ΣΤΕΡΕΟΧΗΜΕΙΑ Τετραεδρική δομή ατόμου άνθρακα με υβριδισμό sp3

το άτομο άνθρακα με τέσσερις διαφορετικούς υποκαταστάτες Aσύμμετρο άτομο άνθρακα *Cαβγδ το άτομο άνθρακα με τέσσερις διαφορετικούς υποκαταστάτες

Τα στερεοϊσομερή αυτά ονομάζονται εναντιομερή ή οπτικοί αντίποδες ή χειρόμορφες ενώσεις. Τα εναντιομερή πρέπει να έχουν αντίθετη απεικόνιση σε όλα τα ασύμμετρα άτομα άνθρακα.

Η κυριότερη διαφορά των οπτικών αντιπόδων είναι ότι στρέφουν το επίπεδο του πολωμένου φωτός κατά γωνία ίση, αλλά αντίθετης στροφής. Ρακεμικό μίγμα: μίγμα ίσων ποσοτήτων των δύο εναντιομερών. Το ρακεμικό μίγμα είναι οπτικά ανενεργό, αφού δε στρέφει το επίπεδο του πολωμένου φωτός.

στερεοχημικοί τύποι ένα ασύμμετρο άτομο άνθρακα, σχέση ειδώλου-αντικειμένου προβολή κατά Fischer

Χαρακτηρισμός των αντιπόδων: σύστημα R-, S- Η αξιολόγηση των υποκαταστατών γίνεται με βάση τον ατομικό τους αριθμό. π.χ. 1Η<6C< 7N<8O<9F<15P<16S<17Cl Προηγείται σε σειρά το άτομο με τον μεγαλύτερο ατομικό αριθμό. Αν οι υποκαταστάτες είναι ομάδες (π.χ.-CH3, -OH κ.α.), τότε εξετάζεται το άτομο του υποκαταστάτη το οποίο είναι απ’ ευθείας ενωμένο με το ασύμμετρο άτομο *C. Στην περίπτωση κατά την οποία το άτομο αυτό είναι κοινό σε περισσότερους από ένα υποκαταστάτες τότε και μόνο τότε εξετάζεται το αμέσως επόμενο στοιχείο με το οποίο συνδέεται το άτομο αυτό κ.ο.κ.

π.χ. η ομάδα -CH=O αναλύεται σε 1C που ενώνεται με 1Η + 2O, Σε ομάδες με πολλαπλούς δεσμούς, θεωρείται ότι το πρώτο άτομο π.χ. του άνθρακα ενώνεται με το αντίστοιχο στοιχείο τόσες φορές, όσες και ο πολλαπλός δεσμός. π.χ. η ομάδα -CH=O αναλύεται σε 1C που ενώνεται με 1Η + 2O, η ομάδα -CN αναλύεται σε 1C που ενώνεται με 3Ν, η ομάδα –C6H5 (-Ph, φαινύλιο ο υποκαταστάτης του βενζολίου) αναλύεται σε 1C που ενώνεται με 3C, όπως φαίνεται στο σχήμα. Οι προτεραιότητες των διαφόρων ομάδων εκφράζονται με γράμματα, με το (α) για τη μεγαλύτερη προτεραιότητα και με το (δ) για τη μικρότερη ή με νούμερα, με το (1) για τη μεγαλύτερη και (4) για τη μικρότερη.

Παραδείγματα σειράς προτεραιότητας υποκαταστατών

I C (6) -C (6), -C (6), -C (6) Α II -C (6), -H (1), - H (1) Β III ΠΡΩΤΟ ΑΤΟΜΟ (Z) ΔΕΥΤΕΡΟ ΑΤΟΜΟ ΠΡΟΤΕΡΑΙΟΤΗΤΑ I C (6) -C (6), -C (6), -C (6) Α II -C (6), -H (1), - H (1) Β III -H (1), -H (1), -H (1) Γ IV H (1) Δ

Η ομάδα με τη μικρότερη προτεραιότητα (δ) πρέπει να προβάλλεται πίσω από το επίπεδο του χαρτιού, δηλαδή να απομακρύνεται από τον παρατηρητή. Αν χρειάζεται πρέπει να στρέψουμε κατάλληλα το μόριο.

Αφού τοποθετηθεί η ομάδα (δ) στο πίσω μέρος του χαρτιού, ελέγχουμε τη φορά (α)  (β)  (γ), δηλαδή τη φορά ελαττωμένης προτεραιότητας. Αν η φορά ακολουθεί φορά αντίθετη των δεικτών του ρολογιού, το ισομερές χαρακτηρίζεται ως –S. Αν η φορά είναι ίδια με τη φορά κίνησης των δεικτών του ρολογιού, το ισομερές χαρακτηρίζεται ως –R. R- S- φορά κίνησης των δεικτών φορά αντίθετη της κίνησης του ρολογιού των δεικτών του ρολογιού

Κάνοντας την αλλαγή αυτή, η νέα (υποθετική) δομή που θα προκύψει θα έχει αντίθετη απεικόνιση από την πραγματική. Έτσι η στερεοαπεικόνιση της αρχικής (πραγματικής) δομής θα είναι η αντίθετη από αυτήν της υποθετικής δομής.

Παράδειγμα αμοιβαίας ανταλλαγής δύο υποκαταστατών

δύο ασύμμετρα άτομα άνθρακα, στερεοχημικοί τύποι, σχέση ειδώλου – αντικειμένου ή οι αντίστοιχες προβολές κατά Fischer

Διαστερεοϊσομέρεια Σε ενώσεις με 2 ή περισσότερα ασύμμετρα άτομα C. Τα διαστερομερή είναι στερεοϊσομερή τα οποία δεν έχουν σχέση ειδώλου-αντικειμένου μεταξύ τους. Τα διαστερεομερή διαφέρουν μεταξύ τους στις φυσικές ιδιότητες και μερικές φορές και στη χημική συμπεριφορά. (Α) (Β) (Γ) Στερεοϊσομερές (Α) ΔΕΝ έχει σχέση ειδώλου-αντικειμένου με τα στερεο-ισομερή (Β) και (Γ) Τα ζεύγη στερεοϊοσομερών (Α)-(Β) και (Α)-(Γ) είναι μεταξύ τους διαστερεομερή, γιατί διαφέρουν στην απεικόνιση μόνο του ενός *C και έχουν όμοια την απεικόνιση του δεύτερου *C.

Στερεοϊσομερή ένωσης O=CH-*CH(OH)-*CH(OH)-CH2OH ΓΕΝΙΚΑ ενώσεις με n ασύμμετρα άτομα C έχουν 2n στερεοϊσομερή, τα οποία μπορεί να είναι εναντιομερή ή διαστερεομερή. Για ν = 2 → 4 στερεοϊσομερή Για ν = 3 → 8 στερεοϊσομερή Στερεοϊσομερή ένωσης O=CH-*CH(OH)-*CH(OH)-CH2OH 2 ασύμμετρα άτομα άνθρακα  22= 4 στερεοϊσομερή (1) (2) (3) (4) Εναντιομερή: (1)-(2) και (3)-(4) Διαστερεομερή: (1)-(3) / (1)-(4) / (2)-(3) / (2)-(4)

ΕΝΑΝΤΙΟΜΕΡΗ αντίθετη απεικόνιση και στα δύο ασύμμετρα άτομα C ΔΙΑΣΤΕΡΕΟΜΕΡΗ αντίθετη απεικόνιση στο ένα από τα δύο ασύμμετρα άτομα άνθρακα και ίδια απεικόνιση στο δεύτερο *C.

Μέσο-ενώσεις Ενώσεις που ενώ περιέχουν ασύμμετρα άτομα άνθρακα, είναι οπτικά ανενεργές, γιατί συμπίπτουν με τα κατοπτρικά-είδωλα τους π.χ. η ένωση CH3CHBrCHBrCH3 περιέχει δύο όμοια ασύμμετρα άτομα άνθρακα με υποκαταστάτες, -CH3, -H, -Br και -CHBrCH3 αντίστοιχα. (Α1) (Α2) (Α3) (Α4) Στην περίπτωση αυτή έχουμε μόνο τρία στερεοϊσομερή, ένα ζεύγος εναντιομερών (Α3)-(Α4) και μια μεσομορφή (Α1) Ξ (Α2). Η μεσομορφή (Α1) Ξ (Α2) με τις δομές (Α3) και (Α4) αντίστοιχα είναι διαστερεομερή

Γεωμετρική Ισομέρεια (cis- /trans- ή Ζ- /Ε- Διπλός δεσμός (δεν επιτρέπει την ελεύθερη περιστροφή) Κάθε άτομο άνθρακα του διπλού δεσμού πρέπει να έχει διαφορετικούς υποκαταστάτες cis- όμοιοι υποκαταστάτες στην ίδια πλευρά trans- όμοιοι υποκαταστάτες στην αντίθετη πλευρά ΔΕΝ παρουσιάζουν γεωμετρική ισομέρεια (όμοιο υποκαταστάτες

Στην γενική περίπτωση όπου και οι τέσσερις υποκαταστάτες είναι ανόμοιοι εξετάζεται η προτεραιότητα των υποκαταστατών σε κάθε άτομο του διπλού δεσμού χωριστά. Στο Ζ (zusammen=μαζί) ισομερές οι υποκαταστάτες με την μεγαλύτερη προτεραιότητα βρίσκονται προς την ίδια πλευρά του επιπέδου του διπλού δεσμού Στο Ε (entgegen=απέναντι) ισομερές στην αντίθετη πλευρά

Παράδειγμα γεωμετρικής ισομέρειας