Stereochemie

Autor: (1 ) | Kategorie: Chemie | Organická chemie | 933x |

Tato kapitola je pro organickou chemie důležitá, protože látky, které se nechemikovi zdají naprosto stejné, mohou mít odlišné vlastnosti, které mohou mít zásadní význam. Tento případ by se dal vysvětlit přímo na pravé a levé ruce. Je jasné, že nejsou stejné, ale jsou si navzájem zrcadlovými obrazy. Toto funguje i u některých molekul. Abychom dostali takové molekuly je potřeba, aby byla takzvaně chirální. Co to pro nás znamená? Znamená to to, že není totožná se svým zrcadlovým obrazem. Což by se dalo předvést, pokud se budeme snažit molekulu natočit tak, aby byla totožná, nikdy neuspějeme.

Dále co musí molekula splňovat je, že nemá rovinu symetrie. V překladu to je, že pokud bychom určitou molekulu pomyslně rozdělili v půl, tak nesmí být tyto půlky totožné. S chiralitou jde ruku v ruce pojem stereogenní centrum. Tento pojem se vztahuje už přímo na určitou část molekuly, a to k atomu uhlíku. Pokud chceme o uhlíku říci, že je stereogenním centrem je třeba, aby měl na sobě navázané čtyři různé substituenty (např. vodík, methyl, hydroxidovou skupinu a propyl). V literatuře často bývá takovýto uhlík označen hvězdičkou, což znamená, že zrovna tento uhlík je stereogenní centrum. Pro rychlé zjištění, kolik může mít molekula isomerů slouží vzorec 2x, kde x představuje počet stereogenních center v molekule. Dáme-li všechny předchozí poznatky dohromady a zachytíme-li je v obrázku. Získáme obecnou molekulu s jejím zrcadlovým obrazem. 

Nyní si povíme něco o tom, s jakými typy stereoisomerů se můžeme setkat. Prvním typem, s kterým začneme jsou takzvané enantiomery. Enantiomery jsou molekuly, které jsou chirální, mají alespoň jedno strereogenní centrum a nejsou totožné se svým zrcadlovým obrazem. Na obrázku máte jeden příklad enantiomerů.

Dalším typem jsou diastereoisomery. Na následujícím obrázku máte dva páry enantiomerů. Porovnáme-li však 1.a s 2.a (nebo 1.a s 2.b, 1.b s 2.a či 1.b s 2.b) je na první pohled jasné, že tyto molekuly jsou totožné jen z části. Liší se uspořádáním na jednom stereogenním centru. Z toho nám plyne závěr, abychom mohli mluvit o diastereoisomerech musí mít molekula alespoň dvě stereogenní centra.

V poslední řadě tu máme meso-sloučeniny. Případ meso-forem se nejčastěji a velmi dobře ukazuje na kyselině vinné a jejích isomerech, které máme na obrázku. Celkově tu máme čtyři isomery. Podíváme-li se na isomery 2. je vidět, že 2.b je ve skutečnosti 2.a převrácená o 180°. Navíc má rovinu symetrie. Tudíž je achirální, i přes to, že má ve svém řetězci dvě stereogenní centra. Takovým to sloučeninám se proto říká meso-sloučeniny.

Upozorňujeme, abyste si meso-sloučeniny nepletli s čistě achirálními sloučeninami, které nemají žádné stereogenní centrum. Opravdu je v tom rozdíl.

Jelikož jsme už stereoisomery probrali, je řada na určování konfigurace. Zde jsou důležitá pravidla Cahnova-Ingoldova-Prelogova, podle kterých jsou substituentům na uhlíku přiřazená pořadová čísla od jedné do čtyř, protože je pouze čtyřvazný. Čím nižší číslo substituent dostane tím dostává větší přednost před ostatními. Je to stejné jako když závodíte, každý chce být přeci první. U molekul, ale neplatí že první místo dostane zrovna molekula, která se nám líbí víc. Posuzují se podle toho, který atom má vyšší protonové číslo. Ještě nebylo řečeno, že pro posuzování se berou pouze první atomy navázané na chirálním uhlíku ( stereogenním centru). Pakliže jsou na C*navázány atomy se stejným protonovým číslem, pokročuje se tak, že nyní budeme posuzovat mezi sebou substituenty které jsou navázány na těchto atomech, opět sestupně podle protonového čísla a takto se pokračuje tak dlouho dokud se nenajde rozdíl mezi atomy. Dále chceme upozornit, je-li zde násobná vazba, bere se počítá se navázaný atom tolikrát, kolika násobná je vazba. Jakmile jsme konečně rozdali prioritní čísla, snažíme se molekulu si natočit tak, aby atom s nejnižším číslem, tedy čtyřkou, byl jakoby vzadu. Jakmile tak učiníme, podíváme se, jestli pořadí klesá ve směru hodinových ručiček a v tom případě budeme molekulu označovat R, anebo pokud klesá v protisměru, a tudíž by se označovala S. Proto, aby to bylo o něco více srozumitelné přidali jsme sem molekulu, u které se pokusíme krok za krokem ukázat, jak určit konfiguraci.

V poslední řadě bychom vás rádi seznámili jak ve Fischerově projekci (alespoň u cukrů se tvoří D a L formy). Určitě se s tím již setkali, že cukry mohou být buď takzvaně D-cukry, nebo L-cukry. Rozdíl mezi D a L formou je například stáčení roviny polarizovaného světla. Jak, ale poznat, jestli se jedná o D či L-cukry? Nebudete věřit, jak jednoduché to vlastně je. Pro ukázku si vezmeme glukosu. (obr.) Abychom určili jestli je D, nebo L tak se podíváme na poslední stereogenní centrum, a na to na jaké straně se vyskytuje substituent s nejvyšší prioritou. Pokud směřuje doprava je molekula označována jako D. V případě, kdy bude směřovat doleva je to L-forma.

A tím bychom chtěli celou tuto kapitolu uzavřít, doufáme, že vše bylo srozumitelné.