Document

Hoofdstuk IV: stereoisomerie
HOOFDSTUK IV:
Stereoisomerie
Mc Murry: pagina 275-315
Hoofdstuk IV: stereoisomerie
Stoelconformaties in de natuur
CH2OH
CH2OH
O
HO
HO
1
H
HO
HO
1
OH
CH3
O
OH
OH
a-D-glucose
CH3
stereoisomeer
H
b-D-glucose
OH
Hoofdstuk IV: stereoisomerie
IV.1 Enantiomeren en het tetrahedrale koolstofatoom (Mc Murry: p 275-276)
CH3
CH3
(-)
(-)-limoneen
(+)
CH3

(+)-limoneen
Hoofdstuk IV: stereoisomerie
Hoofdstuk IV: stereoisomerie
• CH3X en CH2XY: spiegelbeelden zijn superponeerbaar = identiek, achiraal
• CHXYZ: twee configuraties zijn sterk gelijkend maar niet identiek
verhouden zich als beeld en spiegelbeeld, zijn chiraal
enantiomeren
koolstof heeft verschillende
configuratie
Hoofdstuk IV: stereoisomerie
Hoofdstuk IV: stereoisomerie
IV.2 Chiraliteit (Mc Murry: p 277-279)
Een molecule is niet chiraal
wanneer er een spiegelvlak
aanwezig is
Hoofdstuk IV: stereoisomerie
geen spiegelvlak of
inversiecentrum
chiraal
Hoofdstuk IV: stereoisomerie
• De chiraliteit van melkzuur is te wijten aan het centrale C-atoom waarop
vier verschillende liganden gebonden zijn
• dit C-atoom = stereocenter of stereogeen center (asymmetrisch C-atoom)
• uitwisselen van twee liganden geeft een stereoisomeer, in dit geval het
enantiomeer
Hoofdstuk IV: stereoisomerie
Enantiomeren van een verbinding
draaien het licht in tegengestelde zin.
Specifieke rotatie
geobserveerde rotatie (graden)
[a]D =
weglengte, l (dm) x concentratie, C (g/ml)
=
a
lxC
Hoofdstuk IV: stereoisomerie
0º
0º
Benzeen
Azijnzuur
(+) melkzuur
+3.8º
(-) melkzuur
(±) melkzuur
0º
(racemaat : 50/50;(+)/(-))
Kamfer
Morfine
Sucrose
+ 44.26 º
- 132 º
+ 66.47 º
-3.8 º
Penicilline V
+ 223 º
Natriumglutamaat + 25.5 º
Cholesterol
- 31.5 º
Racemaat:
Een equimolaire hoeveelheid van de twee mogelijke enantiomeren
Hoofdstuk IV: stereoisomerie
IV.5 Pasteur’s ontdekking van enantiomeren : 1849 (Mc Murry: p 281-282)
NB: tetravalent koolstof
Van Kekulé: 1858 !!
O
Recent praktisch voorbeeld
uit het labo Organische Synthese:
Wieland Miesher keton
O
Bouwsteen voor het synthetisch bereiden
van Vitamine D
Hoofdstuk IV: stereoisomerie
IV.6 Regels voor het specifiëren van configuratie (Mc Murry: p 282-286)
Cahn – Ingold – Prelog Rules
(CIP)
• regel 1: ken prioriteiten toe aan de vier atomen gebonden aan het chirale centrum
* hoger atoomnummer = hogere prioriteit
bv Br > Cl > O > N > C > H
Hoofdstuk IV: stereoisomerie
regel 2: indien geen beslissing gemaakt kan worden op basis van regel 1, kijk
naar het tweede, derde of vierde atoom tot een onderscheid kan
gemaakt worden
H
C
H
lager
H
H
H
C
C
H
H
CH3
C
H
hoger
CH3
H
O
H
hoger
lager
C
H
lager
C
H
H
O
H
hoger
H
CH3
Hoofdstuk IV: stereoisomerie
• regel 3: meervoudig gebonden atomen zijn equivalent aan hetzelfde aantal
enkelvoudig gebonden atomen
H
H
C
O
is equivalent met
C
O
O
dit koolstofatoom
is gebonden aan
H, O, O
dit koolstofatoom
is gebonden aan
H, O, O
deze zuurstof
is gebonden aan
C,C
C
deze zuurstof
is gebonden aan
C,C
•
oriënteer de molecule zdd de groep met laagste prioriteit naar achter wijst, weg
van u
•
kijk naar de overblijvende drie substituenten
1 2  3 : wijzerzin,
R-configuratie (latijn: rectus = rechts)
1 2  3 : tegenwijzerzin,
S-configuratie (latijn: sinister = links)
Hoofdstuk IV: stereoisomerie
Hoofdstuk IV: stereoisomerie
Hoofdstuk IV: stereoisomerie
S-melkzuur
COOH
(-) melkzuur
HO
H
CH3
?
COOH
H
OH
CH3
(+) melkzuur
R-melkzuur
Hoofdstuk IV: stereoisomerie
Teken van optische rotatie, (+) of (-), heeft niets te maken
met de R,S-aanduiding van configuratie !!
Hoofdstuk IV: stereoisomerie
IV.7 Diastereomeren (Mc Murry: p 287-288)
n verschillende stereocentra
2n verschillende steroisomeren
Diastereomers
Hoofdstuk IV: stereoisomerie
IV.8 Mesovormen (Mc Murry: p 288-289)
Indien de stereogeniciteit van bepaalde centra dezelfde is:
2n regel niet meer geldig
threo
erythro
erythro
COOH
R
H
C
H
C
S
COOH
OH
HO
C
OH
H
C
COOH
HO
H
H
HOOC
OH
COOH
meso
S
S
COOH
H
OH
C
HO
C
COOH
HO
HOOC
H
R
H
R
COOH
OH
HO
C
H
HO
C
COOH
OH
H
HO
H
COOH
HOOC
enantiomeren
identiek
H
S
R
H
H
COOH
OH
COOH
HO
H
OH
H
HOOC
COOH
meso
Hoofdstuk IV: stereoisomerie
Een mesovorm is een achiraal diastereomeer
van een verbinding met stereogene centra
Mesovormen zijn optisch inactief
Hoofdstuk IV: stereoisomerie
Fisher-projectie
* de vlakke voorstelling in de figuur: speciale projectiemethode = Fisher-projectie
* het C-skelet wordt vertikaal getekend en men neemt aan dat de opeenvolgende
bindigen geëclipseerd zijn
* de keten strekt zich uit in een vlak loodrecht op het vlak van het papier
* substituenten links en rechts langsheen de keten wijzen naar de waarnemer toe
COOH
HO
C
H
HO
C
H
COOH
H
HO
H
HOOC HO
COOH
H
HO
HOOC
H
OH
COOH
Hoofdstuk IV: stereoisomerie
IV.9 Symmetrie-eigenschappen en chiraliteit
Ja
achiraal
Sn-as ?
Neen
Symmetrisch
Alleen C1-as
Asymmetrisch
1 of meer Cn
Symmetrisch
chiraal
Symmetrievlak
Inversiecentrum
Achirale moleculen zijn optisch inactief
Chirale moleculen zijn optisch actief
Resolutie = scheiding van een racemaat in zijn twee enantiomeren
Racemisatie = uit één zuiver enantiomeer worden een racemaat bekomen
Hoofdstuk IV: stereoisomerie
IV.10 Racemische mengsels en hun resolutie (Mc Murry: p 291-293)
Hoofdstuk IV: stereoisomerie
Hoofdstuk IV: stereoisomerie
IV.11 Fysische eigenschappen van stereoisomeren
Enkele fysische eigenschappen van de stereoisomeren van wijnsteenzuur
Stereoisomeer
smeltpunt
(°C)
(+)
(-)
meso
(±)
168-170
168-170
146-148
206
[a]D
dichtheid
(°)
(g/cm3)
+12
-12
0
0
1.7598
1.7598
1.6660
1.7880
oplosbaarheid bij 20°C
Belang van chiraliteit in natuur ???
(g/100 ml H2O)
139.0
139.0
125.0
20.6
Hoofdstuk IV: stereoisomerie
Recognitie van chirale moleculen door chirale receptoren
Enantiomeer A
Enantiomeer B
Chirale receptor
Chirale receptor
Verschillende herkenning
Hoofdstuk IV: stereoisomerie
Van vele chirale geneesmiddelen is vaak slechts 1 enantiomeer werkzaam !
Behandeling van
Parkinson
HO
COOH
(S)
HO
OH
HOOC
(R)
NH2
L-dopamine
H2N
OH
geen
effect
D-dopamine
Actieve
substanties
HO
pijnverzachtend
ontstekingsremmend
(S)
OH
(R)
O
O
S-ibuprofen
R-ibuprofen
geen
effect
Belang van synthesemethoden die aanleiding geven tot enkel het gewenste enantiomeer
Immers indien verbindingen verkregen worden als racemisch mengsel:
* 50% van het uitgangsmateriaal heeft geen werking en is dus verloren
* het ongewenste enantiomeer kan interfereren met de werking van het actieve,
of zelfs een ongewenst biologisch effect hebben
Hoofdstuk IV: stereoisomerie
• andere voorbeelden:
fluoxetine: racemisch: antidepressieve werking
zuiver S enantiomeer: tegen migraine
O
H
F3C
(S)- fluoxetine
NHCH3
Hoofdstuk IV: stereoisomerie
O
Thalidomide/Softenon
O
N
N
H
O
O
Hoofdstuk IV: stereoisomerie
Overzicht van isomerie