13_org-02-конвертирован. Курс лекций для студентов фармацевтического факультета Бауков Юрий Иванович профессор кафедры химии
![]()
|
Органическая химияКурс лекций для студентов фармацевтического факультета Бауков Юрий Иванович профессор кафедры химии Белавин Иван Юрьевич профессор кафедры химии Российский национальный исследовательский медицинский университет им. Н.И. Пирогова, г. Москва Лекция 02
Исходный уровень к лекции 02 Исходный уровень к лекции 03 (школьный курс); (общая химия, раздел «кинетика») 3
o Конформации и конформационные изомеры Пространственное строение (стереохимия) Конфигурация Конформация Химическое строение А.М. Бутлеров (1861)
– отображается при помощи H H H C C H H H этан CH3CH3 этан (сокращенная запись) Структурная изомерияИзомерия углеродного скелета Изомерия положения кратных связей или функциональных групп Изомерия функциональных групп CH3 CH2 CH2 CH3 бутан 2-метилпропан CH3 CH3 CH CH3 CH3CH CHCH3 бутен-2 CH2 CHCH2CH3 бутен-1 CH3CH2CH2CH2OH бутанол-1 OH CH3CH2CHCH3 бутанол-2 CH3CH2CH2CH2C пентаналь O H O CH3CH2CH2CCH3 пентанон-2 (одно из основных положений теории химического строения)
метан этилен Стереохимические формулы H H C H H H H C C H (более полная по сравнению с химическим строением характеристика соединений)
химическая связь лежит в плоскости чертежа химическая связь уходит за плоскость назад химическая связь выходит из плоскости вперед H H H C H тетраэдрическая плоскостная линейная H H H C C H H C C H
H Конформация и конформационные изомерыCl С H H Cl С H H Конформации 1,2-дихлорэтана * Cl С H H С Cl H H Cl С H H H С Cl H Cl H H Cl H H Cl H H Cl H H Cl Cl H H H H * Конформации циклогексана см. в Приложении.
друга
CC CH3 H H CH3 CC CH3 H CH3 H H H CH3 3 H C H H H3C CH3 Хиральность– (левая и правая рука, перчатки, пара ботинок, левая и правая винтовые лестницы и другие предметы)
могут быть хиральными и ахиральными. вуют в виде пары пространственных изомеров — H*CF(Cl)Br CH3CH2*CH(OH)CH3 Энантиомеры
у тетраэдрического атома углерода. энантиомеры -аланина
o Одинаковые физические и химические свойства в обычных условиях, оптически активны. o Энантиомеры поворачивают плоскость поляризации на равный угол в противоположном направлении: (+) — (–) — H3C C H NH 2 COOH CH3 H2N H COOH C Рацематы
Разделение рацематов * микроорганизмов, способных потреблять один из энантиомеров. * Химический способ разделения рацематов см. в Приложении. Энантиомеры молочной кислоты CH3*CH(OH)COOHСтереохимические формулы Проекционные формулы Фишера CH3 CH3 COOH COOH C OH HO C H H R-2-гидроксипропановая кислота (D-молочная кислота) []D20 ‒2.26 COOH CH3 H OH CH3 S-2-гидроксипропановая кислота (L- молочная кислота) []D20 +2.26 COOH HO H
Стереохимическая номенклатураD,L-Система обозначения конфигурации (М.А. Розанов, 1906) Определение D- или L-конфигурации:
окажется при этом слева — это L-энантиомер, если справа — это D-энантиомер. COOH COOH H2N H H OH CH3 CH3 Пример. Определить, D- или L-конфигурацию имеет соединение,COOH CH3 H OH CH3 OH H COOH HO CH3 H COOH 1-я перестановка (OH, COOH) 2-я перестановка 3 (OH, CH ) приведенное ниже? OH CH3 H COOH ? Переход к стереоизомеру с известной конфигурацией потребовал четного числа (2-х) перестановок заместителей. Следовательно и исходный стереоизомер имел ту же, т.е. Конфигурационный стандарт — глицериновый альдегид HOCH2*CH(OH)C(O)H
И. Бийвут методом РСА на примере D-винной [(2R,3R)-2,3-дигидрокси- бутандиовой кислоты] HOOC*CH(OH)*CH(OH)COOH, 1951. кислот и родственных соединений. 1 2 3 2 2 3 1 2 CH2OH OH H CHO CH2OH HO H CHO 3 HOH2C C OH H 1 CHO 3 CH2OH HO H 1 CHO C R,S-Система обозначения конфигурации (Р. Кан, К. Ингольд и В. Прелог, 1956)HO CH 3 H COOH HO H CH 3 COOH 1-я перестановка (H, CH3) 2-я перестановка (OH, CH3) H COOH 8 OH 6 CH3 6 (от лат. rectus — правый, sinister — левый) Основные правила: а) чем больше атомный номер элемента, непосредственно связанного с центром хиральности, тем старше заместитель. Если первое окружение не позволяет выбрать порядок старшинства двух или более заместителей, то рассматривают второе окружение, затем третье и т. д. Атомные номера элементов, связанных двойной и тройной связью, удваивают или утраивают; б) молекулу энантиомера располагают так, чтобы самый младший замес- титель был обращен назад (формулу Фишера перестраивают так, чтобы он оказался снизу или сверху). Если порядок старшинства остальных трех заместителей убывает по часовой стрелке, то данный изомер имеет R-конфигурацию, если против часовой стрелки, то S-конфигурацию. ДиастереомерыСтереоизомеры 2-амино-3-гидроксибутановой кислоты CH3*CH(OH)*CH(NH2)COOH (треонина)
-Диастереомеры Соединения, имеющие более одного центра хиральности, Заместители в -диастереомерах H2N H OH CH3 (I) L-треонин H2N COOH H HO H CH3 (III) L-алло-треонин NH2 COOH H H OH CH3 (IV) D-алло-треонин COOH COOH H H NH2 HO H CH3 (II) D-треонин энантиомеры энантиомеры -диастереомеры -Диастереомеры-Диастереомеры октадецен-9-овой кислоты H H CH3(CH2)7 H C C C C CH3(CH2)7 (CH2)7COOH H (CH2)7COOH (цис-октадецен-9-овая кислота) жидкая, т. пл. 13–16 °C (транс-октадецен-9-овая кислота) твердая, т. пл. 44–47 °C -Диастереомеры бутена-2 цис-бутен-2 т. кип. +3.72 °C транс-бутен-2 т. кип. +0.88 °C
CH3 H C C H3C H H CH3 H3C C C H C COOH H HOOC C H COOH HOOC C C H H C COOH H C CH3 CH3CH2 Z,E-Система обозначения конфигурации -диастереомеров (К. Ингольд и В. Прелог, 1951) (от нем. zusammen — вместе, entgegen — напротив) Основные правила: а) чем больше атомный номер элемента, непосредственно связанного с двойной связью, тем старше заместитель. Если первое окружение не позволяет выбрать порядок старшинства двух или более заместителей, то рассматривают второе окружение, затем третье и т. д. б) Z-конфигурация для диастереомеров соответствует цис-расположению старших заместителей в каждой паре, E — транс-расположению. Изомерия *
включает
* Классификацию изомеров см. в Приложении. Топизм‒ Раздел стереохимии, в котором изучается расположение и сравнение одинаковых лигандов (от греч. topos — место).
могут быть гомотопными, энантиотопными и диастереотопными. пропан CH3 CH3 Ha Hb CH3 CH3 Hb Br CH3 CH3 Ha Br бутан(S)-бутанол-2 (R)-бутанол-2 (R)-пентанол-2 CH3CH2 CH3 Hs Hr CH3CH2 CH3 Hr HO CH3CH2 CH3 Hs OH (2R,3S)-пентандиол-2,3 (2R,3R)-пентандиол-2,3 C2H5 Hs Hr CH3 H OH C2H5 Hr CH3 H OH HO C2H5 Hs OH CH3 H OH
Приложение (справочный и иллюстративный материал)cтруктурные (изомеры строения) cтереоизомеры (пространственные) конфигурационные конформационные Классификация изомеров ИЗОМЕРЫ Классификация органических соединений по строению углеродного скелетанасыщенные карбоциклические (цикл состоит только из атомов углерода) ациклические (незамкнутая цепь) циклические (замкнутая цепь) ненасыщенные ОРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ гетероциклические (цикл состоит из атомов С и других элементов) алициклические ароматические Конформации циклогексанааксиальное положение СН3-группы кресло кресло
конформации кресла предпочтительно занимает экваториальное H H H C H H H 3 6 1 5 1 H H H положение. H H C H H H 5 6 3 H H экваториальное положение СН3-группы a a a e e e e 5 e 4 2 1 e 6 3 кресло ванна аксиальные (а) и экваториальные (е) связи a a a a a a a a a e e e e 3 6 e e 1 2 4 5 Разделение рацематов
диастереомеры с последующим их разделением. хиральным реагентом. энантиомеры + (–)-R'NH 2 (+)-RCOO– +NH3R'-(–) (–)-RCOO– +NH3R'-(–) (+)-RCOOH (–)-RCOOH хиральный реагент + HCl – NH4Cl (+)-RCOOH (–)-RCOOH рацемат (+)-RCOO– +NH3R'-(–) (–)-RCOO– +NH3R'-(–) разделение кристаллизацией разложение солей Разделение рацемической смеси кислоты мезо-СоединенияСтереоизомеры 2,3-дигидроксибутандиовой кислоты HOOC*CH(OH)*CH(OH)COOH (винной кислоты) (2R,3R)-винная кислота (D(+)-винная кислота) (2S,3S)-винная кислота (L()-винная кислота) D 20 [] +12, т. пл. 170 С [] D 20 ‒12, т. пл. 170 С D [] 20 0, т. пл. 140 С o Виноградная кислота (т. пл. 205 С) — смесь равных количеств D(+)- и L(‒)-винных кислот. OH COOH H COOH HO H HO COOH H COOH OH H COOH OH H H OH COOH мезовинная кислота Диастереомерия циклических соединений
OH H H OH транс-циклопентандиол-1,2 H H OH OH цис-циклопентандиол-1,2
Стереоизомеры циклопропан-1,2-дикарбоновой кислоты HOOC H H HOOC H H COOH COOH H COOH HOOC H цис-циклопропан-1,2- дикарбоновая кислота (R,R)- (S,S)- транс-циклопропан-1,2-дикарбоновая кислота |