Οργανική Χημεία - Θ Ενότητα 3: Ισομέρεια -Στερεοϊσομέρεια Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο ΤΕΙ Αθήνας Οργανική Χημεία - Θ Ενότητα 3: Ισομέρεια -Στερεοϊσομέρεια Δρ. Βασίλης Ντουρτόγλου Τμήμα Οινολογίας & Τεχνολογίας Ποτών Το περιεχόμενο του μαθήματος διατίθεται με άδεια Creative Commons εκτός και αν αναφέρεται διαφορετικά Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους.

Ισομέρεια Συντακτική ισομέρεια CnH2n-2 Στερεοϊσομέρεια

Στερεοϊσομέρεια Γεωμετρική Ισομέρεια Ονομασία Cis-Trans Z-E

Στερεοϊσομέρεια Η έννοια της ισομέρειας cis-trans. H έννοια του ασύμμετρου άνθρακα. Ένας γραμμικός ακόρεστος υδρογονάνθρακας με δυο ασύμμετρους άνθρακες (άνθρακας 8 και ο άνθρακας 4) και ένα διπλό δεσμό μεταξύ των ανθράκων 6 και 5.

Η αρχιτεκτονική ενός μορίου θεμελιώδης αρχή των βιολογικών ιδιοτήτων Το μόριο γραμμένο στο χαρτί. Το μόριο σχεδιασμένο στον χώρο.

Χειρομορφία - Εναντιομέρεια chemwiki.ucdavis.edu με άδεια CC BY-NC-SA 3.0 US chemistry.msu.edu

“Chiral molecures example”, από Calvero διαθέσιμο ως κοινό κτήμα Ασύμμετρος άνθρακας Ο ασύμμετρος άνθρακας Ο ασύμμετρος άνθρακας είναι ένας άνθρακας του οποίου οι τέσσερις υποκατάστατες είναι διαφορετικοί . Ο άνθρακας αυτός έχει οπτικές ιδιότητες. “Chiral molecures example”, από Calvero διαθέσιμο ως κοινό κτήμα

Πολωσίμετρο – Ειδική στροφική ικανότητα Η γωνία στροφής, όπως μετριέται με το πολωσίμετρο, είναι ανάλογη της συγκέντρωσης της οπτικά ενεργής ουσίας καθώς και του μήκους της κυψελίδας στην οποία εισάγεται το δείγμα. Η γωνία στροφής εξαρτάται επίσης από το μήκος κύματος του χρησιμοποιούμενου φωτός και τη θερμοκρασία του εξεταζόμενου διαλύματος. Για συγκριτικούς λόγους χρησιμοποιείται η ειδική στροφή [α]. Κάθε οπτικά ενεργή ουσία έχει τη δική της χαρακτηριστική ειδική στροφική ικανότητα ή ειδική στροφή.

“Polarimeter measuring system”, από Antonpaar με άδεια CC BY-SA 3.0 Οι ενώσεις που έχουν στο μόριο τους ασύμμετρους άνθρακες έχουν οπτικές ιδιότητες που μετρούνται με την στροφή του πολωμένου φωτός 1/2 Η μέτρηση της γωνίας στροφής του πολωμένου φωτός γίνεται με ένα όργανο που λέγεται πολωσίμετρο. Το όργανο αυτό περιλαμβάνει μια πηγή φωτός, δύο φακούς πόλωσης και μεταξύ των δύο φακών υπάρχει σωλήνας στον οποίο προσθέτουμε την προς εξέταση οπτικά ενεργό ουσία, όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα. α “Polarimeter measuring system”, από Antonpaar με άδεια CC BY-SA 3.0

“Polarimeter (Optical rotation)”, από Kaidor με άδεια CC BY-SA 3.0 Οι ενώσεις που έχουν στο μόριο τους ασύμμετρους άνθρακες έχουν οπτικές ιδιότητες που μετρούνται με την στροφή του πολωμένου φωτός 2/2 Η οπτικά ενεργή ουσία στρέφει το επίπεδο του πολωμένου φωτός κατά μια γωνία α. “Polarimeter (Optical rotation)”, από Kaidor με άδεια CC BY-SA 3.0 Ειδική στροφή = 𝒂 𝐃 = 𝒂 𝒍∗𝒄 με λ=μήκος κυψελίδας σε dm, c=συγκέντρωση σε g/ml D=589nm μήκος κύματος από έναν λαμπτήρα νατρίου

Στερεοϊσομέρεια 1/6 Κανόνες ονοματολογίας Προτεραιότητα υποκαταστατών των ανθρακατόμων του διπλού δεσμού. Όσο υψηλότερο είναι το ατομικός βαρος του πρώτου ατόμου του υποκαταστάστη, τόσο μεγαλύτερη προτεραιότητα έχει. Για παράδειγμα, H–  <  C–  <  N–  <  O–  <  Cl–. (η προτεραιότητα αυξάνει από αριστερά προς τα δεξιά). (Η προτεραιότητα στα διαφορετικά ισότοπα του ίδιου στοιχείου ορίζεται σύμφωνα με την ατομική μάζα τους.)

Στερεοϊσομέρεια 2/6 Κανόνες ονοματολογίας (συνέχεια) Εάν δυο υποκαταστάτες έχουν τα ίδια αρχικά άτομα τότε προχωράμε στο δεύτερο κατά σειρά άτομο του υποκαταστάτη (απομακρυνόμαστε από το διπλό δεσμό) μέχρις ότου εντοπίσουμε διαφορετικά άτομα. Για παράδειγμα, CH3–  <  C2H5–  <  ClCH2–  <  BrCH2–  <  CH3O–.

Στερεοϊσομέρεια 3/6 Είναι χρήσιμο να συνοψίσουμε μερικές σημαντικές πτυχές της διαστερεοϊσομέρειας σε αυτό το σημείο: Οι περισσότερες εσωτερικές μεταροπές των διαμορφώσεων σε ενα απλό μόριο λαμβάνουν χώρα σχεδόν ακαριαία, σε θερμοκρασία δωματίου. Ως εκ τούτου η απομόνωση καθαρών διαμορφώσεων είναι πρακτικά αδύνατη στις περισσότερες των περιπτώσεων. Συγκεκριμένες διαμορφώσεις απαιτούν ειδικά προθέματα ονοματολογίας όπως για παράδειγμα διαβαθμισμένο, εκλειπτικό, πλάγιο, αντί όταν καθορίζονται.

Στερεοϊσομέρεια 4/6 Συγκεκριμένες διαμορφώσεις μπορούν επίσης να καθοριστούν μέσω των διεδρικών γωνιών. Στις διαμορφώσεις του βουτανίου παραπάνω, οι διεδρικές γωνίες που σχηματίζονται απο δυο μεθυλομάδες περι του κεντρικού δεσμού άνθρακα-άνθρακα είναι: A 180º, B 120º, C 60º & D 0º.

Στερεοϊσομέρεια 5/6 Οι διαβαθμισμένες διαμορφώσεις του απλού δεσμού είναι πιο σταθερές απο τις αντίστοιχες εκλειπτικές. Η περίσσεια ενέργειας των εκλειπτικών δεσμών είναι γνωστή ως εκλειπτική τάση. Στο βουτάνιο, η πλάγια διαμόρφωση είναι λιγότερο σταθερή απο την αντί κατά περίπου 0.9 kcal/mol. Αυτό οφείλεται στη συσσώρευση των δυο μεθυλομάδων που παρατηρείται στην πλάγια διαμόρφωση. Το φαινόμενο ονομάζεται στερική τάση ή στερική παρεμπόδιση.

Στερεοϊσομέρεια 6/6 Διαστερεοϊσομέρεια

Διαστεροϊσομερή 1/2 Δυο γειτονικοί ασυμετρικοί άνθρακες ( R,S : S,S : R,R : S,R) Καθρέπτης

chemwiki.ucdavis.edu με άδεια CC BY-NC-SA 3.0 US Διαστεροϊσομερή 2/2 chemwiki.ucdavis.edu με άδεια CC BY-NC-SA 3.0 US

Διαμορφώσεις Δακτυλίων Κυκλοεξάνιο 1/2 Δομή καράβι Δομή ανάκλινδρου

Διαμορφώσεις Δακτυλίων Κυκλοεξάνιο 2/2 Μεσημβρινά και ισημερινά υδρογόνα. Ισημερινά Μεσημβρινά

Χειρόμορφες ενώσεις , προβολή ασύμμετρου άνθρακα και οπτική ενέργεια 1/2 Τα εναντιομερή στρέφουν το επίπεδο του πολωμένου φωτός σε αντίθετες κατευθύνσεις. Το ένα εναντιομερές θα στρέψει το επίπεδο του πολωμένου φωτός κατά τη φορά του ρολογιού, δεξιόστροφα δηλαδή ή d- ή (+), ενώ το άλλο εναντιομερές προς την αντίθετη κατεύθυνση, αριστερόστροφα δηλαδή ή l- ή (-). Τα γράμματα d και l προέρχονται από τις λατινικές λέξεις dexter (δεξιά) και laevus (αριστερά). Εάν ίσες ποσότητες από κάθε εναντιομερές εξεταστεί ξεχωριστά, τότε το πολωμένο φώς θα στραφεί κατά το ίδιο ποσό, με το ένα όντας θετικό και το άλλο αρνητικό, τα μείγματα των ενώσεων αυτών καλούνται ρακαιμικα.

Χειρόμορφες ενώσεις , προβολή ασύμμετρου άνθρακα και οπτική ενέργεια 2/2 Για να είναι απολύτως σίγουρο εάν μια παρατηρηθείσα στροφή είναι θετική ή αρνητική είναι συχνά απαραίτητο να γίνει μια δεύτερη μέτρηση που χρησιμοποιεί ένα διαφορετικό ποσό ή συγκέντρωση του δείγματος. Στην παραπάνω εικόνα, παραδείγματος χάριν, η γωνία α μπορεί να είναι –90ο ή + 270ο παρά + 90ο. Εάν η συγκέντρωση του δείγματος μειωθεί κατά 10%, τότε η θετική στροφή θα αλλάξει σε + 81ο (ή + 243ο) ενώ η αρνητική στροφή θα αλλάξει σε –81ο και το σωστό α θα προσδιοριζόταν σαφώς.

Προβολή ασύμμετρου άνθρακα 1/2

Προβολή ασύμμετρου άνθρακα 2/2 MΕΤΑΦΟΡΕΣ ΥΠΟΚΑΤΑΣΤΑΤΩΝ ΜΕ ΣΤΟΧΟ ΝΑ ΠΑΕΙ ΤΟ ΜΙΚΡΟΤΕΡΟ ΚΑΤΩ. Έχοντας προσδιορίσει τη σειρά προτεραιότητας των τεσσάρων ομάδων του ασύμμετρου ατόμου άνθρακα, μπορούμε να απεικονίσουμε στερεοχημικά μια ένωση, ακολουθώντας την παρακάτω διαδικασία. Προσανατολίζουμε το μόριο, ώστε ο υποκαταστάτης με τη μικρότερη προτεραιότητα (Η) να βρεθεί στην κάτω θέση. Πρώτα το προβάλουμε στο επίπεδο του χαρτιού ώστε οι δυο οριζόντιοι υποκατάστατες, να είναι μπροστά από το επίπεδο και οι δυο κάθετοι πίσω. Στην συνεχεία περιστρέφουμε κατά ¼,1/4,1/2 όσες φορές και να χρειαστεί μέχρι το μικρότερο να πάει κάτω. Αριθμούμε από τον μεγαλύτερο στον μικρότερο.

Τέλος Ενότητας

Σημειώματα

Σημείωμα Αναφοράς Copyright Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Αθήνας, Βασίλειος Ντουρτόγλου 2014. Βασίλειος Ντουρτόγλου. «Οργανική Χημεία – Θ . Ενότητα 3: Ισομέρεια -Στερεοϊσομέρεια». Έκδοση: 1.0. Αθήνα 2014. Διαθέσιμο από τη δικτυακή διεύθυνση: ocp.teiath.gr.

Σημείωμα Αδειοδότησης Το παρόν υλικό διατίθεται με τους όρους της άδειας χρήσης Creative Commons Αναφορά, Μη Εμπορική Χρήση Παρόμοια Διανομή 4.0 [1] ή μεταγενέστερη, Διεθνής Έκδοση. Εξαιρούνται τα αυτοτελή έργα τρίτων π.χ. φωτογραφίες, διαγράμματα κ.λ.π., τα οποία εμπεριέχονται σε αυτό. Οι όροι χρήσης των έργων τρίτων επεξηγούνται στη διαφάνεια «Επεξήγηση όρων χρήσης έργων τρίτων». Τα έργα για τα οποία έχει ζητηθεί άδεια αναφέρονται στο «Σημείωμα Χρήσης Έργων Τρίτων». [1] http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/ Ως Μη Εμπορική ορίζεται η χρήση: που δεν περιλαμβάνει άμεσο ή έμμεσο οικονομικό όφελος από την χρήση του έργου, για το διανομέα του έργου και αδειοδόχο που δεν περιλαμβάνει οικονομική συναλλαγή ως προϋπόθεση για τη χρήση ή πρόσβαση στο έργο που δεν προσπορίζει στο διανομέα του έργου και αδειοδόχο έμμεσο οικονομικό όφελος (π.χ. διαφημίσεις) από την προβολή του έργου σε διαδικτυακό τόπο Ο δικαιούχος μπορεί να παρέχει στον αδειοδόχο ξεχωριστή άδεια να χρησιμοποιεί το έργο για εμπορική χρήση, εφόσον αυτό του ζητηθεί.

Επεξήγηση όρων χρήσης έργων τρίτων Δεν επιτρέπεται η επαναχρησιμοποίηση του έργου, παρά μόνο εάν ζητηθεί εκ νέου άδεια από το δημιουργό. © διαθέσιμο με άδεια CC-BY Επιτρέπεται η επαναχρησιμοποίηση του έργου και η δημιουργία παραγώγων αυτού με απλή αναφορά του δημιουργού. διαθέσιμο με άδεια CC-BY-SA Επιτρέπεται η επαναχρησιμοποίηση του έργου με αναφορά του δημιουργού, και διάθεση του έργου ή του παράγωγου αυτού με την ίδια άδεια. διαθέσιμο με άδεια CC-BY-ND Επιτρέπεται η επαναχρησιμοποίηση του έργου με αναφορά του δημιουργού. Δεν επιτρέπεται η δημιουργία παραγώγων του έργου. διαθέσιμο με άδεια CC-BY-NC Επιτρέπεται η επαναχρησιμοποίηση του έργου με αναφορά του δημιουργού. Δεν επιτρέπεται η εμπορική χρήση του έργου. Επιτρέπεται η επαναχρησιμοποίηση του έργου με αναφορά του δημιουργού και διάθεση του έργου ή του παράγωγου αυτού με την ίδια άδεια. Δεν επιτρέπεται η εμπορική χρήση του έργου. διαθέσιμο με άδεια CC-BY-NC-SA διαθέσιμο με άδεια CC-BY-NC-ND Επιτρέπεται η επαναχρησιμοποίηση του έργου με αναφορά του δημιουργού. Δεν επιτρέπεται η εμπορική χρήση του έργου και η δημιουργία παραγώγων του. διαθέσιμο με άδεια CC0 Public Domain Επιτρέπεται η επαναχρησιμοποίηση του έργου, η δημιουργία παραγώγων αυτού και η εμπορική του χρήση, χωρίς αναφορά του δημιουργού. Επιτρέπεται η επαναχρησιμοποίηση του έργου, η δημιουργία παραγώγων αυτού και η εμπορική του χρήση, χωρίς αναφορά του δημιουργού. διαθέσιμο ως κοινό κτήμα χωρίς σήμανση Συνήθως δεν επιτρέπεται η επαναχρησιμοποίηση του έργου.

Διατήρηση Σημειωμάτων Οποιαδήποτε αναπαραγωγή ή διασκευή του υλικού θα πρέπει να συμπεριλαμβάνει: το Σημείωμα Αναφοράς το Σημείωμα Αδειοδότησης τη δήλωση Διατήρησης Σημειωμάτων το Σημείωμα Χρήσης Έργων Τρίτων (εφόσον υπάρχει) μαζί με τους συνοδευόμενους υπερσυνδέσμους.

Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στo πλαίσιo του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο ΤΕΙ Αθήνας» έχει χρηματοδοτήσει μόνο την αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους.