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 HÓA LẬP THỂ Based on McMurry’s Organic Chemistry, 7th edition Stereochemistry MỘT SỐ VẬT THỂ CÓ ẢNH QUA GƯƠNG KHƠNG CHỒNG KHÍT VẬT (VỀ KỸ THUẬT, CHÚNG KHƠNG CĨ MẶT PHẲNG ĐỐI XỨNG) BÀN TAY PHẢI KHÁC BÀN TAY TRÁI CÁC PHÂN TỬ HỮU CƠ (GỒM NHIỀU THUỐC) CÓ NHIỀU handedness DO KẾT QuẢ TỪ CÁC NHÓM THẾ KHÁC NHAU TRÊN CARBON BẤT ĐỐI LAI sp3 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 PHÂN TỬ handedness CÓ THỂ CÓ NHỮNG TƯƠNG TÁC CHUYÊN BIỆT GIỮA ENZYMES VÀ CHẤT NỀN—TÁC ĐỘNG ĐẾN CHUYỂN HĨA VÀ DƯỢC TÍNH Examples of Enantiomers CÁC PHÂN TỬ CÓ MỘT CARBON VỚI NHÓM THẾ KHÁC NHAU SẼ CĨ Ảnh qua gương khơng chồng khít Enantiomers=non-superimposable mirror image stereoisomers Enantiomers có tính chất vật lý xác định (except for one) Những kiểu phân tử cho thấy điều Chirality Nếu vật có mặt phẳng đối xứng ảnh vật chồng khít A plane of symmetry divides an entire molecule into two pieces that are exact mirror images Achiral đồng nghĩa với vật có mặt phẳng đối xứng Molecules that are not superimposable with their mirror images are chiral (have handedness) Hands, gloves are prime examples of chiral object They have a “left” and a “right” version Các phân tử hữu Chiral Achiral Chiral Centers Một carbon phân tử có nhóm nguyên tử khác gắn vào carbon gọi chiral center Có hai cách khơng chồng khít mà nhóm khác gắn vào nguyên tử carbon Nếu nhóm giống có cách Một phân tử chiral thường có trung tâm chiral Chiral Centers in Chiral Molecules Nhóm khác nhóm có cấu trúc khác Trong phân tử vòng, so sánh theo hướng vòng 9.3 Optical Activity Ánh sáng giới hạn truyền qua mặt phẳng mặt phẳng phân cực Một phân cực kế đo góc quay cực ánh sáng mặt phẳng phân cực sau truyền qua dung dịch Rotation, in degrees, is [] Clockwise (+) = dextrorotatory; Anti-clockwise (-) = levorotatory Ánh sáng phân cực qua dung dịch hợp chất achiral khơng thay đổi ([] = 0, không hoạt động quang học) Dung dịch hợp chất chiral quay mặt phẳng ánh sáng phân cực phân tử gọi có hoạt tính quang học Measurement of Optical Rotation Số phân tử chiral nhiều mẫu đo góc quay ánh sáng phân cực lớn = phụ thuộc nồng độ Có điều để so sánh, góc quay cực chuyên biệt xác định, []D hợp chất hoạt động quang học Góc quay chuyên biệt đo với dung dịch mẫu g/mL cell có chiếu dài ánh sáng qua10 cm dùng ánh sáng từ đèn kim loại Na (589 nm) (observed rotation in degrees) [ ]D (pathlength in dm)(concentration in g/ml) l C The specific rotation of the enantiomer is equal in magnitude but opposite in sign (+)-lactic acid = +3.82; (-)-lactic acid = -3.82 9.4 Pasteur’s Discovery of Enantiomers Louis Pasteur khám phá tinh thể muối sodium ammonium tartaric acid dạng quay phải quay trái Dung dịch chứa đồng phân ảnh qua gương vật gọi enantiomers chúng kết tinh hình dạng riêng biệt khác – Tỉ lệ (50:50) loại tinh thể hòa tan dung dịch gọi hỗn hợp racemic khơng có hoạt tính quang học The optical rotations of equal concentrations of these forms have opposite optical rotations 10 observed rotation x 100 = enantiomeric excess(e.e.) rotation of pure enantiomer o observed rotation = +109 109.0 e.e = 123.0 x 100 H H (S)-(-) Limonene o [= from lemons = 88.6% e.e 88.6% (+) (R)(+) Limonene 11.4% racemic o [] = +123.0 actually 94.3% (+) from oranges 22 23 (R)(+) Thalidomide O O H N (S)(-) Thalidomide O O H N H O N O a sedative and hypnotic O H N O a teratogen 24 9.9 ƠN TẬP VỀ ĐỒNG PHÂN LƯU ĐỒ TĨM TẮT CÁC LOẠI ĐỒNG PHÂN LƯU Ý ĐỒNG PHÂN HÌNH HỌC 25 Constitutional Isomers Different order of connections gives different carbon backbone and/or different functional groups 26 Stereoisomers Same connections, different spatial arrangement of atoms Enantiomers (nonsuperimposable mirror images) Diastereomers (all other stereoisomers) Includes cis, trans and configurational 27 9.10 Stereochemistry of Reactions: Addition of H2O to Alkenes 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 28 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 29 Addition of H2O to a Chiral Alkene What is the sterochemical result of the addition of H2O to a chiral alkene R-4-methyl-1-hexene Product has chiral centers -Chiral + Achiral = Optically Active -Chiral Intermediate has different top and bottom sides -Amounts of the two products will be different -Product will have optical activity 30 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 31 Also applies to phosphorus but it flips more slowly Can isolate individual enantiomers = Chiral Trivalent Sulfur Cations are also Chiral 32 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 sp2 reactant 33 Prochiral distinctions, paired atoms or groups An sp3 carbon with two groups the same is also a prochiral center The two identical groups are distinguished by considering either and seeing if it was increased in priority in comparison with the other If the center becomes R the group is pro-R and pro-S if the center becomes S 34 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 35 Chirality in Nature and Chiral Environments Enantiomers có tính chất vật lý tương tự, khác tính chất sinh học Stereoisomers phân biệt receptors chiral in nature Tính chất thuốc phụ thuộc vào hóa lập thể Think of biological recognition as equivalent to 3-point interaction Enzymes can make only one enantiomer from an achiral reactant In the chiral environment, pro-R and pro-S are chemically different 36 ... dextrorotatory; Anti-clockwise (-) = levorotatory Ánh sáng phân cực qua dung dịch hợp chất achiral khơng thay đổi ([] = 0, không hoạt động quang học) Dung dịch hợp chất chiral quay mặt phẳng... NGUYÊN TỬ TRONG BẢNG HTTH (O > N > C > H) QUY TẮC 2: NẾU CHƯA THỂ XÁC ĐỊNH VỚI NHỮNG NGUYÊN TỬ ĐẦU TIÊN CỦA NHĨM THẾ, THÌ XÉT TiẾP CÁC NGUYỂN TỬ LIÊN KẾT THỨ HAI, THỨ BA ĐẾN KHI TÌM TH? ?Y KHÁC... configurational 27 9.10 Stereochemistry of Reactions: Addition of H2O to Alkenes Many reactions can produce new chiral centers from compounds without them What is the stereochemistry of the chiral