Најважније из лекције
Хирални центар (\( \text{C}^* \)): \( sp^3 \)-атом угљеника са четири различита супституента. Присуство равни симетрије чини молекул ахиралним.
Енантиомери: Стереоизомери који се односе као предмет и лик у огледалу. Имају идентична физичка својства, а закрећу раван поларизоване светлости за исти угао у супротним смеровима (\( +\alpha \) и \( -\alpha \)).
Рацемат: Смеша енантиомера 1:1, оптички неактивна (\( \alpha = 0^\circ \)).
Дијастереоизомери: Стереоизомери који нису енантиомери; имају различита физичка и хемијска својства.
Број изомера: \( N = 2^n \), где је \( n \) број стереоцентара.
Фишерове D/L пројекције: D-изомер има референтну групу десно, а L-изомер лево.
Енантиомери: Стереоизомери који се односе као предмет и лик у огледалу. Имају идентична физичка својства, а закрећу раван поларизоване светлости за исти угао у супротним смеровима (\( +\alpha \) и \( -\alpha \)).
Рацемат: Смеша енантиомера 1:1, оптички неактивна (\( \alpha = 0^\circ \)).
Дијастереоизомери: Стереоизомери који нису енантиомери; имају различита физичка и хемијска својства.
Број изомера: \( N = 2^n \), где је \( n \) број стереоцентара.
Фишерове D/L пројекције: D-изомер има референтну групу десно, а L-изомер лево.
Хиралност је особина предмета или молекула да се не могу поклопити са својим ликом у огледалу (не поседују раван нити центар симетрије).
Хирални центар (стереоцентар) је најчешће \( sp^3 \)-хибридизован атом угљеника везан за четири различита атома или различите атомске групе. У формулама се обележава звездицом (\( \text{C}^* \)).
Молекул који има раван симетрије је ахиралан и не показује оптичку активност, чак и ако формално садржи стереоцентре. Молекул са само једним хиралним центром увек је хиралан.
Поређење хиралног и ахиралног халогеналкана:
• Хиралан: 2-хлорбутан (C-2 је везан за \( -\text{H} \), \( -\text{Cl} \), \( -\text{CH}_3 \) и \( -\text{CH}_2\text{CH}_3 \)): \[ \text{CH}_3-\overset{\text{H}}{\underset{\text{Cl}}{\overset{|}{\underset{|}{\text{C}^*}}}}-\text{CH}_2-\text{CH}_3 \] • Ахиралан: 2-хлорпропан (C-2 је везан за две идентичне \( -\text{CH}_3 \) групе, поседује раван симетрије): \[ \text{CH}_3-\overset{\text{H}}{\underset{\text{Cl}}{\overset{|}{\underset{|}{\text{C}}}}}-\text{CH}_3 \]
• Хиралан: 2-хлорбутан (C-2 је везан за \( -\text{H} \), \( -\text{Cl} \), \( -\text{CH}_3 \) и \( -\text{CH}_2\text{CH}_3 \)): \[ \text{CH}_3-\overset{\text{H}}{\underset{\text{Cl}}{\overset{|}{\underset{|}{\text{C}^*}}}}-\text{CH}_2-\text{CH}_3 \] • Ахиралан: 2-хлорпропан (C-2 је везан за две идентичне \( -\text{CH}_3 \) групе, поседује раван симетрије): \[ \text{CH}_3-\overset{\text{H}}{\underset{\text{Cl}}{\overset{|}{\underset{|}{\text{C}}}}}-\text{CH}_3 \]
Да ли молекул 3-бромпентана поседује хирални центар?
Не поседује. Структурна формула је \( \text{CH}_3-\text{CH}_2-\text{CH}(\text{Br})-\text{CH}_2-\text{CH}_3 \). Атом угљеника за који је везан бром (C-3) везан је за две идентичне етил групе (\(-\text{CH}_2\text{CH}_3\)), па молекул има раван симетрије и ахиралан је.
Енантиомери су стереоизомери чији се молекули односе као предмет и лик у огледалу, а међусобно се не могу поклопити.
Оптичка активност је способност супстанце да закреће раван планарно поларизоване светлости. Мери се инструментом који се зове полариметар.
• Енантиомер који закреће раван поларизоване светлости удесно (у смеру казаљке на сату) назива се декстроротаторни и означава се знаком (+).
• Енантиомер који раван закреће улево (у смеру супротном казаљци на сату) је леворотаторни и означава се знаком (–).
• Енантиомери закрећу раван поларизоване светлости за исти угао (\( \alpha \)), али у супротним смеровима (\( +\alpha \) и \( -\alpha \)).
• Енантиомер који раван закреће улево (у смеру супротном казаљци на сату) је леворотаторни и означава се знаком (–).
• Енантиомери закрећу раван поларизоване светлости за исти угао (\( \alpha \)), али у супротним смеровима (\( +\alpha \) и \( -\alpha \)).
Физичка и хемијска својства: Енантиомери имају идентичне тачке топљења, тачке кључања, густину и реактивност са ахиралним реагенсима. Разликују се само по смеру закретања равни поларизоване светлости и по интеракцији са другим хиралним молекулима (нпр. ензимима и рецепторима у живим организмима).
Рацемска смеша (рацемат) је еквимоларна смеша (1 : 1) два енантиомера. Рацемат је оптички неактиван јер се супротни ефекти закретања појединачних енантиомера међусобно поништавају. Означава се са \( (\pm) \).
Фишерове пројекционе формуле служе за дводимензионални приказ просторног распореда атома (конфигурације) око хиралног центра у облику крста:
- Главни угљенични ланац поставља се вертикално, при чему је атом C-1 на врху.
- Хоризонталне везе су усмерене ка посматрачу (испред равни папира).
- Вертикалне везе су усмерене од посматрача (иза равни папира).
Фишерове пројекције енантиомера 2-бутанола:
\[
\begin{array}{ccc}
\text{CH}_3 & & \text{CH}_3 \\
| & & | \\
\text{H}-\text{C}^*-\text{OH} & \quad\text{и}\quad & \text{HO}-\text{C}^*-\text{H} \\
| & & | \\
\text{CH}_2\text{CH}_3 & & \text{CH}_2\text{CH}_3
\end{array}
\]
Релативна конфигурација (D/L систем): Одређује се упоређивањем са стандардним молекулом - глицералдехидом:
• D-конфигурација: Главна карактеристична група (\( -\text{OH} \), \( -\text{NH}_2 \), халоген) на референтном хиралном центру налази се са десне стране.
• L-конфигурација: Главна група на референтном хиралном центру налази се са леве стране.
• L-конфигурација: Главна група на референтном хиралном центру налази се са леве стране.
\[
\begin{array}{ccc}
\text{CHO} & & \text{CHO} \\
| & & | \\
\text{H}-\text{C}^*-\text{OH} & \quad\text{и}\quad & \text{HO}-\text{C}^*-\text{H} \\
| & & | \\
\text{CH}_2\text{OH} & & \text{CH}_2\text{OH} \\
\text{D-(+)-глицералдехид} & & \text{L-(-)-глицералдехид}
\end{array}
\]
Ознаке D и L описују просторну конфигурацију и не одређују аутоматски смер оптичке ротације (+) или (–), који се мора експериментално измерити.
\[ N = 2^n \]
\( N \) - максималан број стереоизомера, \( n \) - број хиралних центара у молекулу.
Дијастереоизомери су стереоизомери који се не односе као предмет и лик у огледалу (нису енантиомери).
За разлику од енантиомера, дијастереоизомери имају различита физичка и хемијска својства (различите тачке топљења, кључања, растворљивост) и њихови углови оптичког закретања немају исту апсолутну вредност.
За молекул са два различита хирална центра (\( n = 2 \)), укупан број стереоизомера је \( 2^2 = 4 \) (два пара енантиомера). Изомери из различитих парова међусобно су дијастереоизомери:
\[
\begin{array}{cccc}
\text{CH}_3 & \text{CH}_3 & \text{CH}_3 & \text{CH}_3 \\
| & | & | & | \\
\text{H}-\text{C}^*-\text{OH} & \text{HO}-\text{C}^*-\text{H} & \text{H}-\text{C}^*-\text{OH} & \text{HO}-\text{C}^*-\text{H} \\
| & | & | & | \\
\text{H}-\text{C}^*-\text{Br} & \text{Br}-\text{C}^*-\text{H} & \text{Br}-\text{C}^*-\text{H} & \text{H}-\text{C}^*-\text{Br} \\
| & | & | & | \\
\text{CH}_3 & \text{CH}_3 & \text{CH}_3 & \text{CH}_3 \\
\text{I} & \text{II} & \text{III} & \text{IV}
\end{array}
\]
• Енантиомерни парови: (I и II) и (III и IV).
• Дијастереоизомерни парови: (I и III), (I и IV), (II и III), (II и IV).
• Дијастереоизомерни парови: (I и III), (I и IV), (II и III), (II и IV).
Задаци за вежбање
Задатак 1 (лак): Одредити која од следећих једињења су оптички активна:
а) 2-пропанол
б) 2-хлорбутан
в) 2,3-диметилбутан
а) 2-пропанол
б) 2-хлорбутан
в) 2,3-диметилбутан
Оптички активно једињење мора поседовати хирални центар (атом C везан за 4 различита супституента):
а) 2-пропанол: \( \text{CH}_3-\text{CH}(\text{OH})-\text{CH}_3 \) - C-2 је везан за две \( -\text{CH}_3 \) групе (ахиралан).
б) 2-хлорбутан: \( \text{CH}_3-\text{C}^*\text{H}(\text{Cl})-\text{CH}_2\text{CH}_3 \) - C-2 је везан за \( -\text{H} \), \( -\text{Cl} \), \( -\text{CH}_3 \) и \( -\text{CH}_2\text{CH}_3 \) (четири различите групе, хиралан је и оптички активан).
в) 2,3-диметилбутан: \( (\text{CH}_3)_2\text{CH}-\text{CH}(\text{CH}_3)_2 \) - нема C-атом са четири различите групе (ахиралан).
Тачан одговор: б) 2-хлорбутан.
а) 2-пропанол: \( \text{CH}_3-\text{CH}(\text{OH})-\text{CH}_3 \) - C-2 је везан за две \( -\text{CH}_3 \) групе (ахиралан).
б) 2-хлорбутан: \( \text{CH}_3-\text{C}^*\text{H}(\text{Cl})-\text{CH}_2\text{CH}_3 \) - C-2 је везан за \( -\text{H} \), \( -\text{Cl} \), \( -\text{CH}_3 \) и \( -\text{CH}_2\text{CH}_3 \) (четири различите групе, хиралан је и оптички активан).
в) 2,3-диметилбутан: \( (\text{CH}_3)_2\text{CH}-\text{CH}(\text{CH}_3)_2 \) - нема C-атом са четири различите групе (ахиралан).
Тачан одговор: б) 2-хлорбутан.
Задатак 2 (средњи): Колико хиралних центара и колико теоријски могућих оптичких изомера има 2-бром-3-хлорпентан? Колико парова енантиомера гради ово једињење?
Структурна формула је:
\[ \text{CH}_3-\overset{*}{\text{C}}\text{H}(\text{Br})-\overset{*}{\text{C}}\text{H}(\text{Cl})-\text{CH}_2-\text{CH}_3 \]
1. Хирални центри су атоми C-2 и C-3 (\( n = 2 \)):
• C-2 је везан за: \( -\text{H} \), \( -\text{Br} \), \( -\text{CH}_3 \), \( -\text{CH}(\text{Cl})\text{CH}_2\text{CH}_3 \).
• C-3 је везан за: \( -\text{H} \), \( -\text{Cl} \), \( -\text{CH}_2\text{CH}_3 \), \( -\text{CH}(\text{Br})\text{CH}_3 \).
2. Број оптичких изомера: \( N = 2^n = 2^2 = 4 \).
3. Четири стереоизомера чине 2 пара енантиомера.
• C-2 је везан за: \( -\text{H} \), \( -\text{Br} \), \( -\text{CH}_3 \), \( -\text{CH}(\text{Cl})\text{CH}_2\text{CH}_3 \).
• C-3 је везан за: \( -\text{H} \), \( -\text{Cl} \), \( -\text{CH}_2\text{CH}_3 \), \( -\text{CH}(\text{Br})\text{CH}_3 \).
2. Број оптичких изомера: \( N = 2^n = 2^2 = 4 \).
3. Четири стереоизомера чине 2 пара енантиомера.
Задатак 3 (тежак): Раствор чистог декстроротаторног енантиомера неке супстанце закреће раван поларизоване светлости за \( +24^\circ \).
а) За колико степени ће раван светлости закретати раствор истог енантиомера супротне конфигурације (леворотаторни изомер) исте концентрације?
б) Колики је угао закретања рацемске смеше ове супстанце и због чега?
в) Какав однос имају тачке топљења чистог декстроротаторног енантиомера и његовог дијастереоизомера?
а) За колико степени ће раван светлости закретати раствор истог енантиомера супротне конфигурације (леворотаторни изомер) исте концентрације?
б) Колики је угао закретања рацемске смеше ове супстанце и због чега?
в) Какав однос имају тачке топљења чистог декстроротаторног енантиомера и његовог дијастереоизомера?
а) Леворотаторни енантиомер ће закретати светлост за тачно исти угао супротног смера, односно за \( -24^\circ \).
б) Угао закретања рацемске смеше је \( 0^\circ \) (оптички је неактивна), јер једнаке количине (+) и (–) енантиомера међусобно у потпуности поништавају оптичку ротацију.
в) Дијастереоизомери имају различите тачке топљења, јер немају исте просторне интеракције нити исту симетрију па се разликују по свим физичким константама.
б) Угао закретања рацемске смеше је \( 0^\circ \) (оптички је неактивна), јер једнаке количине (+) и (–) енантиомера међусобно у потпуности поништавају оптичку ротацију.
в) Дијастереоизомери имају различите тачке топљења, јер немају исте просторне интеракције нити исту симетрију па се разликују по свим физичким константама.
