7.9
Reazioni che introducono
un centro Stereogenico
Molte reazioni convertono reagenti
achirali a prodotti chirali.
E’importante ricordare, comunque che se tutti i i
componenti iniziali (reagenti, catalizzatori, solventi,
etc.) sono achirali, ogni prodotto chirale verrà formato
in miscela racemica.
Questa generalizzazione può essere riassunta come:
“Materiale iniziale otticamente inattivo non può dare
prodotti otticamente attivi." (Ricordare: Affinchè una
sostanza sia otticamente attiva, deve essere chirale e
un enantiomerio deve essere in eccesso rispetto
all’altro.
Esempio
O
H
CH3COOH
CH3CH
CH2
H3C
C
CH2
O
Achirale
Chirale, ma racemico
l’epossidazione da questo
lato dà l’ R epossido
R
l’epossidazione da questo
lato dà l’ R epossido
R
S
l’epossidazione da questo
lato dà l’ S epossido
l’epossidazione da questo
lato dà l’ R epossido
50%
R
50%
S
l’epossidazione da questo
lato dà l’ S epossido
Esempio
Br2, H2O
CH3CH
CH2
CH3CHCH2Br
OH
Chirale, ma racemico
Achirale
Esempio
HBr
CH3CH
CHCH3
CH3CHCH2CH3
Br
Achirale
Chirale, ma racemico
Molte reazioni convertono reagenti
chirali a prodotti chirali.
chirali.
Tuttavia, se i reagenti sono racemici, anche i prodotti
saranno racemici.
Ricorda: “Materiale di partenza otticamente inattivo
non può fornire prodotti otticamente attivi."
Esempio
HBr
CH3CHCH2CH3
OH
Chirale, ma racemico
CH3CHCH2CH3
Br
Chirale, ma racemico
Molte reazioni biochimiche convertono
un reagente achirale a un singolo enantiomero
di un prodotto chirale.
Le reazioni dei sistemi viventi sono caratterizzate
dagli enzimi,i quali sono enantiomericamente
omogenei.
L’enzima (catalizzatore) è parte del sistema di
reazione, e in tal modo le reazioni non violano il
principio secondo il quale "Materiale di partenza
otticamente inattivo non può fornire prodotti
otticamente attivi."
Esempio
H
HO2C
H
C
C
Acido Fumarico
Achirale
HO2C
C
OH
fumarasi
CO2H
H
H2O
HO2CCH2
(S)-(–)-Acido Malico
singolo enantiomero
7.10
Molecole chirali
con
due centri stereogenici
Quanti stereoisomeri ci sono
quando una molecola contiene
due centri stereogenici?
acido 2,32,3-Diidrossibutanoico
O
3
2
CH3CHCHCOH
HO OH
Quali sono tutte le possibili combinazioni R ed S
dei due stereocentri in questa molecola?
acido 2,32,3-Diidrossibutanoico
O
3
2
CH3CHCHCOH
HO OH
Quali sono tutte le possibili combinazioni R ed S
dei due stereocentri in questa molecola?
CarbonioCarbonio-2 R
CarbonioCarbonio-3 R
R
S
S
R
S
S
acido 2,32,3-Diidrossibutanoico
O
3
2
CH3CHCHCOH
HO OH
4 Combinazioni = 4 Stereoisomeri
CarbonioCarbonio-2 R
CarbonioCarbonio-3 R
R
S
S
R
S
S
acido 2,32,3-Diidrossibutanoico
O
3
2
CH3CHCHCOH
HO OH
4 Combinazioni = 4 Stereoisomeri
Quale relazione c’è tra i 4 stereoisomeri?
CarbonioCarbonio-2 R
CarbonioCarbonio-3 R
R
S
S
R
S
S
acido 2,32,3-Diidrossibutanoico
O
3
2
CH3CHCHCOH
HO OH
enantiomeri:
2R,3R
,3R e 2S
2S,3S
,3S
2R,3S
,3S e 2S
2S,3R
,3R
CarbonioCarbonio-2 R
CarbonioCarbonio-3 R
R
S
S
R
S
S
CO2H
[α] = -9.5°
CO2H
[α] = +9.5°
R
S
HO
H
OH
H
enantiomeri
enantiomeri
R
H
OH
HO
H
S
CH3
CH3
CO2H
CO2H
S
R
HO
HO
H
OH
H
H
enantiomeri
enantiomeri
OH
H
R
S
CH3
[α] = +17.8°
[α] = -17.8°
CH3
acido 2,32,3-Diidrossibutanoico
O
3
2
CH3CHCHCOH
HO OH
ma non tutte le relazioni sono enantiomeriche
gli stereoisomeri che non sono enantiomeri
sono diastereoisomeri
CarbonioS
S
Carbonio-2 R R
CarbonioS
R
S
Carbonio-3 R
Isomeri
isomeri
constituzionali
stereoisomeri
enantiomeri
CO2H
[α] = -9.5°
diastereomeri
CO2H
[α] = +9.5°
S
R
HO
H
OH
H
enantiomeri
enantiomeri
H
OH
HO
H
S
R
CH3
CH3
diastereomeri
diastereomeri
CO2H
CO2H
S
R
HO
HO
H
OH
H
H
enantiomeri
enantiomeri
OH
H
R
S
CH3
[α] = +17.8°
[α] = -17.8°
CH3
Proiezioni di Fischer
ricordiamo le proiezioni
di Fischer: i legami
orizzontali puntano
verso di noi; i legami
verticali puntano sotto il
piano
le conformazioni sfalsate
non hanno la corretta
orientazione dei legami
per le proiezioni di
Fischer
CO2H
CH3
Proiezioni di Fischer
sistemiamo la
molecola in una
conformazione
eclissata per
costruire la
proiezione di
Fischer
Proiezioni di Fischer
CO2H
H
OH
H
OH
CH3
Eritro e Treo
prefissi stereochimici utilizzati per definire la
configurazione relativa in molecole con due
centri stereogenici
è facile da usare applicando le proiezioni di
Fischer
orientazione: catena di carbonio verticale
Eritro
quando la catena carboniosa è verticale, gli stessi
(o analoghi) sostituenti sono dallo stesso lato
della proiezione di Fischer
CO2H
CO2H
H
OH
HO
H
H
OH
HO
H
–9.5°
CH3
CH3
+9.5°
Treo
quando la catena carboniosa è verticale, gli stessi
(o analoghi) sostituenti sono dal lato opposto
della proiezione di Fischer
CO2H
H
OH
HO
+17.8°
H
CH3
CO2H
HO
H
OH
H
CH3
–17.8°
Due centri stereogenici in un ciclo
R
R
S
S
transtrans-1-BromoBromo-1-clorociclopropano
immagini speculari non sovrapponibili; enantiomeri
Due centri stereogenici in un ciclo
S
R
S
R
ciscis-1-BromoBromo-1-clorociclopropano
immagini speculari non sovrapponibili; enantiomeri
Due centri stereogenici in un ciclo
S
R
ciscis-1-BromoBromo-1-cloroclorociclopropane
S
R
transtrans-1-BromoBromo-1-cloroclorociclopropano
stereoisomeri che non sono
enantiomeri; diastereomeri
7.11
Molecole achirali
con due centri stereogenici
E’ possibile per una molecola
avere centri stereogenici ed
essere achirale.
2,32,3-Butandiolo
2
3
CH3CHCHCH3
HO OH
Consideriamo una molecola con due
centri stereogenici sostituiti in maniera
analoga, come il 2,32,3-butandiolo.
I tre stereoisomeri del 2,32,3-butandiolo
2R,3R
,3R
2S,3S
,3S
2R,3S
,3S
chirale
chirale
achirale
I tre stereoisomeri del 2,32,3-butandiolo
CH3
HO
H
OH
H
CH3
CH3
H
HO
OH
H
OH
H
H
OH
CH3
CH3
CH3
2R,3R
,3R
2S,3S
,3S
2R,3S
,3S
chirale
chirale
achirale
I tre stereoisomeri del 2,32,3-butandiolo
questi due sono
enantiomeri
2R,3R
,3R
2S,3S
,3S
chirale
chirale
I tre stereoisomeri del 2,32,3-butandiolo
CH3
HO
CH3
H
OH
H
OH
H
HO
H
CH3
CH3
2R,3R
,3R
2S,3S
,3S
chirale
chirale
questi due sono
enantiomeri
I tre stereoisomeri del 2,32,3-butandiolo
la terza struttura è
sovraimponibile alla sua
immagine speculare
2R,3S
,3S
achirale
I tre stereoisomeri del 2,32,3-butandiolo
perciò questa struttura
e la sua immagine
speculare soo uguali
si chiama forma meso
una forma meso è una
molecola achirale che
ha centri stereogenici
2R,3S
,3S
achirale
I tre stereoisomeri del 2,32,3-butandiolo
CH3
HO
perciò questa struttura
e la sua immagine
H speculare soo uguali H
HO
H si chiama forma meso H
CH3
una forma meso è una
molecola achirale che
ha centri stereogenici
CH3
OH
OH
CH3
2R,3S
,3S
achirale
I tre stereoisomeri del 2,32,3-butandiolo
le forme meso hanno un piano
e/o un centro di simmetria
il piano di simmetria è il caso
più comune
la metà superiore della
molecola è l’imagine
speculare della metà inferiore
2R,3S
,3S
achirale
I tre stereoisomeri del 2,32,3-butandiolo
CH3
HO
H
HO
H
CH3
Una linea
tirata dal
centro della
proiezione
di Fischer
di una forma
meso la
divide in due
immagini
speculari.
CH3
H
OH
H
OH
CH3
2R,3S
,3S
achirale
Composti ciclici
chirale
meso
S
R
R
R
Ci sono tre stereoisomeri dell’ 1,21,2-diclorodiclorociclopropano; un isomero cis achirale (meso)
e due enantiomeri dell’isomero trans.
7.12
Molecole
con
più centri stereogenici
Quanti stereoisomeri hanno
le molecole con più centri stereogenici?
Il massimo numero di stereoisomeri è = 2 n
dove n = numero di unità strutturali capaci
di variazione stereochimica
le unità strutturali includono centri
stereogenici e doppi legami cis e/o trans
il numero si riduce a meno di 2n se
esistono forme meso
Esempio
O
HOCH2CH—CH—CH—CHCH
OH OH OH
OH
4 centri stereogenici
16 stereoisomeri
Acido Colico
HO H
CH3
H
H
CH2CH2CO2H
H
H3C
HO
CH3
H
OH
11 centri stereogenici
211 = 2048 stereoisomeri
uno è l’acido colico “naturale”
un altro è il suo enantiomero
2046 sono i suoi
diastereoisomeri
Quanti stereoisomeri hanno
le molecole con più centri stereogenici?
Il massimo numero di stereoisomeri è = 2 n
dove n = numero di unità strutturali capaci
di variazione stereochimica
le unità strutturali includono centri
stereogenici e doppi legami cis e/o trans
il numero si riduce a meno di 2n se
esistono forme meso
Quanti stereoisomeri?
3-PentenPenten-2-olo
R
E
E
HO H
Z
R
HO
S
H
Z
H
OH
S
H
OH