a szemünk elé helyezzük
úgy, hogy a 4-es számú szubsztituens a szemünktől úgy, hogy a 4-es számú szubsztituens a szemünktől
távol legyen.távol legyen.
3. Ezután a ligandumokat 1,2,3 sorrendbe körüljárjuk. 3. Ezután a ligandumokat 1,2,3 sorrendbe körüljárjuk.
R. S. R. S. CahnCahn, Sir Christopher , Sir Christopher Ingold,Ingold, and and V. V. PrelogPrelog ábrázolási mód (1956) ábrázolási mód (1956)
Az atomokat a rendszámuk alapján rangsoroljuk.Az atomokat a rendszámuk alapján rangsoroljuk.
A legmagasabb rangú a legnagyobb rendszámú A legmagasabb rangú a legnagyobb rendszámú
elem, ez kapja az 1-es számot, a 4-es szám pedig elem, ez kapja az 1-es számot, a 4-es szám pedig
legkisebb rendszámú elem atomjához tartozik:legkisebb rendszámú elem atomjához tartozik:
IIBrBrClClFFOON>C>HN>C>H
-CCl-CCl33 >-CHCl >-CHCl22 >-CH >-CH22ClCl
Cahn-Ingold-Prelog szabályokCahn-Ingold-Prelog szabályokA ligandumok rangsorolásaA ligandumok rangsorolása
12
3
4
Példa:Példa:
1 2
3
4
A ligandumok rangsorolása a A ligandumok rangsorolása a kiralitás centrum körül:kiralitás centrum körül:
1 1 > > 22 > 3 > > 3 > 44
• 1. A ligandumokat 1,2,3 sorrendben 1. A ligandumokat 1,2,3 sorrendben körüljárjuk.körüljárjuk.
- ha a körüljárás iránya az óramutató járásával - ha a körüljárás iránya az óramutató járásával
megegyezik a konfigurációt megegyezik a konfigurációt “R”-“R”-el (a latin el (a latin
rectus=jobb) jelöljük., ha ezzel ellentétes azt rectus=jobb) jelöljük., ha ezzel ellentétes azt
nevezzük nevezzük “S”“S” (sinister=bal) konfigurációnak. (sinister=bal) konfigurációnak.
Cahn-Ingold-Prelog szabályokCahn-Ingold-Prelog szabályok
12
3
4
Példa:Példa:
1 2
3
4
A ligandumok sorrendje:A ligandumok sorrendje:11 22 3 3
Óramutató járásával egyezőÓramutató járásával egyező
RR
Óramutató járásával ellentétesÓramutató járásával ellentétes
SS
CC OHOH
HH33CC
HHCHCH33CHCH22
2-butanol enantiomerjei2-butanol enantiomerjei CCHOHO
CHCH33
HHCHCH22CHCH33
((SS)-2-Butanol)-2-Butanol ((RR)-2-Butanol)-2-Butanol
A D-L és az R-S A D-L és az R-S elnevezés kapcsolataelnevezés kapcsolata
A D-L és az R-S A D-L és az R-S elnevezés kapcsolataelnevezés kapcsolata
A D-L és az R-S A D-L és az R-S elnevezés kapcsolataelnevezés kapcsolata
CH O
OHH
CH2OH
D-gllicerinaldehidD-gllicerinaldehid
CH O
CH2OH
HO H
Az (Az (RR)-(+)-glicerinaldehidnek megegzezik a D-)-(+)-glicerinaldehidnek megegzezik a D-(+-)glicerinaldehiddel.(+-)glicerinaldehiddel.
Az (Az (RR)-(+)-glicerinaldehidnek megegzezik a D-)-(+)-glicerinaldehidnek megegzezik a D-(+-)glicerinaldehiddel.(+-)glicerinaldehiddel.
L-glicerinaldehidL-glicerinaldehid
Kivétel:Kivétel: a cisztein L-formájában R- konfigurációjú, D-a cisztein L-formájában R- konfigurációjú, D-formájában S-konfigurációjú. formájában S-konfigurációjú.
Kivétel:Kivétel: a cisztein L-formájában R- konfigurációjú, D-a cisztein L-formájában R- konfigurációjú, D-formájában S-konfigurációjú. formájában S-konfigurációjú.
Top Related