Configurazione Conformazione CONVENZIONE CONVENZIONE DI

Transcript

Configurazione
(Mislow, 1965)
Posizione relativa degli atomi nello spazio cha caratterizza
un particolare stereoisomero
Enantiomeri: configurazione opposta
Diastereoisomeri: configurazione diversa
Conformazione
(Mislow, 1965)
Particolare geometria di una molecola che dipende da certi
valori di lunghezza di legame e di angoli, semplici o diedri,
fra i legami
Infinite conformazioni all’interno di una determinata configurazione
1
2009 - G. Licini, Università di Padova. La riproduzione a fini commerciali è vietata
CONVENZIONE DI FISHER
Convenzione arbitraria
H
CHO
OH
CH2OH
H
CHO
OH
CH2OH
HO H
H2C
OH
CHO
(+)(+)
-D-GLICERALDEIDE
utilizzata per gli zuccheri e amminoacidi
2
1
CONVENZIONE DI FISHER - Utilizzi attuali
3
Descrittori di Configurazione di Unità Stereogeniche
Unità stereogeniche per le quali scambio di legante genera diastereoisomeri
X
trans, E
X
X
X
cis, Z
assiale
equatoriale
eso
endo
4
2
Descrittori di Configurazione di Unità Stereogeniche
Unità stereogeniche per le quali scambio di legante genera enantiomeri
REGOLE CIP
CIP, 1951 (CIP = Chan,
Chan Ingold e Prelog)
1. Identificazione di quali e quanti elementi stereogenici
sono presenti
2. Costruzione del grafico ramificato intorno agli elementi
stereogenici che rappresenti la connettività degli atomi
legati all
all’elemento
elemento.
3. Determinare in base alle regole le priorità dei leganti
4. Attribuire alla configurazione l’appropriato descrittore
sulla base delle priorità facendo riferimento ad uno
standard esterno arbitrario
5
Grafico Ramificato
H3C
OH
H3C
CH3
4-metil
metil-1-penten
penten-3-olo
• = atomo fantasma
OH
H
HH H
H
C C
H
O
C
C C H
H HH H
H
HHHHHH
C C C
H
C
C C C C
H HH HH H
Ciclopropil ciclobutil carbinolo
6
3
Sottoregole REGOLE CIP
1. Atomi a numero atomico maggiore precedono
atomi
t i a numero atomico
t i minore
i
2. Atomi a numero di massa maggiore precedono
atomi a numero di massa minore
3. Doppi legami cis precedono doppi legami trans
4. Se nei leganti ci sono degli stereocentri quelli
R precedono quelli S.
S Se ci sono più
stereocentri: RR > SS; RS > SR.
7
Descrittori di Configurazione di Centri Stereogenici
OH
Ph
Me
H
OH
Ph
Me
H
OH
Me
Ph
2
1
3
OH
Me
Ph
2
3
2
1
1
3
Antiorario
Orario
S
R
sinistrus
rectus
8
4
Proiezioni di Fisher
Assegnazione configurazione assoluta (CIP)
9
Assegnazione la configurazione assoluta allo stereocentro
presente nella molecola rappresentata (3(3-idrossi
idrossi-butanale)
10
5
Le proiezioni di Fisher si usano quasi esclusivamente per i carboidrati, più
raramente per gli ammino acidi. Consentono di verificare la presenza di
elementi di simmetria nelle molecole abbastanza agevolmente
Esercizio: Assegnare la
configurazione assoluta agli
stereocentri delle seguenti
molecole
11
12
6
Chiralità e stereogenicità sono proprietà differenti
Chan, Ingold e Prelog hanno contribuito a creare confusione tra i due termini
chiralità e stereogenicità
stereogenicità.. Il lavoro che riguardava le regole CIP si intolava
intolava::
Specification on Molecular Chirality,
Chirality, cose se ladefinizione di descrittori
stereochimici, quali R o S intendesse definire la chiralità piuttosto che la
stereogenicità.. La simbologia R e S definisce le posizioni dei gruppi intorno ad un
stereogenicità
elemento stereogenico
stereogenico,, mentre la chiralità non dipende dalla priorità di un gruppo o
un altro ma semplicemente dall’assenza di simmetria del secondo ordine nella
molecola..
molecola
Per esempio molecole con la
stessa disposizioni di leganti
strutturalmente simili possono
avere differenti descrittori CIP
HO H
Oppure gruppi chiaramente differenti possono avere
la stessa priorità e quindi il descrittore CIP non può
essere assegnato
13
Descrittori di Configurazione di Altri Elementi Stereogenici
Alleni (R,S o M,P)
F
C
Br
Br
C2
F
2
4
2
F
F
Br 1
F
Br
C
Br
Cl
C1
2
Br 1
F
S
3
F
2
Br
P
1
4
2
F
F
Cl 1
F
2 F
Cl
1
F
Br
3
S
Br
1
P
14
7
Descrittori di Configurazione di Altri Elementi Stereogenici
Composti ad ansa
Atomo pilota
CH2
O
H
6
1
HOOC
O
2
R
C(1) – C(2) – COOH > C(1) – C(6) - H
15
DESCRITTORI DI CONFIGURAZIONE RELATIVA
treo e eritro
H
H
CHO
OH
OH
CH2OH
HO
HO
D-ERITROSIO
CHO
H
H
CH2OH
L-ERITROSIO
eritro
H
HO
CHO
OH
H
CH2OH
HO
H
L-TROSIO
CHO
H
OH
CH2OH
D-TROSIO
treo
16
8
DESCRITTORI DI CONFIGURAZIONE RELATIVA
efedrina
H
H
CH3
NHMe
OH
C6H5
MeHN
HO
CH3
H
H
C6H5
H
HO
CH3
NHMe
H
C6H5
CH3
MeHN
H
H
OH
C6H5
Simile a
D-ERITROSIO
L-ERITROSIO
L-TROSIO
eritro
D-TROSIO
treo
17
CONVENZIONE IUPAC
Si definiscono le configurazioni relative dei singoli stereocentri
2R 3R
2R,3R
e
2S 3S
2S,3S
d
2S 3R
2S,3R
e
2R 3S
2R,3S
Se abbiamo molecole raceme possiamo indicarle come:
(RR/SS) – (RS/SR) o (R*,R*) – (R*,S*)
18
9
OH
OH
COOR
Ph
Me
Me
COOR
Me
(R*,S*)
(R* S*)
(R*,R*)
(R* R*)
Notazioni diverse – stessa serie sterica!
OH
H2N
SH
COOH
H2N
(S)(S)
-serina
COOH
(R)
(R)-cisteina
19
METODO di MASAMUNE (1980)
OH
OH
COOMe
Ph
Me
anti
OH O
Me
Me
Me
Ph
Me
anti
O
OH
COOMe
O
2,32,3
-anti
anti-3,4
3,4-anti
anti-4,54,5-syn
2,42,4
-syn//3,5
syn//3,5-anti
COOMe
Ph
Me
sin
HO Me Me H
HOOC 2
4
3
5
Me
H Me H Ph
2S 2,3
2,3-syn
syn-3,4
3,4-anti
anti-4,54,5-anti
2,42,4
-anti//3,5
anti//3,5-syn
20
10
21
22
11
Descrizione di unità prostereogeniche - Re/Si vs pro
pro-R e pro
pro-S
Nel caso di sostituenti enantio o diastereotopici si possono
usare i due seguenti descrittori:
descrittori:
Re/Si
propro
-R e pro
pro-S
Utilizzata principalmente dai biochimici
23
Ottenimento di un singolo enantiomero
Sostanze isometriche possono essere
differenziate
diff
i t solo
l mediante
di t iinterazioni
t
i i con
altri agenti che le rendano anisometriche
1. RISOLUZIONE
2. SINTESI
24
12
Molecola chirale: esiste in due forme enantiomorfe
La molecola chirale può mostrare “attività ottica” cioè può ruotare il
piano della luce polarizzata
La luce polarizzata è costituita da due raggi (destrorso R e
sinistrorso
i i t
L) che
h percorrono cammini
i i elicoidali
li id li enantiomorfi.
ti
fi
25
Quando i due raggi interagiscono con un enantiomero di una
data molecola si creano interazioni
raggio R/enantiomero (+)
raggio L/enantiomero (+)
Queste interazioni sono tra di loro diastereoisometiche e quindi non
q
p
equivalenti
per simmetria.
Fisicamente uno dei raggi è rifratto più dell’altro e quindi il piano
polarizzato della luce subisce una rotazione di un certo angolo α,,
misurabile sperimentalmente.
L’interazione della luce con l’altro enantiomero genera un fenomeno di
uguale intensità ma di segno opposto.
26
13
Polarimetro – Misura dell’attività ottica
λ= lunghezza
l
h
d’onda
d d del
d l raggio
α>0 se il raggio L viene rifratto più di R
L’enantiomero con α>0 viene definito destrorotatorio;
L’enantiomero con α<0 viene definito levorotatorio
Rotazione specifica =
T= temperatura
λ= lunghezza d’onda
(di solito D (589 nm), luce da una lampada al sodio)
l=lunghezza cella (dm)
c=concentrazione (g/100 ml)
27
Attività ottica latente - Molecole criptochirali
Quindi in una molecola chirale,
chirale, enantiomericamente arricchita
l’attività ottica può non essere osservata
L’attività ottica è condizione sufficiente, non necessaria
28
14
Proprietà di forme racemiche solide
Composti chirali racemi, allo stato solido possono comportarsi
in modo diverso. A seconda di come cristallizzano
preferenzialmente vengono denominati:
Interazione
preferenziale
Conglomerati:
RR e SS
Racemati:
RS
Soluzioni solide racemiche:
RR e SS = RS
29
CONGLOMERATI (punto fusione vs purezza enantiomerica)
enantiomerica)
Miscela dei cristalli formati
dai singoli enantiomeri
RACEMATI (punto fusione vs purezza enantiomerica
enantiomerica))
In ogni cristallo coesistono
i due enantiomeri
30
15
SOLUZIONI SOLIDE RACEME
(punto fusione vs purezza enantiomerica)
enantiomerica)
Scarse differenze in affinità tra
molecole omomere ed enantiomere
Punti di fusione quasi identici a quelli dei singoli enantiomeri
Quali sono le possibili conseguenze di questi fenomeni?
Risoluzione spontanea
31
RISOLUZIONE SPONTANEA DI UN
CONGLOMERATO
Tartrato monosodico e monoammonico
PASTEUR
Separazione manuale dei cristalli
32
16
RISOLUZIONE CLASSICA
Formazione e separazione di diastereoisomeri
(R,S)(R,S)
-A + (R)
(R)-B
(R)(R)
-A/(R)
A/(R)-B + (S)
(S)-A/(R)
A/(R)-B
diastereoisomeri
(R)(R)
-B = Agente risolvente, può anche essere l’enantiomero
33
Prima risoluzione via formazione di sale diastereoisomerici
(acido tartarico - Pasteur 1853)
HO H
COOH
HOOC
HO H
(-)-TT.(+)TT.(+)-cinchotoxine
(+)-TT.(+)(+)TT.(+)-cinchotoxine
n-sale cristallizza
p-sale resta in soluzione
H OH
HOOC
COOH
H OH
(-)-TT.(+)TT.(+)-quinotoxine
(+)-TT.(+)(+)TT.(+)-quinotoxine
p-sale cristallizza
n-sale resta in soluzione
Si definisce un sale diastereoisomerico p se i
partners acido base della reazione hanno lo
stesso segno, n se hanno segno opposto
34
17
Caratteristiche di un buon agente risolvente:
1. Facilmente reperibile
2. Forniture costanti
3 Stabilità
3.
S bili à nell’uso
ll’
e stoccaggio
i
4. Basso prezzo o facilità di sintesi
5. Facile recupero e riutilizzo
6. Basso peso molecolare
7. Elevata purezza enantiomerica
8. Disponibilità di entrambi gli enantiomeri
9. Bassa tossicità
10. Buona solubilità
35
Agenti risolventi - acidi
36
18
Agenti risolventi - basi
37
Risoluzione di amminoacidi
(D)(D)
-fenilglicina
38
19
Effetto della chiralità sulla reattività
La chiralità di una molecola può influenzare la sua reattività o
quella di altre molecole mediante la trasformazione di atomi,
gruppi di atomi o doppi legami che non sono equivalenti per
simmetria e che sono quindi distinguibili.
simmetria,
distinguibili Tali atomi
atomi, gruppi di
atomi o doppi legami sarebbero indistinguibili e equivalenti per
simmetria in assenza di informazione chirale
Per poter osservare l’effetto si devono formare due o più
stati di transizione non equivalenti per simmetria
(diastereoisomerici), ogni uno dei quali porta ad un prodotto
stereoisomerico ((enantiomero o diastereoisomero)) attraverso
cammini energeticamente differenti.
La formazione di diversi stereoisomeri in diverso
ammontare è chiamata stereoselezione
39
In linea di principio l’effetto della chiralità sulla reattività
non dipende dalla composizione enantiomerica della molecola
chirale
Generalmente ll’estensione
estensione dell
dell’effetto
effetto dipende dai diversi
contenuti energetici degli stati di transizione
40
20
La reazione di Kiliani
Kiliani-Fisher
41
Stereoselettività
Stereoselettività: proprietà di una reazione che
genera o distrugge uno stereoisomero in modo
predominante rispetto ad uno o più altri
Si valuta percentualmente, ad esempio 92% dello stereoisomero x, o con
un rapporto (x/y).
Generalmente il rapporto è normalizzato a 100, come in 96(x): 4(y).
Tuttavia un rapporto riferito a 1 (nel nostro caso 24 (x) : 1 (y)), è di
solito più informativo. Infatti 95:5 è praticamente identico a 96:4,
mentre 19:1 sembra molto peggio di 24:1.
Nel caso della formazione di due enantiomeri la stereoselettività si
esprime in termini di eccesso enantiomerico,
enantiomerico, mentre nel caso della
formazione di diastereoisomeri in rapporto diastereoisomerico.
diastereoisomerico.
Una reazione che produce uno solo dei possibili stereoisomeri è definita
completamente stereoselettiva (non “stereospecifica”!!!).
42
21

Configurazione Conformazione CONVENZIONE CONVENZIONE DI

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