Stereohemija i Mehanizmi organskih reakcija UVOD za organsku hemiju i biohemiju... · Provjera...
Transcript of Stereohemija i Mehanizmi organskih reakcija UVOD za organsku hemiju i biohemiju... · Provjera...
Osnovna literatura
1. E. Eliel, S. Wilen, L. Mander, Stereochemistry of organic compounds, Wiley-Interscience, 1994.
2. H. B. Kagan, Organska stereohemija, Hemijski fakultet, Beograd, 2003.
3. F. A. Carey, R. J. Sundberg, Advanced organic chemistry. Part A: Structure and mechanisms, Springer, 2007.
Pomoćna literatura
1. M. Lj. Mihailović, Osnovi teorijske organske hemije i stereohemije, Građevinska knjiga, 1972.
2. S. H. Pine, J. B. Hendrickson, D. J. Cram, G. S. Hammond, Organska kemija, Školska knjiga, 1984.
3. R. T. Morrison, R. N. Boyd, Organska kemija,Školska knjiga, 1979.
4. P. C. Volhardt, N. E. Schore, Organska hemija, Data status, 2004.
Provjera znanja i ocjenjivanje
Kriterij Bodovi Uslov
Pohađanje nastave 5 3
Angažman na nastavi 10 5
Test I 45 25
Završni test 40 22
Ukupno 100 55
Stereohemija
• Pojam stereohemija sadrži prefiks „stereo“ koji
potiče od grčke riječi „stereos“=prostor.
• Stereohemija-“hemija u prostoru“
• Pojam stereohemija prvi put upotrijebili Le Bel
i van‘t Hoff (1874)
-Hipoteze u vezi sa asimetričnim ugljikovim
atomom
Stereohemija
• Dvodimenzionalna hemija „na hartiji“ mnogo
pomaže hemičaru ali često nije dovoljna za
objašnjenje reakcija odnosno reakcionih
mehanizama
• Imala značajnu ulogu u razvoju hemije
• U 19.vijeku hemičari su ispitivali molekule
kristalografski –indirektno donosili zaključke o
strukturi molekula
Stereohemija
• Paster 1848. godine, na osnovu znanja iz
kristalografije razdvojio dva kristalna oblika
natrijum-amonijumove dvostruke soli vinske
kiseline (dobivene iz racemske smjese vinske
kiseline)
• Dva kristalna oblika predmet i njegov lik u
ogledalu
• Oba kristalna oblika ponasaju se kao predmet i
njegov lik u ogledalu
Stereohemija
• Ovo prvo razlaganje jednog racemskog
jedinjenja u dvije komponente, demonstriralo je
vrlo vaznu izomeriju, Opticku izomeriju
• La Bel I vant Hoff ispitivali
- cetiri valence ugljikovog atoma
- kvaterne amonijeve soli
- Amin oksidi
- Sulfooksidi
- Arsenoksidi
Stereohemija
• Problemi stereohemije su dijelimicno usli u sve
oblasti hemije:
- Neorgansku
- Organsku
- Fizicku hemiju
• Tesko je povuci granice izmedju pojedinih
disciplina
Stereohemija
• Posljednjih godina uvodjenjem fizickih metoda
organska hemija je dozivjela buran napredak i
duboko je izmjenila svoj izgled.
Stereohemija
• U svim oblastima hemije stereohemija se
proucava iz dvostrukog aspekta
1. Statickog
2. Dinamickog
Staticka stereohemija
• Sakuplja sve podatke o molekulskoj strukturi
tj. o uzajamnom polozaju atoma u prostoru
• Molekula u mnogim slucajevima nije kruta i
moze da mijenja svoj oblik u zavisnosti od:
- temperature i
- prirode supstituenta
• Ova odstupanja, koja uglavnom pocivaju na
rotaciji oko proste veze, ispituju se pomocu
konformacione analize.
Stereohemija
• Stereohemija omogucava predvidjanje broja
stereoizomera koji odgovaraju jednoj planarnoj
formi
• Pronadjene su metode za istrazivanje
stereohemije molekula.
Ove metode su neophodne za hemiju prirodnih
proizvoda tj.za potpunu karakterizaciju nekog
izolovanog jedinjenja
Stereohemija
• Interes za ovakva istrazivanja nije samo
akademski
• Ako je neka supstanca npr.terapeutski aktivna,
ona moze biti od posebnog znacaja.
Poznavanje strukture te supstance, omogucava
parcijalnu ili totalnu sintezu u industrijskim
razmjerama
Stereohemija
Primjer: kortizon
• 1945. godine u cijelom svijetu je bilo samo
nekoliko mg ove supstance
• 1947. god.otkriveno je njegovo antiinflamatorno
dejstvo
• 1950. godine sintetiziran je kortizon iz zucnih
kiselina u kilogramskim kolicinama
Dinamicka stereohemija
• Bavi se reaktivnoscu molekula
• Ako je poznat sterni tok neke reakcije:
• tada se zna i stereohemija nagradjenih
molekula, a cesto i
• reakcioni put i
• geometrija prelaznog stanja
Stereospecificnost
• Treba da karakterise modernu organsku sintezu
• To je cesto tezak problem za rjesavanje u
dinamickoj stereohemiji
Znacaj sterne kontrole pri sintezi:
• Npr.penicilin moze postojati u 23=8 razlicitih
stereoizomera, od kojih samo jedan ima zeljeno
antibioticko dejstvo.
• Period 1970-1994. godine date
mnoge efikasne metode za
asimetricnu sintezu, a narocito za
asimetricnu katalizu, a to
omogucava ostvarenje industrijske
sinteze enantiomerno cistih
jedinjenja.
Istrazivanja dinamicke stereohemije su neophodna
da bi se dobile korisne informacije o reakcionim
mehanizmima:
• Jonske
• Radikalske
• Fotohemijske
• Enzimatske
21
Stereochemistry and Drug Action
Why do chiral molecules react differently with biological molecules?
A A A B
C B C A
A’ A’ A’ B’
C’ B’ C’ A’
R S
• FDA (The Food and Drug
Administration) zahtjeva da se
lijekovi proizvode u
• enantiomerno cistom obliku ili
• da se dokaze rigoroznim
testovima da su oba
enantiomerna oblika sigrurna za
upotrebu.
Vaznost stereohemije u dejstvu lijekova
• Primjer: Mnogi lijekovi u psihijatrijskoj praksi su smjese enantiomera
• Za neke terapeutike, struktura jednog enantiomera, moze dato bolju bioraspolozivost, poboljsanu tarapeutski efekat i/ili bolju farmakokinetiku nego smjesa enantiomera.
• Takodjer, drugi enantiomerni oblik moze imati toksican efekat ili nema dejstvo uopste.
• U nekim slucajevima, racemska smjesa pokazuje bolju aktivnost neko pojedinacno enantiomeri.
Stereohemija
Istorijski primjer: Walden-ova inverzija.
• Jos 1903. godine u svojim radovima o opticki
aktivnim molekulama Walden dokazao da u
nekim nukleofilnim supstitucijama (kasnije
nazvane SN2-supstitucije), supstrat podlijeze
inverziji konfiguracije (tj. vrsi se "izvrtanje"
prvobitnog tetraedra)
Stereohemija
• Pomocu konformacione analize, mogu se
analizirati molekulske strukture, ukoliko su
moguce rotacije oko odredjenih veza.
• Oblik molekula moze jako da varira, odredjene
konformacije su znatno stabilnije od drugih,
• u mnogim slucajevima hemijska reaktivnost
zavisi od konformacije molekula.
Stereohemija
Znacaj stereohemije:Nobel-ove nagrade:
• 1969. Barton i Hassel
(za konformacionu analizu)
• 1975. Cornforth i Prelog
(sterni tok enzimatskih reakcija i reakcija u
kojima ucestvuju cisto organski sistemi).
28
• Izomerija
• Konstitucionalni izomeri
• Stereoizomeri
• Enantiomeri
• Diasteromeri
• Konfiguracijski izomeri
• Cis-trans izomeri
Važni pojmovi u stereohemiji
29
• Hiralne molekule
• Stereocentar
• Predstavljanje trodimenzionalnih molekula u dvije dimenzije
• Odnos između enantiomera
• Principi polarimetrije
• Fischerove projekcije
• Nomenklatura enantiomera - R i Skonfiguracije, CIP-sistem
• Racemizacija…
Važni pojmovi u stereohemiji
Molekulski modeli i predstavljanje
molekula na hartiji
• Dugo vremena su hemicari stvarnom
obliku molekula pridavali manji znacaj
• Nekad je postojao samo interes iskljucivo
za formule jedinjenja u ravni.
• Ali, tokom razvitka moderne hemije,
postalo je neophodno podrobno
istrazivanje molekulske geometrije da bi
se objasnile ili predvidjele fizicko-
hemijske osobine proucavanih molekula.
• Istrazivanja molekulskih modela cesto
omogucavaju da se izvrse predvidjanja o:
• Povlastenim oblicima (konformacijama)
• Rastojanju izmedju atoma koji nisu
medjusobno vezani
• Sternoj specificnosti u susjedstvu
funkcionalnih grupa
• Mogucnostima sterne izomerije
Princip molekulskih modela
Uglavnom se koriste dvije vrste
modela I to:
• “izduzeni“
• “kompaktni modeli“
34
Molekulski modeliMolekula metana
skeletni model model pomoću
kuglica i štapića
kalotni model elektrostatička
potencijalna
mapa superponirana
na model pomoću
kuglica i štapića.
Crvena boja
označava najveću, a
plava najmanju
elektronsku gustinu
35
Ime Strukturna formula Kondenzirana formula Model s kuglicama
i štapićima
Metan
Etan
Propan
Butan
38
Grafičko predstavljanje molekula
A
ED
B
A
D
E B
A
D
BE
A A
D DB B
A
BD
BD
A
A
A
D B
D B
A
D B
BD
A
A
A
D B
D B
Klinaste formule
A
ED
B
A
D
E B
A
D
BE
A A
D DB B
A
BD
BD
A
A
A
D B
D B
A
D B
BD
A
A
A
D B
D B
39
A
ED
B
A
D
E B
A
D
BE
A A
D DB B
A
BD
BD
A
A
A
D B
D B
A
D B
BD
A
A
A
D B
D B
A
ED
B
A
D
E B
A
D
BE
A A
D DB B
A
BD
BD
A
A
A
D B
D B
A
D B
BD
A
A
A
D B
D B
A
ED
B
A
D
E B
A
D
BE
A A
D DB B
A
BD
BD
A
A
A
D B
D B
A
D B
BD
A
A
A
D B
D B
A
ED
B
A
D
E B
A
D
BE
A A
D DB B
A
BD
BD
A
A
A
D B
D B
A
D B
BD
A
A
A
D B
D B
Grafičko predstavljanje molekula
Fischerove formule
40
A
ED
B
A
D
E B
A
D
BE
A A
D DB B
A
BD
BD
A
A
A
D B
D B
A
D B
BD
A
A
A
D B
D B
Grafičko predstavljanje molekula
Dijagonalne formule
41
A
ED
B
A
D
E B
A
D
BE
A A
D DB B
A
BD
BD
A
A
A
D B
D B
A
D B
BD
A
A
A
D B
D B
Grafičko predstavljanje molekula
Newmanove formule
A
ED
B
A
D
E B
A
D
BE
A A
D DB B
A
BD
BD
A
A
A
D B
D B
A
D B
BD
A
A
A
D B
D B
A
ED
B
A
D
E B
A
D
BE
A A
D DB B
A
BD
BD
A
A
A
D B
D B
A
D B
BD
A
A
A
D B
D B
• Izomeri:
imaju istu molkulsku formulu a
razlicitu strukturu
ZADATAK
• Nacrtaj formule svih mogućih
izomera molekulske formule
C4H10!
47
• Postoji 9 konstitucionalnih izomera
empirijske formule C3H6O.
• Međutim, pošto dva od ovih izomera
postoje kao parovi stereoizomera,
ukupan broj izomera je 11!
Primjeri za vježbu...
48
(R)-Metiloksiran(S)-Metiloksiran Aceton Propen-2-ol
(Z)-Prop-1-en-1-ol(E)-Prop-1-en-1-ol Propanal
Metoksieten Prop-2-en-1-ol Oksetan Ciklopropanol