Wróć do informacji o e-podręczniku Wydrukuj Pobierz materiał do PDF Pobierz materiał do EPUB Pobierz materiał do MOBI Zaloguj się, aby dodać do ulubionych Zaloguj się, aby skopiować i edytować materiał Zaloguj się, aby udostępnić materiał Zaloguj się, aby dodać całą stronę do teczki
bg‑green

Stereoizomery

Mamy dwie nieidentyczne cząsteczki. W jaki sposób ocenić, czy i jakim rodzajem izomerów są te cząsteczki? Dowiesz się klikając na poniższe odpowiedzi.

RXNEwUxau4LU6
Wymyśl pytanie na kartkówkę związane z tematem materiału.

Spora liczba związków chemicznych posiada jeden atom asymetrycznyatom asymetrycznyatom asymetryczny (chiralny), czyli jedno centrum chiralności. Gdy związek posiada dwa i więcej centrów chiralności, sytuacja staje się bardziej skomplikowana, ponieważ związek będzie posiadał więcej stereoizomerówstereoizomerystereoizomerów.

bg‑blue

Czy można przewidzieć liczbę stereoizomerów na podstawie budowy związku?

W celu wyznaczenia liczby możliwych stereoizomerów, należy skorzystać z poniższej reguły:

Maksymalna liczba stereoizomerów wynosi 2Indeks górny n, gdzie n to liczba centrów chiralności.

Przykład 1

Kiedy n = 1, liczba stereoizomerów wynosi 2Indeks górny 1  Indeks górny koniec= 2.

Gdy cząsteczka posiada jeden atom chiralny, utworzone stereoizomery są enancjomeramienancjomeryenancjomerami.

RONoZCwyanKdO
Enancjomery kwasu 2-hydroksypropanowego. Stereoizomery te są nienakładalnymi odbiciami lustrzanymi.
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
Przykład 2

Kiedy n = 2, liczba stereoizomerów wynosi 2Indeks górny 2  Indeks górny koniec= 4.

Gdy cząsteczka posiada dwa atomy chiralne, liczba możliwych stereoizomerów wynosi cztery lub mniej. W przypadku, gdy związek tworzy mniej stereoizomerów niż cztery, to obok pary enancjomerów tworzy także diastereoizomerdiastereoizomerydiastereoizomer - czyli w sumie trzy stereoizomery.

bg‑green

Diastereoizomery a enancjomery – różnice

1
Polecenie 1

Poniżej przedstawiono właściwości fizyczne trzech stereoizomerów kwasu 2,3‑dihydroksybutanodiowego (kwasu winowego). Na podstawie danych w tabeli sformułuj wnioski, które dotyczą różnic między enancjomerami a diasteroizomerami. Spróbuj wyjaśnić, z czego one wynikają, a następnie sprawdź poprawną odpowiedź.

Przedstawiono właściwości fizyczne trzech stereoizomerów kwasu 2,3‑dihydroksybutanodiowego (kwasu winowego). Zapoznaj się z opisem. Na podstawie danych w tabeli sformułuj wnioski, które dotyczą różnic między enancjomerami a diasteroizomerami. Spróbuj wyjaśnić, z czego one wynikają, a następnie sprawdź poprawną odpowiedź.

R1c23NQhX9ZSd
Stereoizomery kwasu winowego
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Właściwość

A

B

C

Temperatura topnienia [°C]

171

171

146

Rozpuszczalność w wodzie [g100g wody]

139

139

125

Skręcalność właściwaskręcalność właściwaSkręcalność właściwa α [°]

+ 13

- 13

0

Konfiguracja absolutnakonfiguracja absolutnaKonfiguracja absolutna R,S

R,R

S,S

R,S

RYxiwbh8zai5Q
(Uzupełnij).
Ważne!

Z uwagi na fakt, że enancjomery posiadają identyczne właściwości fizyczne, nie można ich rozdzielić przy użyciu takich technik, jak np. destylacja. Z kolei diastereoizomery różnią się właściwościami fizycznymi, takimi jak temperatura topnienia i wrzenia oraz można je rozdzielać używając metody destylacji prostej.

Ciekawostka

Co ciekawe, enancjomery mogą się różnić także właściwościami biologicznymi. Wynika to z ich chiralnościchiralnośćchiralności. W procesach przebiegających w organizmach żywych biorą udział chiralne cząsteczki białek (enzymy), które reagują z odpowiednimi substratami, gdy te posiadają określoną budowę przestrzenną. Przykładem są receptory smaku i zapachu, które rozróżniają chiralne enancjomery, np. enanncjomery aminokwasów. Smak większości aminokwasów białkowych określany jest jako słodki lub gorzki. W przypadku enancjomerów aminokwasów (jak np. fenyloalanina, tryptofan, leucyna) jeden enancjomer jest słodki, a drugi gorzki.

W poniższej tabeli przedstawiono enancjomery wybranych aminokwasów oraz odpowiadający im smak.

D- aminokwas

L‑aminokwas

fenyloalanina

słodki

gorzki

tryptofan

słodki

gorzki

leucyna

słodki

gorzki

Indeks górny /źródło: Schiffman S. S., Sennewald K., Gagnon J., Comparison of taste qualities and thresholds of D- and L‑amino acids, Physiology & Behavior, Volume 27, Issue 1, 1981, Pages 51‑59,/ Indeks górny koniec

Zarówno pojęcie enancjomerii, jak i diastereoizomerii odnosi się do pary związków i określa wzajemną relację jednego związku do drugiego. Należy pamiętać, że ten sam związek może być i enancjomerem, i diastereoizomerem. Istotne jest jednak to, względem jakiego innego związku jest porównywany.

Słownik

chiralność
chiralność

(gr. cheír „ręka”) cecha obiektów chemicznych polegająca na tym, że cząsteczka wyjściowa nie pokrywa się ze swoim odbiciem w płaskim zwierciadle – nie można obu cząsteczek nałożyć na siebie na drodze obrotu ani przesunięcia

atom asymetryczny
atom asymetryczny

tzw. atom chiralny; atom pierwiastka, połączony z czterema różnymi podstawnikami, oznaczany symbolem gwiazdki (*)

stereoizomery
stereoizomery

izomery przestrzenne, które różnią się ułożeniem atomów w przestrzeni; klasyfikuje się je na kilka sposobów; mogą to być: konformery (cząsteczki przechodzące wzajemnie w siebie przez obrót wokół pojedynczych wiązań), izomery konfiguracyjne (cząsteczki nie przechodzące wzajemnie w siebie przez obrót, ale przez zerwanie i odtworzenie wiązań ), izomery optyczne (należą do nich enancjomery i diastereoziomery)

enancjomery
enancjomery

(gr. enantios „przeciwne, odwrotne”, meros „fragment”) izomery, które mają się do siebie tak, jak przedmiot do swego odbicia w zwierciadle płaskim i tworzą parę nienakładalnych na siebie cząsteczek chemicznych; posiadają te same właściwości fizyczne; skręcają płaszczyznę światła spolaryzowanego o tę samą wartość kąta, ale w przeciwnym kierunku

diastereoizomery
diastereoizomery

stereoizomery, które nie są własnymi odbiciami lustrzanymi

izomer optyczny
izomer optyczny

związek chiralny (posiadający atom asymetryczny), który posiada zdolność do skręcania płaszczyzny światła spolaryzowanego w prawo lub lewo

skręcalność właściwa
skręcalność właściwa

kąt skręcenia płaszczyzny płaszczyzny światła spolaryzowanego, wyrażony w stopniach, gdy długość rurki polarymetrycznej z roztworem substancji optycznie czynnej wynosi 1 dm, a stężenie roztworu c=1 gcm3; skęcalność właściwa często oznaczana jest symbolem [α]D, jeżeli pomiar był prowadzony przy użyciu lampy sodowej (światło o długości fali 589 nm, to tak zwana linia D widma par sodu, czyli światło żółte emitowane przez lampy sodowe); wartość skręcalności właściwej przy określonej długości fali jest zależna od temperatury, dlatego nad literą D wstawia się liczbę, która oznacza temperaturę, np. [α]D20

konfiguracja absolutna
konfiguracja absolutna

(łac. configuratio „ukształtowanie”, „porównanie”) sposób rozróżniania i nazewnictwa izomerów optycznych na podstawie rozmieszczania podstawników wokół asymetrycznego atomu węgla

Sposób przejścia po podstawnikach wokół asymetrycznego atomu określa się, przemieszczając się od podstawnika o najwyższym pierwszeństwie do podstawnika o najniższym pierwszeństwie, gdy:

  • przejście odbywa się zgodnie z ruchem wskazówek zegara, to konfiguracja absolutna jest oznaczana literą R (od łac. rectus – prawy);

  • przejście odbywa się przeciwnie do ruchu wskazówek zegara, to konfiguracja absolutna oznaczana jest literą S (od łac. sinister – lewy)

Bibliografia

Encyklopedia PWN

Hejwowska S., Marcinkowski R., Staluszka J., Chemia 2. Zakres rozszerzony, Gdynia 2011.

Kołodziejczyk A., Naturalne związki organiczne, Warszawa 2013.

Litwin M., Styka‑Wlazło Sz., Szmońska J., Chemia organiczna 2, Warszawa 2005.

Gorzynski Smith J., Organic Chemistry, Third Edition, New York 2011.