Hóa học lập thể - Võ Thị Thu Hằng pptx

Danh pháp E,Z... Số đồng phân Số nguyên tử C*.

M C L C

Ch ng 1: Khái ni m c b n 5

Ch ng 2: ng phân quang h c 17

Ch ng 3: ng phân hình h c 38

Ch ng 4: ng phân c u tr ng c a h p chât không vòng 50

Ch ng 5: C u tr ng c a h p ch t vòng no 62

Ch ng 6: Hóa l p th c a d t và Polymer 92

Ch ng 7: Hóa l p th đ ng 113

Ph n B Bài t p ng phân quang h c 128

ng phân hình h c 132

ng phân c u tr ng 135

Ph n ng th SN 138

Ph n ng tách 141

Ph n ng c ng 144

Tài li u tham kh o 148

L I NÓI U

Hoá h c l p th (Stereochemistry) là m t khoa h c nghiên c u v c u trúc không gian c a v t ch t và nh

h ng c a c u trúc này đ n tính ch t c a chúng

Hoá h c l p th c đi n ch chú tr ng đ n các đ ng phân

l p th tr ng thái t nh nh đ ng phân hình h c, đ ng phân quang h c Nh ng g n đây do s phát tri n c a h c thuy t

v c u tr ng (conformation) và phân gi i c u tr ng (confornational analysis); v s t ng h p đ nh h ng l p th trong các ph n ng hoá h c; v quy t c b o toàn tính đ i

x ng c a các orbital Cùng v i s xu t hi n các ph ng pháp v t lý nh quang ph t ngo i, quang ph c ng h ng

t h t nhân, nhi u x tia X, nhi u x electron Các nghiên

c u v hóa h c l p th đã cho ta nhi u hi u bi t m i v s

ph thu c c a các tính ch t và nh ng đ c tính tinh vi v s phân b không gian c a các nguyên t trong phân t , trong

vi c gi i thích c ch ph n ng và đ c bi t hóa l p th còn

gi i thích đ c ho t tính sinh lý khác nhau c a các đ ng phân l p th

Hóa h c l p th đ ng nghiên c u nh ng chuy n hóa ch t khác nhau c a các đ ng phân l p th gây nên b i các đ c

đi m c u trúc không gian c a chúng nh hi n t ng racemic hóa trong ph n ng th SN1, SR, SE, s ngh ch chuy n c u hình trong ph n ng th SN2, s l u tr c u hình trong ph n

th SNi, epimer hóa trong ph n ng c ng AN vào h p ch t carbonyl

Nhi u công trình nghiên c u v hóa h c l p th đ c đánh giá cao, m t s đ c trao gi i Nobel v hóa h c, ph n

nh vai trò t m c c a môn h c này

V i tính ch t quan tr ng c a hóa h c l p th , m t l nh

v c không th thi u đ c đ i v i hóa h c hi n đ i, nên s ra

đ i quy n sách này hy v ng giúp các sinh viên chuyên hóa

b sung ki n th c và h tr cho quá trình h c t p và nghiên

c u c a mình

Do kh n ng còn nhi u h n ch nên ch c ch n không th tránh nh ng thi u sót R t mong nh n đ c các ý ki n đóng góp chân thành c a quý đ ng nghi p và b n đ c đ sách

đ c hoàn ch nh h n trong nh ng l n tái b n sau

Tác gi

PH N A

LÝ THUY T

1.5.1 Danh pháp D,L

1.5.2 Danh pháp R,S

1.5.3 Danh pháp E,Z

1.1 PH M VI NGHIÊN C U C A HÓA H C L P TH

Công th c ph ng không th mô t đ y đ các d ng c a phân

t S kh o sát v các khía c nh ki n trúc c a phân t trong không gian tam th nguyên r t c n thi t ó là ph m vi nghiên c u c a Hóa l p th

Mu n hi u rõ ho t tính c a m t h p ch t h u c , tr c h t

ng i ta ph i bi t cách c u t o c a nó và k đó là xác đ nh c u hình c a phân t

¬ C u t o c a phân t là tr t t s p x p các n i các

nguyên t trong phân t

¬ C u hình c a phân t là cách s p x p trong không gian

c a nh ng nguyên t (hay nhóm nguyên t ) quanh tâm carbon đ i

Hóa h c l p th c đi n ch chú tr ng đ n các phân t

tr ng thái t nh liên h đ n các đ ng phân l p th Hi n nay, hóa h c l p th đã tr thành m t trong nh ng đ tài quan

tr ng nh t trong hóa h c h u c lý thuy t Hóa h c l p th

đ ng kh o sát s t ng quan không gian gi a các nguyên t

và các nhóm nguyên t ch u ph n ng, cùng nh h ng c a

s s p x p đó trên cân b ng hóa h c và v n t c ph n ng

1.2 L C S

1.2.1 c tính c a h p ch t tri n quang

N m 1811, Arago đã phát hi n đ u tiên kh n ng quay m t

ph ng ánh sáng phân c c g i là tính quang ho t N m 1813, Biot tìm th y kh n ng quay m t ph ng ánh sáng phân c c tinh th

th ch anh N m 1815, Biot tìm th y s quay t ng t x y ra v i

m t s ch t l ng thiên nhiên: tinh d u thông và dung d ch c a m t

s ch t r n (nh camphor) S khác bi t quan tr ng gi a hai d

ki n th c nghi m v a k đã đ c Biot gi i thích nh sau:

OH H

H O H

COOH

COOH

H O H

OH H

COOH

COOH

OH H

OH H

k t v i tính ch t c a nhi u phân t riêng bi t (vì hi n t ng này

đã đ c quan sát tr ng thái l ng và tr ng thái khí c ng nh

tr ng thái dung d ch)

N m 1821, Herschel ch ng minh r ng m t d ng c a tinh th

th ch anh làm quay m t ph ng c a ánh sáng phân c c theo chi u quay kim đ ng h , còn d ng đ i quang ( ng v i nh c a d ng đ u trong g ng ph ng) quay m t ph ng phân c c theo chi u ng c

l i Nh v y n ng su t quang ho t liên quan m t thi t v i tính b t

đ i x ng c a tinh th

Sau nhi u n m (1848 – 1853) kh o sát tính quang ho t c a hai acid trích t c n r u nho, Pasteur xác nh n s hi n h u c a hai acid tartric: m t acid h u tri n: quay m t ph ng c a ánh sáng phân c c v bên ph i (acid (+) tartric) và m t acid không quang

ho t (tiêu tri n): không quay m t ph ng c a ánh sáng phân c c (acid (±) tartric) Ngoài ra, Pasteur đã thành công trong vi c tách hai acid tiêu tri n thành acid (+): h u tri n và acid (-): t tri n (quay m t ph ng c a ánh sáng phân c c v bên trái) Hai acid này

g i là hai đ ng phân đ i quang (hai đ ng phân đ i hình) Theo Pasteur, tính quang ho t không ph i do tính b t đ i x ng c a tinh

th mà th t ra liên quan v i tính b t đ i x ng c a chính các phân

t acid tartric quang ho t Sau đó, Pasteur còn tìm th y m t acid tiêu tri n khác g i là acid meso-tartric ây là m t acid đ i x ng nên không quay m t ph ng c a ánh sáng phân c c

Công th c Fischer c a các acid tartric:

Acid (±) tartric g m m t s b ng nhau phân t đ i quang (có

c u hình ng c nhau) không có tính quang ho t vì lý do bù tr

ngo i phân t , nh ng tách hai đ c thành acid (+) tartric và acid (-) tartric Acid Meso-tartric không quang ho t vì kh n ng quay

ph i c a m t nguyên t carbon b t đ i bù hoàn toàn cho nguyên

t carbon quay trái nên acid meso-tartric còn đ c coi nh m t

d ng không quang ho t bù tr n i phân t

1.2.2 Thuy t carbon t di n

N m 1858, Kekule ch ng minh r ng trong các h p ch t h u

c , nguyên t carbon có hóa tr 4, ngh a là có khuynh h ng t o

n i v i b n nguyên t ho c b n nhóm Khái ni m này r t quan

tr ng và đã giúp các nhà hóa h c lúc b y gi gi i thích s t ng quan gi a tính quang ho t và tính b t đ i x ng phân t

N m 1874, Le Bel và Van’t Hoff nh n th y đ ng th i và đ c

l p v i nhau r ng tính b t đ i x ng phân t đ c t o ra khi b n nhóm khác nhau n i v i m t carbon không ph ng Chính Van’t Hoff đã đ ngh s s p x p t di n c a b n hóa tr c a nguyên t carbon, ngh a là b n hóa tr này h ng v b n đ nh c a m t t

di n v i nguyên t carbon tâm c a nó

Nguyên t C t di n liên k t v i b n nguyên t (hay nhóm nguyên t ) khác nhau g i là nguyên t b t đ i x ng H u qu là hai s s p x p khác nhau có th t n t i nh v t và nh trong

g ng ph ng, không ch ng lên nhau đ c

N u m t nguyên t carbon n i v i hai (hay nhi u h n) nguyên

t ho c nhóm nguyên t thì v t và nh s ch ng lên nhau đ c và tính quang ho t m t h n

COOH

HO

CH3H

COOH

OH

CH3

H

ph ng Do đó, s quay quanh n i đôi là không còn n a và s phân

b c a nhóm th gi ng nhau có th cùng phía ho c khác phía

vì các phân t có n i đôi không b t đ i x ng, ngo i tr tr ng

h p m t nhóm g n trên n i đôi có m t nguyên t Carbon b t đ i

COOH

HOOC

ng phân hình h c th ng liên quan v i các h p ch t có n i đôi Carbon - Carbon, ho c Carbon - Nit , ho c Nit -Nit

Ngoài ra, các h p ch t cicloankan (vòng no) c ng có th có

đ ng phân hình h c ng phân hình h c d ng này th ng liên quan v i đ ng phân quang h c

1.2.4 ng phân quang h c (xem ch ng 2)

1.2.5 ng phân c u tr ng (c u d ng, quay)

N m 1885, Baeyer đ xu t thuy t c ng cho các h p

ch t vòng no Theo Baeyer, các cicloankan có c u t o là

nh ng đa di n đ u và ph ng, s c c ng góc trong vòng gi m

d n t ciclopropan đ n ciclopentan, r i gia t ng v i các vòng

l n h n Thuy t Baeyer gi i thích s t n t i các vòng n m, sáu c nh v i s khi m di n c a các vòng nh và l n h n lúc

C H 3H

H H

H

H

H H

H H

H H

H H

H H

H H

H H

H H

1.3 CÁCH BI U DI N NGUYÊN T CARBON T DI N 1.3.1 Bi u di n phân t ch a m t nguyên t C

bi u di n cơng th c tam th nguyên c a phân t trên m t ph ng gi y, ng i ta dùng m t vịng trịn đ t ng

tr ng cho nguyên t Carbon n m trong m t ph ng, các n i trên m t ph ng xu t phát t m t đi m trong vịng (đ m nét)

và các n i d i m t ph ng xu t phát t m t đi m trên vịng trịn (ch m nét) đ n gi n cĩ th khơng v vịng trịn

Cơng th c chi u Fischer c a Metan

1.3.2 Bi u di n phân t ch a hai nguyên t C

- Cơng th c tam th nguyên c a Etan

- Cơng th c ph i c nh: nhìn theo tr c C – C

H CÁCH BIỂU DIỄN PHÂN TỬ METAN

H H

H

H

H HH

H

HH

H H H

H H

H

- Công th c chi u Newman: tr c C – C đ vuông góc

v i m t ph ng chi u, nguyên t C g n nh t đ c bi u di n b ng vòng tròn, các liên k t v i C này xu t phát t tâm vòng tròn

- Công th c chi u Fischer: m ch chính c a phân t

h ng theo chi u th ng đ ng, các liên k t hai bên là nh ng liên

k t h ng v phía trên m t ph ng, các liên k t đ u trên và đ u

d ng t tri n hay h u tri n

- C u hình t ng đ i: Tr c n m 1951, ng i ta không có ph ng pháp nào đ xác đ nh c u hình d ng h u tri n hay t tri n c a hai d ng đ i quang Tuy nhiên, ng i ta có th xác đ nh c u hình c a các ch t quang ho t đ i v i nhau và đ i v i

OH H

CH2OH

CHO

H O

H

CH2OH CHO

OH H

CH2OH

COOH

* OH

CH3

COOH

* OH

H O

H

O H H

O H H

C H 2O H

C H O

D (+) glucoz

- C u hình c a d ng t tri n đ c g i là L (-) gliceraldehid

D-(+)-gliceraldehid L-(-)-gliceraldehid

Kí hi u: D, L là c u hình tuy t đ i

D u (+) hay (-) liên h đ n chi u quay Qui t c Fischer đ c ch p nh n m t cách r ng rãi và các h p

ch t có c u hình liên quan đ n D (+) gliceraldehid đ i v i chi u

h ng c a –H và –OH g i là đ ng phân D, dù chúng là h u tri n hay t tri n

Thí d :

Trong s t ng quan gi a andehid D (+) gliceric v i acid D ) gliceric không có ph n ng nào làm thay đ i cách s p x p b n liên k t v i nguyên t Carbon b t đ i x ng Vì th các h p ch t

(-đ u có c u hình D

N u phân t có nhi u nguyên t Carbon b t đ i x ng, c u hình c a m t tâm th ng đ c liên k t tr c ti p ho c gián ti p v i gliceraldehid, còn c u hình c a các tâm khác đ c xác đ nh đ i

v i tâm th nh t

H N

H2

CH2OH COOH

N

H2

OH H

CH3

H

COOH

H O H

OH H

CH2OH CHO

L (-) Treonin D (-) Treonin

O H H

H O

H

C O O H

C O O H

Theo qui c dùng cho h p ch t đ ng, c u hình chung c a

m t phân t đ c xác đ nh b i c u hình c a nguyên t Carbon b t

đ i x ng mang ch s cao nh t v i gliceraldehid (Carbon s 5 trong glucoz)

¬ i v i ( - Aminoacid h p ch t m u là L (-) Serin

C u hình c a các ( - Aminoacid có nhi u nguyên t Carbon

b t đ i x ng đ c xác đ nh b i Carbon b t đ i x ng có ch s

th p nh t (nguyên t Carbon ( đ i v i nhóm –COOH)

So sánh tr t t : liên k t c a Treonin và Treoz có s gi ng nhau, Treoz có c u hình D theo qui c h p ch t đ ng, c u hình

L theo qui c h p ch t aminoacid

S ki n này đ a đ n m t s nh m l n quan tr ng trong vi c xác đ nh c u hình các h p ch t khác đ ng và ( - aminoacid

gi i quy t v n đ này, ng i ta dùng ch g (gliceraldehid)

đ bi u th qui c đ ng, và ch s (Serin) đ bi u th qui c aminoacid

Acid Ds (+) tartric Acid Lg (+) tartric

1.5.2 Danh pháp R,S

D (+) gliceraldehid và D (-) gliceraldehid có c u hình gi ng

h t nhau nh ng quay m t ph ng ánh sáng phân c c theo hai chi u

ng c nhau Nh v y, không có m t h th c nào rõ r t gi a c u hình c a m t h p ch t và d u chi u quay c a nó M t khác, d u chi u quay c a m t vài h p ch t thay đ i theo nhi t đ , n ng đ , dung môi, tính acid c a dung d ch hay mu i trung hòa

M t danh pháp có h th ng đ bi u th c u hình là c n thi t

H th ng Cahn – Ingold Prelog (1956) dùng ch : R (rictus: ph i)

và S (sinister: trái) đ xác đ nh c u hình c a các nguyên t b t đ i

C u hình R C u hình S

1.5.3 Danh pháp E,Z

i v i các anken mang các nhóm th khác nhau

Xét theo qui t c th t u tiên: a>b; c>d

- E khi a, c v trí trans đ i v i nhau

- Z khi a, c v trí cis đ i v i nhau

b

a

b c

CH C

CH3

COOH

OH C

H3CH

H

C OH H

OH H

C O OH

C O OH

O H O H H

H COOH COOH

( R ) ( S )

H C

CH 2 B r F

C

H 3

2.6.2 Tính đ c thù l p th c a các quá trình hóa sinh

2.7 Bi n th RACEMIC (d ng tiêu tri n)

2.7.4.3 Ph ng pháp t o ph c phân t

2.7.4.4 Ph ng pháp s c ký

( 1 )

( 3 )

( 4 (2)

ch dao đ ng trong m t m t ph ng th ng góc v i ph ng truy n

g i là ánh sáng phân c c ph ng

2.2 CH T QUANG HO T

N m 1813, nhà v t lý h c ng i Pháp Biot khi nghiên c u s

t ng tác c a ánh sáng phân c c v i ch t đã phát hi n trong thiên nhiên t n t i hai d ng tinh th th ch anh: m t d ng làm quay m t

ph ng c a ánh sáng phân c c ph ng sang ph i và d ng kia làm quay sang trái T ng t , m t s h p ch t khác: HgS, NaCl, ZnSO4… c ng có đ c tính trên

n n m 1815, Biot l i phát hi n đ c r ng m t s ch t h u

c : đ ng, d u thông, campho, acid tartric… c ng làm quay m t

ph ng dao đ ng c a ánh sáng phân c c ph ng và khi trong dung

d ch hay tr ng thái l ng chúng v n gi đ c tính này

Do đó, tính quang ho t không ph i do c u trúc tinh th mà do

c u trúc c a nh ng phân t riêng bi t Nh v y, tính ch t làm

100α l.c

quay m t ph ng c a ánh sáng phân c c đ c g i là tính quang

(1) Ngu n sáng (5) M t ph ng b quay

(2) L ng kính Nicol (6) Thang chia đ

(3) Ánh sáng phân c c (7) L ng kính Nicol phân tích

(4) ng đ ng ch t kh o sát (8) Th kính

L ng kính Nicol phân tích ph i đ c b trí sao cho khi nó v trí s không thì các tr c c a nh ng tinh th c a hai l ng kính song song nhau Khi đó, ánh sáng phân c c đ c sinh ra b i l ng kính

th nh t d dàng đi qua l ng kính th hai Nh v y kính phân tích dùng đ xác đ nh xem m t ph ng phân c c b quay đi m t góc bao nhiêu đ d i nh h ng c a ch t kh o sát t ng đ ng ch t

l ng tinh khi t ho c dung d ch ch t kh o sát gi a kính phân tích

và kính phân c c

quay c c riêng c a ch t quang ho t:

t [α] =

α l.d

α V l.a

t

[α]λ M

100

( : góc quay đo đ c trên máy (tính b ng đ )

t : nhi t đ khi đo (0C)

tartric, đo 200C, đ dài sóng D thì đ quay c c riêng:

[α] = +11,98o

D

quay c c riêng c a m t ch t là m t h ng s , đ c tr ng cho

h p ch t quang ho t, t ng t nh nhi t đ sôi, nhi t đ nóng

OH COOH

OH H

CH3

COOH

H O

H

CH3COOH

Acid (R) Lactic Acid (S) Lactic

CH2OH CHOH* CHOH* CHO

OH H OH H

CH2OH

CHO

H O H H O H

CH2OH

CHO OH

CH2OH CHO

2.4 H P CH T QUANG HO T CÓ HAI HAY NHI U CARBON B T I KHÁC NHAU

R t nhi u h p ch t t nhiên nh : glucid, protid, steroid, ancaloid… trong phân t có nhi u nguyên t C*, cho nên vi c nghiên c u v m t hóa h c l p th nh ng h p ch t lo i này là r t quan tr ng

H p ch t có n nguyên t C* b t đ i khác nhau thì có:

N = 2n đ ng phân quang h c Thí d 1: n = 1

Acid lactic có hai đ ng phân quang h c l p thành m t c p đ i quang :

Glucid tetroz

(A 1 ) (A 2 ) (A 3 ) (A 4 )

(2R,3R) (2S,3S) (2R,3S) (2S,3R)

(A1) và (A2); (A3) và (A4) : c p đ i quang

(A2) và (A3); (A2) và (A4) (đ ng phân l p th dia)

CHO OH H

CH2OH

O

CHO H HO

CH2OH HO

¬ ng phân eritro – treo

(A1) ; (A2) : đ ng phân Eritro

(A3) ; (A4) : đ ng phân Treo

ng phân eritro: khi quay quanh tr c liên k t C2*-C3* sao cho các c p nhóm (hay nguyên t ) gi ng nhau đ n v trí che khu t t ng đôi m t

ng phân treo: c ng quay t ng t trên nh ng không

th đem các c p nhóm gi ng nhau đ n v trí che khu t v i nhau cùng m t lúc đ c

¬ ng phân l p th bán đ i quang còn g i là đ ng phân

l p th không đ i quang hay đ ng phân l p th dia

Hi n nay, khái ni m đ ng phân l p th dia đ c m r ng h n

và bao g m hai hi n t ng hóa h c l p th riêng r nhau:

quang do có m t t hai nguyên t C* b t đ i tr lên; c ng nh các đ ng phân cis – trans các d n xu t hai l n th c a vòng

no

c a h p ch t có liên k t đôi trong phân t

Trong môi tr ng đ i x ng, tính ch t c a các đ ng phân đ i quang là gi ng nhau, còn c a các đ ng phân l p th không đ i quang (bán đ i quang) thì l i khác nhau r t nhi u v tính ch t v t

lý và hóa h c Trong phân t các ch t đ i quang, kho ng cách

gi a các nguyên t (hay nhóm nguyên t ) là gi ng nhau, do đó

kh n ng ph n ng c a chúng đ i v i m t tác nhân đ i x ng là hoàn toàn gi ng nhau Nh ng khi tác d ng v i tác nhân b t đ i

x ng, các đ i quang l i có kh n ng ph n ng khác nhau (thí d trong ph n ng hóa sinh th ng ch có m t trong hai đ i quang tham gia ph n ng v i enzim) i u này đ gi i thích s khác nhau v mùi, v và ho t tính d c lý c a các đ i quang Còn các

* CH OH

H H COOH

COOH

OH O H

H H

COOH O

H OH COOH

đ ng phân b t đ i quang, kho ng cách gi a các nguyên t (hay nhĩm nguyên t ) khác nhau nên cĩ s khác nhau v nhi t đ sơi, nhi t đ nĩng ch y, tính tan và các đ c tr ng v ph … N ng

l ng t do c a các đ ng phân bán đ i quang khơng gi ng nhau nên chúng cĩ kh n ng ph n ng khác nhau

2.5 H P CH T QUANG HO T CĨ HAI HAY NHI U CARBON B T I GI NG NHAU

n = 2 cĩ hai d ng quang ho t và m t d ng Meso

Acid Meso-tartric Acid (±) tatric

* H n h p đ ng phân t acid (+) tartric và acid (-) tartric là m t

d ng khơng quang ho t (bi n th racemic; h n h p tiêu tri n) là

do bù tr c a hai phân t đ i quang

* ng phân acid meso-tartric khơng quang ho t do s bù tr

n i phân t , khơng th dùng ph ng pháp tách riêng đ tách nĩ thành hai đ i quang đ c

Số đồng phân

Số nguyên tử C*

H H O H

Thí d 2: Acid 2,3,4 - Trihidroxiglutaric (n = 3C*) cĩ hai d ng

quang ho t và hai d ng meso

S khác nhau v tính ch t v t lý gi a hai d ng meso, d ng meso ( I ) d dàng t o thành d ng lacton (cĩ nhi t đ nĩng ch y khơng rõ) cịn d ng meso (II) l i b nĩng ch y (Tnc = 1520C) mà khơng cĩ s thay đ i v m t hĩa h c

Hai d ng đ i quang (III), (IV) đ u cĩ nhi t đ nĩng ch y b ng 1280C

Chú ý: C3* ch là b t đ i trong h p ch t meso (I), (II) nên

g i là C3* b t đ i x ng gi đ nh

C3 khơng b t đ i trong h p ch t (III), (IV) vì c u hình

c a C2, C4 hồn tồn gi ng nhau

2.6 H P CH T QUANG HO T KHƠNG CĨ CARBON

B T I

2.6.1 Tính b t đ i x ng c a phân t

Khái ni m tính quang ho t t lâu g n li n v i s b t đ i

x ng c a phân t V y thu t ng “s khơng trùng v t- nh” (chirality) cĩ ngh a là gì?

Thí d : xét hai ch t quang ho t là acid lactic (1) và acid

OH H

C O O H OH

C O O H

H OH H

H O H

COOH OH

COOH

H H O H

OH H

COOH OH

COOH

O H

H O H

O H H

C O O H H

C O O H

(I) (II) (III) (IV)

2 dạng meso 2 dạng quang hoạt

Do đó, đi u ki n đ đ xu t hi n đ ng phân quang h c là s

b t đ i x ng; song không ph i là đi u ki n c n, đi u ki n c n và

đ là “s không trùng v t- nh”

2.6.1.1 Trung tâm không trùng v t – nh

Trung tâm không trùng v t nh có th là C*, Si*, P*, S* (xem c p electron t do là nhóm th th t )

Trong h p ch t (3), (4) các nhóm th xung quanh trung tâm

v t không trùng v t- nh đ c phân b theo hình tháp, tuy nhiên

nh ng c u trúc này có th d n đ n t di n, n u xem c p electron

t do là nhóm th th t

2.6.1.2 Tính quang ho t do có tr c không trùng v t – nh

a ( b và c ( d (a có th gi ng c và

CH3

CO O H

Si CH3H

Ph

*

*

Br N

O2N

NO2

a) Cumulen: (s ch n n i đôi nh alen)

(a ( b) và (c ( d) (P) ( (Q)

ALEN b) Biphenyl: mang nhóm th

ng phân không gian do s c n quay t do xung quanh liên k t đ n

Acid 6,6’- dinitro-biphenyl- 2,2’-dicarboxilic

Trong phân t biphenyl, hai nhân benzen có th quay t do quanh tr c Carbon - Carbon trung tâm; nh ng khi phân t có mang nhóm th có kích th c l n t i các v trí (2, 6, 2’, 6’) thì s quay b c n tr , hai nhân benzen không còn v trí cùng ph ng do

tr ng i l p th phát sinh t nh ng nhóm th có kích th c l n các v trí orto, vì th h phân t tr nên c ng ch c

Th c t , ng i ta đã tách hai đ c hai d ng đ i quang c a acid trên

* i u ki n ch y u đ biphenyl th có tính quang ho t là các nhóm th ph i có kích th c khá l n đ c n tr s quay t do và

m i nhân benzen ph i đ c th không đ i x ng Ngoài ra, hai nhóm th orto không c n ph i g n trên hai nhân khác nhau

Thí d : 3,3’- diamino - 2, 6 – dibromo - 4, 4’ - dimetyl

biphenyl c ng đã đ c tách hai

a

c d

a b

H C

hai thành hai d ng đ i quang :

M t s h p ch t có liên k t đôi C=N nh oxim, semi carbazon, phenyl hidrazon… c ng đã đ c tách hai, nh ng các đ ng phân quang h c này không b n và b racemic hóa nhanh chóng

th ng góc v i nhau thì chúng có đ ng phân quang h c

Thí d : Acid spiro [3,3] heptan - 2, 6 - dicarboxilic và 2, 6 -

diamino spiro [3,3] heptan

Thí d : (A) * (R) - 14 – Bromo - 1,12 - dioxa [12]

paraciclofan

(B) * (E) ciclo octen

đ u có m t ph ng không trùng v t- nh n m trong m t ph ng gi y

2.6.2 Tính đ c thù l p th c a các quá trình hóa sinh

Các đ i quang không khác nhau v lý tính và hóa tính thông th ng nh ng nhi u khi l i khác nhau rõ r t v tác

d ng sinh lý

vài l n ho c các đ i quang c a aminoacid có v khác nhau nh asparagin và L-tritophan không có mùi v , còn L-leuxin và L-Tyroxin có v đ ng trong khi các đ ng phân D - t ng h p có v

L-ng t

Acid L-glutamic thiên nhiên có v ng t, mu i Natri c a acid L-glutamic là b t ng t (mì chính) dùng làm gia v th c ph m; còn acid D-glutamic không có đ c tính y

Do có tác d ng sinh lý khác nhau, các đ i quang c a nhi u

h p ch t đ c dùng làm thu c ch a b nh

Thí d : R (-) epinephrin thiên nhiên, m t hormon chính c a

tuy n th ng th n Do đó khi cho ng i b nh u ng epinephrin

t ng h p, thì ch R (-) epinephrin có hi u ng kích thích gi ng

Ho c khi nghiên c u m t lo t các hóa ch t tr sâu và kh

n ng quay t do trong phân t ki u D.D.T, ng i ta nh n th y n u các h p ch t ki u (D), các nhóm th X v trí orto làm gi m tính

2i) Các đ i quang có th có ái l c khác nhau đ i v i c

quan th c m (Receptor) S khác nhau này là do v i nh ng đ i quang nào chúng có kh n ng t ng tác đ c ch không do tính

ch t b t đ i x ng

3i) Các enzim trong c th s ng đ u b t đ i x ng nên

chúng có kh n ng phân bi t các đ i quang, thông th ng ch m t trong hai đ i quang là phù h p v i tâm enzim

2.7 BI N TH RACEMIC (d ng tiêu tri n)

2.7.1 B n ch t c a bi n th racemic

Bi n th racemic (d ng tiêu tri n) là m t h n h p

đ ng phân t (equimolar) c a hai đ ng phân đ i quang c a

Entropi c a s tr n l n: (S = - Rx1Lnx1 = Rx2Lnx2 (bi n th racemic: x1 = x2 = 1/2) ( (S = 5,8 ( J/đ mol S thay đ i n ng

COOH Br

OH H

ta nh n đ c bi n th racemic n u đi t các phân t đ i x ng này

t bi n th racemic mà không dùng tác nhân quang ho t, xúc tác hay m t t ng tác v t lý b t đ i x ng nào

Acid propionic Acid (±) α-Brompropionic

* Ph n ng c ng HCN và acetaldehid (CH3-CHO) cho h n

h p hai đ i quang v i s l ng b ng nhau

Phép bi n đ i m t d ng đ i quang tinh khi t c a m t ch t quang ho t t o thành h n h p racemic t ng ng g i là s racemic hóa S racemic hóa có th x y ra d i nh h ng c a nhi t, ánh sáng hay hóa ch t

2.7.3 Tính ch t c a các bi n th racemic

Thông th ng tr ng thái khí, l ng hay dung d ch,

bi n th racemic là h n h p (g n nh lý t ng) c a nh ng

l ng b ng nhau c a các phân t đ i quang có tính ch t v t

lý (nhi t đ sôi, kh i l ng riêng, chi t su t, ph h ng ngo i)

gi ng tính ch t v t lý c a các d ng đ i quang tinh khi t

i v i tr ng thái r n, tính ch t c a các (d ng tiêu tri n) bi n

th racemic và các đ i quang khác xa nhau do l c gi a các tinh

th r t đ c thù và r t nh y k c khi thay đ i m t chút v m t hình

h c K t qu là tr ng thái r n ng i ta th ng g p s khác bi t

v tính ch t lý t ng và có kh n ng trong ba tr ng h p sau:

2.7.3.1 H n h p racemic (racemic mixture)

Có tr ng h p là trong tinh th , m t đ i quang có ái l c đ i

v i nh ng phân t cùng lo i đ i quang đó l n h n là đ i v i

nh ng phân t c a đ i quang kia Trong tr ng h p này, n u s

t o thành tinh th b t đ u t phân t c a d ng (+) thì ch có nh ng phân t (+) s tham gia vào s l n lên v sau c a tinh th Do đó tinh th v mô s t ng ng v i d ng (+) [c ng t ng t nh th

h ng ngo i tr ng thái r n

Tuy nhiên, nhi t đ nóng ch y c a h n h p racemic th p h n nhi t đ nóng ch y c a các đ i quang tinh khi t Còn đ tan c a

h n h p racemic thì l i cao h n đ tan c a các đ i quang

2.7.3.2 H p ch t racemic (racemic compound)

Nh ng phân t c a m t đ i quang này th ng có ái l c đ i v i phân t

c a đ i quang kia l n h n là đ i v i nh ng phân t cùng lo i Trong tr ng h p này các phân t đ i quang ng c d u đ c k t

h p đôi thành t bào c b n c a tinh th Nh v y t bào s ch a

m t l ng b ng nhau c a các phân t (+) và (-) H p ch t lo i này

g i là “h p ch t racemic” (th ng t n t i tr ng thái r n) Các

h p ch t racemic là nh ng h p ch t th c chúng khác bi t v i các

đ i quang v tính ch t v t lý nh khác nhau v ph h ng ngo i

tr ng thái r n, khác nhau v nh ch p tia X d ng b t, khác v nhi t đ nóng ch y và đ tan

Tonóng ch y tan

0% 50%(+) 100%(+) 0% 50%(+) 100%(+) 100%(-) 50%(-) 0% 100%(-) 50%(-) 0%(-)

(Gi n đ Tonóng ch y và tan c a h p ch t racemic)

2.7.3.3 Dung d ch racemic r n (racemic solid solution)

Các bi n th racemic (đôi khi tr ng thái r n) có

đ c tính ch t g n nh lý t ng, đó là tr ng h p ch có s khác nhau r t nh v ái l c gi a các phân t có cùng và khác nhau v c u hình Trong tr ng h p này, s phân b c a các phân t tr ng thái r n s p x p m t cách ng u nhiên t o thành dung d ch racemic r n

Các tính ch t v t lý c a dung d ch racemic r n (nhi t đ nóng

ch y, đ hòa tan…) gi ng tính ch t c a các d ng đ i quang

Tonóng ch y

0% 50%(+) 100%(+) 100%(-) 50%(-) 0%

( Gi n đ Tonóng ch y c a dung d ch racemic r n)

Có th phân bi t: h p ch t racemic, h n h p racemic hay dung

d ch racemic r n b ng cách so sánh ph h ng ngo i c a nó tr ng thái r n v i ph h ng ngo i c a các đ i quang Ch có quang ph

c a h p ch t racemic là khác v i quang ph c a đ i quang

C ng có th phân bi t ba d ng racemic b ng cách dùng gi n

đ nhi t đ nóng ch y, đ tan hay dùng ph ng pháp xác đ nh t bào c b n nh nhi u x tia X (t bào tinh th c b n c a h p ch t racemic có ch a nh ng l ng b ng nhau c a các phân t c a hai

d ng đ i quang; còn c a h n h p racemic hay dung d ch racemic

r n ch g m các phân t c a m t đ i quang mà thôi)

2.7.4 S tách riêng bi n th racemic thành các đ i quang

ta có th dùng k p nh t riêng các phân t có c u hình khác nhau

N m 1948, Pasteur là ng i đ u tiên đã tách riêng đ c tinh th D

- và L - Natri amoni tartrat; chúng k t tinh riêng bi t nhau t m t dung d ch c a h n h p racemic c a hai ch t đ i quang (t ( 270C)

a s các bi n th racemic đ u k t tinh thành h p ch t racemic nên ch có m t s ít h p ch t quang ho t đ c tách riêng

b ng ph ng pháp “k t tinh t phát”

G n đây , ng i ta cho “t p ch t có ích” vào dung

d ch k t tinh đ ng n c n s l n lên c a m t trong các thành

ph n h n h p racemic B ng ph ng pháp này, ng i ta

nh n đ c các aminoacid có đ tinh khi t quang ho t đ n 90%, và đ n tinh th hidrobenzoin n ng 3 gam có đ tinh khi t quang ho t g n 100%

Khi tác d ng lên bi n th racemic D1L1 b ng m t tác nhân

b t đ i x ng D2 thu đ c hai ch t m i D1D2 và L1D2 là hai

đ ng phân bán đ i quang Các đ ng phân bán đ i quang khác nhau v : đ tan, áp su t h i, h s h p th … nên đ c tách riêng nhau ra

S tách riêng bi n th racemic qua s t o thành các đ ng phân

l p th bán đ i quang g m ba giai đo n:

• T o thành hai đ ng phân bán đ i quang

H2 + Acid (+) tartric CH3 OH Tartrat (+)(+A)

Tartrat (+) (-A) (HOOC-CHOH-CHOH-COOH) * *

• Tách riêng hai đ ng phân d a vào tính ch t khác nhau

• Phá v phân t đ ng phân l p th bán đ i quang tinh khi t đ tái t o l i d ng đ i quang ban đ u và tác nhân

t ng h p nh ( - phenyl etylamin; metylamin

b) Tách riêng amin

tách riêng các amin racemic ta dùng tác nhân b t đ i x ng

cĩ tính acid: acid tartric, acid malic, acid glutamic… (acid malic: HOOC - CH2 - C*HOH - COOH)

dùng acid (+) tartric làm tác nhân b t đ i theo s đ :

Mu i tartrat (+)(-A) tan trong CH3OH kém h n mu i tartrat (+)(+A) do đĩ đ ng phân (+)(-A) k t tinh ngay d i d ng tinh khi t, nh t là khi đ a vào dung d ch vài tinh th mu i (+)(-A) cĩ

s n đ làm m m k t tinh đ c mu i hồn tồn tinh khi t

th ng ph i k t tinh l i m t l n trong H2O r i phá v mu i này

b ng dung d ch ki m và tách riêng (-) (-phenyletylamin ra kh i dung d ch Natri tartrat B i vì acid (+) tartric là m t tác nhân r

H

C phân đoạn

(-)

R-COOH (+)

R1 R3

(hợp chất Racemic)

O

CH3CH

O

CH3CH

ti n nên vi c tái sinh tác nhân b t đ i x ng trong tr ng h p này

Sec-butylic ta ti n hành theo s đ sau:

R u (+)(-)

Khi ch hóa bi n th racemic b ng tác nhân b t đ i

mà t o thành đ c ph c tinh th thì có th thu đ c hai ph c

đ ng phân bán đ i quang khác nhau v đ hòa tan và s có

m t đ ng phân k t t a tr c Sau đó phá v ph c này b ng cách đun nóng, hòa tan, b ng s c ký hay ch hóa hóa h c ta thu đ c m t trong hai đ i quang ban đ u

tách riêng bi n th racemic (±) X thành hai ch t đ i quang,

ta cho (±) X qua c t nh i ch t h p th b t đ i x ng (vi t t t là (-) Chp), các đ i quang t o ph c y u v i ch t nh i b t đ i x ng (nh liên k t hidro) và ta có các ph c bán đ i quang (-) Chp (-) X và () Chp (+) X Nh ng ph c này có tính ch t v t lý khác nhau, khác nhau v n ng l ng liên k t, v h ng s cân b ng t o ph c, do đó chúng có đ b n khác nhau, ngh a là m t ch t đ i quang (ít b n

v ng) đi qua c t nh i ch t h p th b t đ i x ng nhanh h n đ i quang kia và nh v y hai đ i quang đã đ c tách riêng

Hi n nay, ph ng pháp s c ký có vai trò quan tr ng trong vi c

đi u ch h p ch t quang ho t và bao g m c ba lo i: s c ký l ng,

s c ký l p m ng và s c ký l ng cao áp

C a

b

a

b C

(P) ⊥ (Q)

Theo cách gi i thích hi n nay thì nguyên t Carbon mang

n i đôi tr ng thái lai hóa sp2 ngh a là ch có hai trong s ba electron p đ c lai hóa v i electron s đ t o thành ba orbital lai hóa sp2 Ba orbital này n m trên cùng m t m t ph ng, có tr c

đ i x ng h p nhau nh ng góc 1200 Hai nguyên t Carbon dùng hai orbital sp2 xen ph l n nhau đ t o liên k t ( (C-C) và dùng các orbital sp2 còn l i đ xen ph v i các orbital khác t o các liên k t ( (C-a; C-b) n m liên k t ( n m trong cùng m t

ph ng M i nguyên t Carbon còn l i m t electron orbital 2p, chúng xen ph bên v i nhau đ t o liên k t ( vuông góc v i m t

ph ng ch a các liên k t ( Do s hình thành liên k t ( đã tri t tiêu s quay t do và d n đ n xu t hi n đ ng phân cis - trans

¬ C u hình cis - trans (a ( b)

Kho ng cách gi a các nguyên t trong phân t (X), (Y) khác nhau r t l n, do đó v ph ng di n hình h c thì (X), (Y) có hình d ng, kích th c phân t khác nhau nên đ i l ng Entalpi t do t o thành

b

cis (X)

trans (Y)

* H p ch t b t đ i x ng

* H p ch t đ i x ng

n = s ch n N = 2n-1 + 2(n-2)/2

C H3H

C

H3

H

C2H5H

H

C H

C

Br C l

3

H

Cl Br

3

H

-1-Bromo-1-cloropropen -1-Bromo-1-cloropropen