Оптическая ( зеркальная) изомерия
«Ну, конечно, воскликнула она,
это же Зазеркальная книга.
Если я поднесу ее к Зеркалу,
Я смогу ее прочесть»
Л. Кэрролл «Алиса в Зазеркалье»
Пространственное строение многих органических молекул связано с существованием оптических изомеров.
Условием образования оптических изомеров является наличие в молекуле атомов углерода в sp3 -гибридном состоянии, каждый из которых связан с 4 различными заместителями.
В этом случае молекула не обладает плоскостью симметрии и она не совместима со своим зеркальным отражением.
Пространственные оптические изомеры ( показана их несовместимость)
Такое вещество обладает оптической активностью, изомеры называются оптическими.
Атом углерода, связанный с 4 различными заместителями( обозначают С*), принято называть асимметричным, оптически активным , хиральным ( от греч –cheir-рука , кисти руки являются зеркально отраженными друг другу).
А А оптические изомеры(энантиомеры)
| | в плоскостном изображении
В— С*— D D — C*— В ( плоскостные проекции
| | Фишера)
E E
зеркальная плоскость
Два вещества, полные зеркальные изомеры, носят название энантиомеры.
Если в молекуле один хиральный атом, то два стереоизомера изомера всегда являются энантиомерами.
Общее количество изомеров у молекулы, содержащей несколько асимметрических атомов углерода, зависит от числа хиральных атомов( хиральных центров):
N = 2 n
( N - общее количество изомеров, n – число хиральных атомов в молекуле)
Изомеры, содержащие несколько хиральных центов и не являющиеся полными зеркальными отражениями друг друга носят название – диастереомеры.
Для изображения на плоскости оптических изомеров природных биоактивных молекул( аминокислот, гидроксикислот, моносахаров) используют проекции Фишера :
- на плоскость проецируют тетраэдрическую конфигурацию
- относительно асимметрического атома углерода записывают 4 заместителя,
вверху- старшую из всех групп, внизу - радикал , справа и слева – атомы водорода и
функциональные группы( амино, гидрокси, меркапто. галоген ) .
Структурные формулы отражают существование молекулы в виде двух изомеров, принадлежащих к стереорядам D и L( D –правый, L – левый)
Запишем формулу 2-гидроксипропановой( молочной ) кислоты в виде двух стереоизомеров.
СН3 — СН — СООН COOH COOH
| | |
OH H — C* — OH HO —C* — H
| |
СН3 СН3
D - лактат L – лактат
Вещество относится к D -ряду, если переход от атома водорода к гидроксигруппе( или любой функциональной ) через старшую группу совпадает с движением стрелки на часах.
Вещество относится к L -ряду, если переход от атома водорода к гидроксигруппе( или любой функциональной ) через старшую группу осуществляется против движения стрелки на часах.
Как правило, температуры плавления, кипения и другие физико-химические свойства энантиомеров не отличаются Отличить их друг от друга можно только с помощью поляризованного луча света, энантиомеры вращают угол плоскости поляризованного луча на одну величину, но в противоположные стороны. Отклонение плоскости поляризованного луча можно измерить с помощью прибора поляриметра. Если для полного скрещения призм ручку анализатора требуется повернуть вправо, то изомерную форму вещества называют правовращающей ( + d ), а если влево- левовращающей ( -l ) .
Знак вращения – свойство вещества. Отнесение к D, L - стереорядам- условный прием, знак вращения и стереоряд не связаны между собой.
Определить истинную конфигурацию вещества, т.е.сделать соотнесение « знак вращения- стереоряд» можно, используя конфигурационный стандарт М.А.Розанова.
В качестве стандарта используют D и L –глицериновый альдегид. Оказалось, что
(+d )-глицериновый альдегид соответствует D -стереоряду, а ( - l )- соответствует -L -стереоряду.
CНO CНO
| |
H — C* — OH HO —C* — H
| |
СН2 ОН СН2 ОН
( + ) D –глицеиновый альдегид ( - ) L –глицериновый альдегид
Биологически активное соединение( знак вращения его определяется с помощью поляриметра) путем химических реакций превращают в глицериновый альдегид ( + d или - l ). Самая значительная трудность состоит в том, чтобы асимметрический атом углерода не изменил конфигурацию на противоположную в процессе химических реакций.
Равная по массе или по количеству вещества смесь двух энантиомеров является оптически неактивной. Такую смесь называют рацемической.
Особый случай составляют вещества, в которых несколько хиральных атомов углерода, но и есть ось симметрии. В этом случае число энантиомеров изменяется и возникает внутренний рацемат – мезоформа. Примером является винная кислота-
2,3-дигидроксибутандиовая.
НООС — СН — СН — СООН
| |
ОН ОН
L-винная кислота (l, l ) мезо-винная кислота(d , l) D- винная кислота(d, d )
L-винная кислота (l, l) и D- винная кислота(d, d )- энантиомеры
мезо-винная кислота(d , l) и L-винная кислота (l, l)
> диастереомеры
мезо-винная кислота(d , l) и D- винная кислота(d, d )
Дата добавления: 2015-08-11; просмотров: 1317;