Konfiguracija: apsolutna, relativna, nomenklatura

1. Konfiguracija: apsolutna, relativna, nomenklatura Konfiguracija je prostorni raspored atoma ili grupa na hiralnom C-atomu ili na položajima oko fiksiranog dela molekula Relativna konfiguracija - raspored atoma zasnovan na hemijskoj interkonverziji iz/ ili u poznato jedinjenje Apsolutna konfiguracija – tačan raspored supstituenata na hiralnom C-atomu. Obično se određuje kristalografskom analizom, mada može i hemijskim transformacijama u odnosu na jedinjenje čija je apsolutna konfiguracija poznata. Optička aktivnost, (+) ili (-), ne definiše prostorni raspored supstituenat na hiralnom C-atomu !!

2. Eksperimentalno enantiomeri se mogu razlikovati instrumentalnim metodama analize: • Difrakcionim(anomalno rasipanje X-zraka talasne dužine bliske  koju apsorpcije neki od elemenata u kristalu), • Merenjem ugla rotacije ili • Merenjem promena ugla rotacije u zavisnosti od promene talasne dužine. Enantiomeri daju krive koje se odnose, u odnosu na apscisu, kao predmet i njegov lik u ogledalu. Metoda se zove ¨Optička rotaciona disperzija¨ a dobijena kriva ORD kriva. • Jednoznačno imenovanje stereoizomera je bitan deo stereohemijskih osnova.

3. Fischer-ova konvencija. D, L- nomenklatura stereoizomera • Fischer-ova konvencija se zasniva na korelaciji stereogenog centra sa (+)-gliceraldehidom koji je izabran za standard. Ovom enantiomeru je pripisana konfiguracija sa OH grupom sa desne strane Fischer-ove formule orijentisane tako da se aldehidna grupa (supstituent najvišeg oksidacionog stanja) nalazi na vrhu formule. • Difrakcijom X-zraka na kristalima natrijumrubidijum-tartarata dokazano je da je nasumice izbrana struktura (+)-gliceraldehida tačna (1951. godine). • Koristi se u hemiji ugljenih hidrata i amino kiselina.

4. D, L- nomenklatura stereoizomera D-(+)-gliceraldehid L-(-)-gliceraldehid

5. Korelacija strukture gliceraldehida i vinske kiseline (-)-vinska kiselina L-(-)-jabučna kiselina L-(-)-glicerinaldehid L-(+)-glicerinska kiselina

6. Apsolutna konfiguracija (+)-vinske kiseline je određena 1951 difrakcijom X-zrakova na natrijum-rubidijumovoj soli (+)-vinske kiseline. To je potvrdilo i apsolutnu konfiguraciju (+)-gliceraldehida. Na,Rb-so (+)-vinska kiselina

7. Pravila za određivanje konfiguracije po D,L-sistemu • Napisati Fischer-ovu formulu jedinjenja postavljajući supstituent najvišeg oksidacionog stanja na vrhu • Kod monosaharida posmatra se hiralni centar koji je najudaljeniji od karbonilne grupe. Često se stavlja oznaka Dg i Lg da se naglasi standard u odnosu na koji je izvršeno određivanje. • Ako je supstituent na hiralnom centru sa desne strane Fischer-ove projekcije radi se o D izomeru a ako je sa leve strane radi se o L izomeru.

8. Relativna konfiguracija dva susedna stereogena centra se može označiti prefiksima: eritro ili treo. • Eritro izomer ima raspored supstituenata na susednim streogenim centrima jednak rasporedu supstituenata u eritrozi (sa iste strane ugljenikovog niza). • Treo izomer ima raspored supstituenata na susednim streogenim centrima jednak rasporedu supstituenata u treozi (sa suprotnih strana ugljenikovog niza).

9. D, L -nomenklatura Dokaz strukture aminokiselina L-(+)-mlečna kiselina L-(+)-alanin

10. Priroda je izabrala L- amino kiseline • Posmatra se hiralni C atom koji je u susedstvu karboksilne grupe. Mogu se, ali ne moraju, koristiti stereodeskriptori Ds i Ls da se naglasi da je referentno jedinjenje serin. Ako je amino grupa na levoj strani Fischer-ove formule radi se o L-izomeru, a ako je na desnoj strani reč je o D-izomeru.

11. Nomenklatura stereoizomera • Problem jednoznačne nomenklature stereoizomera rešila su tri evropska hemičara: R. S. Cahn, C. K. Ingold i V. Prelog uvodeći sistem (konvenciju) poznatu pod imenom R-S nomenklatura (1956. godine).

12. Centrohiralna jedinjenja su ona koja imaju hiralni centar. Hiralni centri mogu biti: četvorokoordinacioni C, Si, Ge, N, P i As;trokoordinacioni S, P,As, Sb i azot sa fiksiranom strukturom, kao i atomi metala u nekim kompleksima. Atom za koji je vezan set liganada u takvom prostornom rasporedu da onemogućava poklapanje sa slikom u ogledalu je hiralni centar. Stereogeni centar je atom takav da promena mesta bilo koja dva supstituenta vezana za njega pretvara to jedinjenje u njegov stereoizomer. Ranije korišćeni naziv je asimetrični centar. Stereogeni četvorokoordinacioni atom je onaj koji je vezan za 4 razlučita liganda. R,S nomenklatura centrohiralnih jedinjenja

13. Za određivanje konfiguracije centrohiralnih jedinjenja poštujemo dva pravila: Sekvenciona pravila Pravilo posmatranja (The Viewing Rule). Primenom sekvencionog pravila određujemo prioritete supstituenata. The Viewing Rule kaže da hiralni centar mora biti posmatran sa suprotne strane od strane supstituenta sa najmanjim prioritetom. Ako prioritet opada u smeru kretanja kazaljke na satu radi se o Rkonfiguraciji Ako prioritet opada u smeru suprotnom od smera kretanja kazaljke na satu radi se o Skonfiguraciji. R,S nomenklatura centrohiralnih jedinjenja

14. R,S-nomenklatura Sekvenciona pravila • Prioritet se određuje na osnovu rednog broja atoma • direktno vezanog za hiralan C-atom. Viši prioritet ima • atom sa većim rednim brojem. (Izotopi istog elementa imaju • veći prioritet ako imaju veću masu, ako je to jedina tačka razlike • nakon primene ostalih pravila). • Nevezivnom elektronskom paru se pripisuje redni broj nula. Br > Cl > C > H

15. R,S-nomenklatura Sekvenciona pravila 2. Ako su atomi vezani direktno za hiralan C-atom identični, prioritet se određuje na osnovu rednog broja sledećeg atoma u supstituentima upoređujući najpre atome najvišeg prioriteta HO > CH2CH3 > CH3 > H

16. 3. Dvostruke i trostruke veze se tretiraju kao zasićene tako da se na svakom od atoma u dvostrukoj ili trostrukoj vezi docrtaju još jedna ili dve veze i za njih se veže udvostručeni atom s drugog kraja veze. Udvostručeni atom se tretira kao atom za koji su vezana joč tri liganda sa rednim brojem nula. Udvostručeni (fantomski) atom beleži se u zagradi ili sa indeksom 0.

17. I realni i multiplicirani atom se tretiraju jednako sem u slučaju kada je to jedina tačka razlike posle primene svih ostalih pravila. U tom slučaju multiplicirani atom ima manji prioritet u odnosu na realni atom iste vrste.

18. Kod cikličnih jedinjenja, ako se prioritet ne može odrediti do tačke kada se posmatrana grana počne duplicirati, za zadnji atom u grani se veže fantomski atom jednak onome sa kojim je raskinuta veza.

19. Kod alkenskih liganda, ako je sve ostalo isto, veći prioritet ima alkenski ligand čiji se supstituent većeg prioriteta nalazi sa iste strane dvogube veze kao i hiralni centar.

20. Aromatični prsteni se posmatraju kao Kekule-ove strukture.

21. (R)-2-butanol Oznake konfiguracije se pišu u italic-u, u zagradi i odvajaju se crticom od ostatka imena. Pravilo posmatranja (The Viewing Rule)

22. Prilikom određivanja prioriteta nevezivnom elektronskom paru se pripisuje najmanji prioritet. Tretira se kao fantomski supstituent sa atomskim brojem 0. R,S nomenklatura centrohiralnih jedinjenja u kojima hiralni centar ima nevezivni elektronski par

23. (R)-fenilmetilpropilfosfin * Ako je energetska barijera za konverziju jednog oblika u drugi veća od 16-20 kcal/mol njihovo poluvreme života je dovolno da se mogu okarakterisati kao različiti stereizomeri. Energetska barijera* za trisupstituisane fosfine je oko 30-35 kcal/mol. Fosfor jr stereogeni centar ako je vezan za tri različita supstituenta.

24. Trokoordinacioni azot u acikličnim aminima nije stereogeni centar zbog male energetske barijere za planarno prelazno stanje. Ako je struktura amina fiksirana u krutim cikličnim sistemima tada je azot hiralni centar (azot u Troger-ovoj bazi).

25. R,S-nomenklatura Pravilo posmatranja R-konfiguracija S-konfiguracija

26. R,S-nomenklatura Određivanje konfiguracije, Fischer-ova formula R-konfiguracija S-konfiguracija

27. R,S-nomenklatura Zamena mesta za tri supstituenta Zamena mesta po parovima R HO > CHO > CH2OH > H R

28. Jedinjenja sa dva i više hiralnih C-atoma Broj stereoizomera: 2n (n = broj hiralnih C-atoma) (-)-eritroza (+)-eritroza (-)-treoza (+)-treoza eritro treo

29. Jedinjenja sa dva i više hiralnih C-atoma Broj stereoizomera kod jedinjenja sa konstituciono istim Hiralnim C-atomima je manji od 2n R S R S R S R S mezo oblik (-)-vinska kiselina (+)-vinska kiselina Oba oblika imaju ravan simetrije; Rotacijom u ravni papira za 180o prelaze jedan u drugi.

30. Jedinjenja sa dva i više hiralnih C-atoma -pseudhiralan C-atom- identični molekuli mezo oblik mezo oblik

31. Jedinjenja sa dva i više hiralnih C-atoma -pseudohiralan C-atom- S pseudohiralan C-atom s -vezan za četri različita supstituenta od kojih su dva konstituciono ista ali konfiguraciono različita Sekvenciono pravilo R S R

32. Pseudohiralan C atom • Hiralni centar, C4, ima S-konfiguraciju jer supstituent sa hiralnim centrima iste konfiguracije ima prednost u odnosu na supstituent sa hiralnim centrima različitih konfiguracija (S,SR,S). Ovo pravilo ima prednost u odnosu na pravilo da supstituent R-konfiguracije ima prednost u odnosu na supstituent S-konfiguracije.

33. Konfiguracija alkena • Odrediti prioritet supstituenata alkenskog sistema primenjujući sekvenciono pravilo • Ako se supstituenti istog prioriteta nalaze sa iste strane dvostruke veze radi se o Zizomeru(zusammen= zajedno).Ako se supstituenti istog prioriteta nalaze sa suprotnih strana dvostruke veze radi se oEizomeru (entgegen= across).ZiE se beleže u italic-u, u zagradiiodvajaju crticom od ostatka imena.

34. (E)-2-hloro-2-butene (Z)-2-hloro-2-butene Ako se supstituenti istog prioriteta nalaze sa iste strane dvostruke veze radi se o Zizomeru(zusammen= zajedno).Ako se supstituenti istog prioriteta nalaze sa suprotnih strana dvostruke veze radi se oEizomeru (entgegen= across).

35. Ako dva neposredno vezana atoma omaju isti atomski broj određujemo sledeći krug atoma do prve razlike.

36. (Z)-3-etilpent-3-en-1-in Ako je supstituent vezan dvostrukom ili trostrukom vezom, tretira se kao dva ili tri (respektivno) jednostruko vezana supstituenta.

37. (E)-2-(metoksimetil)-2-butenal Ako je supstituent vezan dvostrukom ili trostrukom vezom, tretira se kao dva ili tri (respektivno) jednostruko vezanih supstituenata.

38. Cis, trans-nomenklatura alkena • Ponekad se još uvek koristi cis,trans nomenklatura alkena koji imaju iste ili slične supstituente na susednim C atomima alkenskog sistema. • Cis izomer ima iste ili slične supstituente sa iste strane dvogube veze. • Trans izomer ima iste ili slične supstituente sa suprotne strana dvogube veze.

39. Trans-1,2-etandikarboksilna kiselina (fumarna kiselina) cis-1,2-etandikarboksilna kiselina (maleinska kiselina) Za cis, trans stereoizomere se koristi naziv geometrijski izomeri. Ovi izomeri ne pokazuju optičku aktivnost(zašto?) sem ako za dvogubu vezu nije vezan ostatak koji ima neki hiralni element

40. Sin, anti nomenklatura oksima • Kod aldoksimasin konfiguracija se pripisuje stereoizomeru koji ima H i OH sa iste strane dvogube veze. • Kod ketoksimasin konfiguracija se pripisuje ako su OH i alkil grupa koja se prva navodi u imenu sa iste strane dvogube veze.

41. Konfiguraciona izomerija cikličnih jedinjenja • Cis, trans izomerija • Ako nemaju elemente simetrije pokazuju optičku aktivnost. • Hlorociklopropan • Ne pokazuje cis,trans izomeriju • Ima ravan simetrije • 1,2-dihlorociklopropan • Cis i trans izomeri • Cis ima ravan simetrije • Trans-hiralan

42. 1-hloro-2-metil-ciklopropan • Cis,trans izomerija • Cis • hiralan • Trans • Hiralan • Slični odnosi za • Cikloalkane sa neparnim brojem C atoma • Cikloalkane sa parnim brojem ako supstituenti nisu u dijagonalnim položajima

43. 1-hloro-3-metil-ciklobutan • Cis, trans izomerija • Ravan simetrije • Nije optički aktivan • 1,3-dihloro-ciklobutan • Cis, trans izomerija • Dve ravni simetrije • Nije optički aktivan • Ne pokazuje cis, trans izomeriju • Nije optički aktivan • Isti odnosi za • Cikloalkane sa parnim brojem C atoma koji imaju supstituente u dijagonalnim položajima.

44. Kada postoji više supstituenata • Referentni je onaj sa najnižim brojem • Ispred oznake položaja piše se r- • Ispred oznaka položaja ostalih supstituenata t za trans ili c za cis odnos sa referentnim supstituentom. • t-5-hlor-r-1, c-3-cikloheksandikarboksilna kiselina • Ravan simetrije

45. Osa hiralnosti je osa oko koje je prostorni raspored supstituenata takav da onemogućava poklapanje sa slikom u ogledalu. Aksijalno hiralna jedinjenja su: Neki kumuleni, alkilidenciklani, spirani, bifenili. R,S nomenklatura aksijalnohiralnih jedinjenja

46. Kumuleni sa parnim brojem dvogubih veza i različitim supstituentima na krajnjim C atomima pokazuju optičku aktivnost, hiralni su. Osa hiralnosti je prava koja spaja C atome alenskog sistema. Nemju cis, trans izomere. Ako makar na jednom kraju alenskog sistema imaju oba supstituenta ista, imaju ravan simetrije i nisu optički aktivni. Imaju jednu osu simetrije drugog reda, C2. Kumuleni

47. Kumuleni sa neparnim brojem dvogubih veza nisu optički aktivni • Supstituenti na krajnjim C atomima leže u istoj ravni • Pokazuje cis, trans izomeriju • Ima ravan simetrije u kojoj leže krajnji C atomi i supstituenti na njima

48. Optičku aktivnost pokazuju i • spirani i • Alkiliden-cikloalkani • Koji imaju paran brojem prstenova ili parnu sumu prstenova i dvogubih veza • Za navedene grupe jedinjenja vaze isti stereohemijski odnosikao kod alena

49. Bifenili • Ako je energetska barijera veća od 16-20 kcal/mol tetra-orto supstituisani bifenili pokazuju optičku aktivnost. • Međusobna konverzija enantiomera je dovoljno spora da se mogu izolovati. • Ova vrsta konformacione stereoizomerije se zove atropiizomerija. • Tetrasupstituisani bifenili su optički aktivni izuzev ako su a i d atomi fluora ili metoksi grupa. • Voluminoznost supstituenata opada u nizu: I>Br>>CH3>Cl>NO2>COOH>>OCH3>F>H.

50. Poluvreme trajanja enantiomera 2-karboksi-2`-metoksi-6-nitrobifenila u etanolu na 250C je 9,4 minuta. Poluvreme trajanja enantiomera 2-karboksi-2`-metoksi-2`,6-dinitrodifenila u etanolu na 250C je 1905 minutazbog potpornog efekta nitro grupe. Potporni efekat meta supstituenata