Izom

1
Izomériaeloadó Dr. Bak Judit
2
Geometriai izoméria
Geometriai izoméria
Izoméria
Sztereoizoméria
Konstituciós izoméria
3
Izoméria

• A szerves vegyületek fontos tulajdonsága, hogy
  azonos tapasztalati képlettel több, a
  szénatomszámmal egyre növekvo számú, egymástól
  szerkezetileg különbözo vegyület irható le. Ezt a
  jelenséget izomériának nevezzük.
• Konstituciós (szerkezeti) izoméria a molekulán
  belüli atomok, atomcsoportok egymáshoz való
  kapcsolódási sorrendjének változatosságán alapul.
  A háromnál nagyobb szénatomszámú alkánok
  lehetséges izomereinek száma a szénatomszámmal
  meredeken no.
• 1(1)-2(1)-3(1)-4(2)-5(3)-6(5)-7(9)-8(18)-9(35)-1O(
  75)-2O(3366319)
• -a zárójel elott a szénatomszáma, a zárójelben az
  izomerek száma látható

4
I. Konstituciós izoméria1. Kapcsolódási
izoméria2. Helyzeti izoméria3. Tautoméria
5
I.1. Helyzeti izomériaSzerves vegyületek
elnevezése

• El nem ágazó szénláncú alkánok nevezék tana
• CH4 metán
• C2H6 etán
• C3H8 propán
• C4H1O bután
• C5H12 pentán
• C6H14 hexán
• C7H16 heptán
• C8H18 oktán
• C9H2O nonán
• C1OH22 dekán

• Az alkilcsoportok elnevezése
• ha a parafinokból egy H atomot elveszünk, az
  alkilcsoportokhoz jutunk (zárójelben a
  C-atomszám)metil (1), etil (2), propil (3),
  butil (4), pentil (5), hexil (6), heptil (7),
  oktil (8), (nonil) (9), decil (1O)
• Kétértéku alkilcsoportok elnevezése metilén (1),
  etilén (2), propilén (3)

6
Genfi nómenklatúra IUPAC (International Union of
Pure and Applied Chemistry, Tiszta és alkalmazott
Kémia Nemzetközi Szervezete) szabályai

• Kapcsolódási (elágazási) izoméria
• Válasszuk ki a lehetséges leghosszabb szénvázat.
• Számozzuk meg a leghosszabb lánc szénatomjait
  úgy, hogy az elágazó pontok a leheto legkisebb
  sorszámot kapják.
• Az elágazó pontokon levo atomcsoportokat
  szubsztituensként felfogva illesszük azok nevét a
  leghosszabb lánc neve elé.

7
A szénatomok megkülönböztetése renduség szerint

• Egy szénatomot annyiadik rendunek tekintünk,
  ahány másik szénatom kapcsolódik hozzá.
• Pl 2,2,3-trimetil-pentán

8
I.2. Helyzeti izoméria
CH2CH-CH2-CH3 1-butén CH3-CHCH-CH3 2-butén

• A konstituciós izoméria speciális esete, amikor a
  kettos kötések vagy egyes funkciós csoportok
  molekulán belüli helyzete tér el.
• A számozás alapelve, hogy a szubsztituensek
  lehetoleg a legkisebb számot kapják és a
  focsoport jellegu szubsztituensek rangosabbak a
  szénhidrogén oldalláncoknál

9
I.3. TautomériaAz imidazol két tautomerje

• A kettoskötés helyzeti különbségeibol adódó
  izomériának példája az imidazol protonizomériája,
  melynek következtében a vegyületen belül a
  kettoskötés különbözo helyzetbe kerülhet. A
  kialakuló izomerek egymással egyensúlyban vannak.
  Ezt a jelenséget tautomériának nevezzük.

10
II. Geometriai izoméria
11
A geometriai izoméria a térbeli izomériák egyik
fajtája.

• Alapja a C-atomok közötti kötések szabad
  rotációja valamilyen okból gátolt.
• Okai
• 1.) nyílt szénláncú vegyületeknél a ?-kötés vagy
  kötések jelenléte,
• 2.a.) monociklusos vegyületekben két vagy több
  szubsztituens található egymással szomszédos
  C-atomon,
• 2.b.) kondenzált policiklusos vegyületekben a
  gyuruk fúziós pontjai rögzitettek, ezáltal a
  gyuruk térbeli helyzete is rögzitett (pldekalin)

12
1.) ?-kötés jelenléte C-atomok közötti szabad
rotációt gátolja
13
Cisz-transz izoméria
14
Cisz-transz izoméria
Cisz-izomer a két szubsztituens a szabad
rotációban gátolt pillératomok azonos
oldalán helyezkedik el.
Transz-izomer a két szubsztituens a szabad
rotációban gátolt pillératomokellentétes
oldalán helyezkedik el.
trans-1,2-
15
E (entgegenellentétesen), Z (zusammenegyütt)
nomenklatúra
Melyik izomer a cisz és melyik a transz?
Amennyiben a pillératomok azonos oldalán
találhatók a rangosabb szubsztituensek
(cisz-izomer analógia) Z-izomerrol, ha viszont
ellentétesen (transz-izomer analógia) E-izomerrol
beszélünk.
16
2.) Cisz-transz izoméria monociklusos
vegyületekben
Do not
Cisz-1,2- dimetil-ciklopropán
Transz-1,2-dimetil-ciklopropán
17
III. SztereoizomériaOptikai izoméria
18
Optikai izomerek
Ezeket a vegyületeket a kéz görög nevébol
(kheir) királis molekuláknak nevezzük.
19
Kiralitás

• A nem szimmetrikus szerkezetu vegyületek,
• amelyeknek nincs szimmetriasíkjuk és azonosak
• saját tükörképükkel királisak.
• Azok a molekulák, amelyekben szimmetriatengely
• és szimmetriasík is található, azonosak saját
• tükörképükkel, szimmetrikusak, vagyis akirálisak.

20
Kiralitási centrum (asszimetriacentrum)

• Az a C-atom amelyhez négy
• különbözo ligandum kapcsolódik.
• A kiralitás centrumok száma
• megszabja a lehetséges
• sztereoizomerek számát
• 2n
• na kiralitás centrumok száma

21
Egy királis centrum (bróm-klór-fluor-metán)

• Az atomok vagy
• szubsztituensek
• térbeli elrendezodését
• az asszimetria-centrum
• körül konfigurációnak
• nevezzük.

Cl
Br
H
F
22
Egy királis centrum (bróm-klór-fluor-metán)
Cl
Cl
Br
Br
H
H
F
F

• A lehetséges
• sztereoizomerek
• száma 2 (2n, ahol n1)
• -egymás tukörképei

23
Egymással a két sztereoizomer nem hozható fedésbe
Cl
Br
Cl
Br
H
H
F
F
24
Enantiomerek
A teljes tükörképi párokatmás néven
enantiomereknek

• nevezzük.

25
Egy kiralitás centrumú molekula

• Például 2-Butanol

26
Egy kiralitás centrummal rendelkezo molekula
4-etil,4-metil oktán
27
Akirális molekulák azonosak saját tükörképükkel
28
Több kiralitás centrummal rendelkezo
molekulák Enantiomerek, Diasztereomerek, Mezo
vegyületek
29
Két vagy több kiralitás centrum esetén
Enantiomerek és diasztereomerek
Enantiomereknek azok a sztereoizomerek, amelyek
egymásnak teljes tükörképi párjai.
Fizikai-kémiai tulajdonságai azonosak, csak az
optikai aktivitásuk és az enzimekhez való
kapcsolódásuk más.
Diasztereomerek részleges tükörképi
párok, amelyekben egyes kiralitás centrumok körül
a ligandumok elrendezése azonos. Különbözo
fizikai tulajdonságokkal rendelkeznek
(pl.oldhatóság), ezért szétválaszthatóak (desztil
lációval, kromatográfiával, kristályositással).
n kiralitás centrum ? 2n lehetséges
sztereoizomerek
30
Két vagy több kiralitás centrum esetén
Enantiomerek és diasztereomerek
Pl.
22 4 lehetséges sztereoizonerek
enantiomerek
enantiomerek
diasztereomerek
31
Két vagy több kiralitás centrum esetén
Mezo vegyületek
Pl..
22 4 lehetséges sztereoizomer
Szimmetria- sik
azonos vegyületek mezo molekulák
enantiomerek
diasztereomerek
32
Optikai aktivitás

• Az enantiomerek fizikai tulajdinságai azonosak,
  de a poláros
• fény síkját azonos koncentrációjú oldatban azonos
  mértékben,
• de ellenkezo irányban forgatják.

33
Optikai aktivitás
Specifikus forgató-képesség
homérséklet
a forgatás mértéke fokokban
küvetta hossza (dm)
koncentráció (g/1OO ml)
Na D -vonalának megfelelo hullámhossza
Optikailag inaktívak lehetnek az akirális
vegyületek, vagy a racém keverékek (11 arányú
keveréke két enantiomernek).
34
Racém elegyek szétválasztása (rezolválás)
Enantiomer keverék
Az enantiomereket optikai forgatóképességük
alapján nem lehet szétválasztani. Királis
reagensekkel reagáltatva a racém keveréket, a két
izomer már nem enantiomerekké, hanem
diasztereomerekké alakul át, amelyeknek a fizikai
tulajdonságai jelentosen különböznek.
diastereomers
35
Fischer-féle ábrázolás
36
Fischer-féle ábrázolás

• Emil Fisher (kémiai Nobel-díj, 19O2) - relatív
  konfiguráció
• A királis vegyületek síkbeli ábrázolásának egyik
  módja.

37
Fischer-féle ábrázolás szabályai
H
Cl
Br
F
A.) a legoxidáltabb csoport legyen legfelül, B.)
a szénlánc további része található alul, C.) a
láncnak a kiralitási centrumtól felfelé és lefelé
rajzolt része egyaránt a sík mögött legyen.
38
Királis vegyületek elnevezésére
D-glicerinaldehid a poláris fény síkját jobbra
forgatja el, enantiomerje az L-glicerinaldehid
balra forgatja el.
D- () glicerinaldehid
L-(-) glicerinaldehid
A D-glicerinaldehidben a 2 C-atom OH csoportja
jobbra irandó.
Az L-glicerinaldehidben a 2 C-atom OH csoportja
balra irandó.
39
D-sorozatú monoszacharidok
A legoxidáltabb C-atomtól legtávolabb eso
kiralitási centrumon a D-sorozatú molekulákban az
OH csoport jobbra található (megegyezoen a
D-glicerinaldehiddel).
D-glicerinaldehid
D-glukóz
40
L-sorozatú monoszacharidok
A legoxidáltabb C-atomtól legtávolabb eso
kiralitási centrumon a L-sorozatú molekulákban az
OH csoport balra található (megegyezoen a
L-glicerinaldehiddel).
L-glukóz
D-glukóz
41
Fischer-féle ábrázolás

• Elonye jól mutatja a konfigurációs rokonságot
  (D-,L- sorozat).
• Hátránya csak bizonyos vegyületek esetében
  használható.

42
The Cahn-Ingold-PrelogR-S nomenklatúra
43
R. S. Cahn, Sir Christopher Ingold, and V.
Prelog ábrázolási mód (1956)

• 1. A kiralitás centrumhoz fuzödo ligandumokat
• meghatározott szabályok szerint rangsoroljuk
• és 1,2,3,4 számokkal látjuk el csökkeno rang
  szerint.
• 2. A molekula modelljét a szemünk elé helyezzük
• úgy, hogy a 4-es számú szubsztituens a szemünktol
  
• távol legyen.
• 3. Ezután a ligandumokat 1,2,3 sorrendbe
  körüljárjuk.

44
Cahn-Ingold-Prelog szabályokA ligandumok
rangsorolása

• Az atomokat a rendszámuk alapján rangsoroljuk.
• A legmagasabb rangú a legnagyobb rendszámú
• elem, ez kapja az 1-es számot, a 4-es szám pedig
• legkisebb rendszámú elem atomjához tartozik
• I?Br?Cl?F?O?NgtCgtH
• -CCl3 gt-CHCl2 gt-CH2Cl

45
Példa

• A ligandumok rangsorolása a kiralitás centrum
  körül1 gt 2 gt 3 gt 4

46
Cahn-Ingold-Prelog szabályok

• 1. A ligandumokat 1,2,3 sorrendben körüljárjuk.
• - ha a körüljárás iránya az óramutató járásával
• megegyezik a konfigurációt R-el (a latin
• rectusjobb) jelöljük., ha ezzel ellentétes azt
• nevezzük S (sinisterbal) konfigurációnak.

47
Példa

• A ligandumok sorrendje1 ? 2 ? 3

48
2-butanol enantiomerjei
49
A D-L és az R-S elnevezés kapcsolata
50
A D-L és az R-S elnevezés kapcsolata
Az (R)-()-glicerinaldehidnek megegzezik a
D-(-)glicerinaldehiddel.
D-gllicerinaldehid
L-glicerinaldehid
Kivétel a cisztein L-formájában R-
konfigurációjú, D-formájában S-konfigurációjú.