20.3.2020
1
Ústav chemických léčiv, Farmaceutická fakulta VFU,
Palackého 1/3, 642 12 Brno
Doc. Ing. Pavel Bobáľ, CSc.
Organická chemie
8. Stereochemie
2
8. Stereochemie
Organická chemie
2
Základy stereochemie
Tetraedrický atom uhlíku a enantiomery
X
H
H
H
X
H
H
Y
X
H
Z
Y
X
H
H
H
X
H
H
Y
X
H
Z
Y
zrcadlo
3
8. Stereochemie
Organická chemie
3
Základy stereochemie
Tetraedrický atom uhlíku a enantiomery
H
(S)
H3C
HO COOH
zrcadlo
H
(R)
CH3
OHHOOC
(+)-mléčná
kyselina
(-)-mléčná
kyselina
4
8. Stereochemie
Organická chemie
4
Základy stereochemie
Tetraedrický atom uhlíku a enantiomery
H
(R)
CH3
HO
HOOC
H
(S)
COOH
HO
H3C
OH
(R)
COOH
H
H3C
H
(S)
COOH
HO
H3C
20.3.2020
2
5
8. Stereochemie
Organická chemie
5
Základy stereochemie - Chiralita
Enantiomery – molekuly, které nejsou identické
se svými zrcadlovými obrazy - zvláštní druh
prostorových isomerů (stereoisomerů)
enantio = opačný
Molekuly, které nejsou identické se svými
zrcadlovými obrazy, se označují jako chirální
(cheir = dlaň), existují ve dvou enantiomerních
formách
Stereogenní centrum (centrum chirality)
Chirální molekuly nemají rovinu symetrie
Racemická směs – poměr enantiomerů 50 : 50
Racemická směs = racemát
CH3
COOH
H H
CH3
(S)
COOH
H OH
6
8. Stereochemie
Organická chemie
6
Základy stereochemie - Chiralita
CH3H
CH3H
CH3H
má rovinu symetrie
CH3H
O
(R)
CH3H
O
(S)
CH3H
O
nemá rovinu symetrie
7
8. Stereochemie
Organická chemie
7
Základy stereochemie - Chiralita
BrH

BrH
BrH

BrH
achirální
achirální chirální
chirální
8
8. Stereochemie
Organická chemie
Jean Baptiste Biot – základy stereochemie – vlastnosti rovinně polarizovaného
světla
- opticky aktivní látka
- levotočivá – (-)
- pravotočivá – (+)
8
Základy stereochemie – Optická aktivita
20.3.2020
3
9
8. Stereochemie
Organická chemie
Polarimetr
9
Základy stereochemie – Optická aktivita
10
8. Stereochemie
Organická chemie
Polarimetrie je fyzikální metoda, která využívá schopnost některých
sloučnin stáčet rovinu polarizovaného záření,
- látky se schopností stáčet rovinu polarizovaného záření nazýváme sloučeninami
opticky aktivními,
Specifická optická otáčivost (specifická rotace) – za standardních podmínek
- otáčivost při délce kyvety 1 dm, koncentraci 1 g.ml-1 a vlnové délce 589 nm
(sodíková čára D – žluté světlo sodíkové lampy
α - pozorovaný úhel otočení v °,
I - délka kyvety v dm,
c - koncentrace v g.ml-1,
10
Základy stereochemie – Optická aktivita
 
lc
D
.
25 
 
11
8. Stereochemie
Organická chemie
11
Základy stereochemie – L. Pasteur – objev enantiomerů
- přírodní kyselina vinná – L-forma – (R,R)-(+)-forma
- Louis Pasteur 1849 – rozdělil racemickou směs Na, NH4 soli k. vinné
(R)
COOH
COOH
(R)
HO
HO
(S)
HOOC
HOOC
(S)
OH
OH
12
8. Stereochemie
Organická chemie
12
Základy stereochemie
Pravidla posloupnosti a označování konfigurace
Cahnova-Ingoldova-Prelogova pravidla posloupnosti (sekvenční pravidla)
1. Atomům připojeným přímo k stereogennímu centru přiradíme prioritu v pořadí
klesajících protonových čísel (atom s nejvyšším protonovým číslem jako první
a s nejnižším jako čtvrtý).
2. V případě nemožnosti rozhodnout podle pravidla 1, porovnáme protonová čísla
druhých atomů v každém substituentu, případně třetí, čtvrté, atd.
3. Atomy vázané násobnými vazbami jsou ekvivalentní stejnému počtu atomů
připojených jednoduchou vazbou.
20.3.2020
4
13
8. Stereochemie
Organická chemie
13
Základy stereochemie
Pravidla posloupnosti a označování konfigurace
Cahnova-Ingoldova-Prelogova pravidla posloupnosti (sekvenční pravidla)
C
1
2
3
4 pozorovatel C
4
1 2
3
konfigurace R
C
2
3
4 pozorovatel C
4
12
3
konfigurace S
1
Rectus (pravý)
Sinister (levý)
14
8. Stereochemie
Organická chemie
14
Základy stereochemie
Pravidla posloupnosti a označování konfigurace
H
HOH2C
HO CHO
C
CHO
OH
HOH2C H
1
23
(S)-glyceraldehyd
H
H3C
H2N COOH
C
COOH
NH2
H3C H
1
23
(S)-alanin
Cahnova-Ingoldova-Prelogova pravidla posloupnosti (sekvenční pravidla)
Absolutní konfigurace
Příklady:
15
8. Stereochemie
Organická chemie
15
Základy stereochemie – Diastereisomery
(R)
(R)
COOH
CH3
H
H OH
NH2
(S)
(S)
COOH
CH3
H
HHO
H2N
zrcadlo
(R)
(S)
COOH
CH3
H
HO H
NH2
(S)
(R)
COOH
CH3
H2N
H OH
H
zrcadlo
enantiomery enantiomery
diastereoisomery
16
8. Stereochemie
Organická chemie
16
Základy stereochemie – meso - sloučeniny
enantiomery identické
meso - sloučeniny
(R)
(R)
COOH
COOH
H
HO H
OH
(S)
(S)
COOH
COOH
H
OHH
HO
zrcadlo
(R)
(S)
COOH
COOH
OH
OHH
H
(S)
(R)
COOH
COOH
HO
HO H
H
zrcadlo
meso – sloučeniny – mají rovinu symetrie
20.3.2020
5
17
8. Stereochemie
Organická chemie
n – počet stereogenních center 2n = počet stereoisomerů
17
Molekuly s více než dvěma stereogenními centry
(R)
N
(R)
(S)
S
O
H
H
N
O
HH
O
COOH
penicilin V
(S) CH3
H COOH
(S)-ibuprofen
2 stereoisomery 8 stereoisomerů
18
8. Stereochemie
Organická chemie
Enantiomery – stejné fyzikální a chemické vlastnosti
Diastereoisomery – odlišné fyzikální a chemické vlastnosti
Některé vlastnosti stereoisomerů kyseliny vinné
18
Fyzikální vlastnosti stereoisomerů
Stereoisomer
T.t.
(°C)
[α]D
(°)
ρ
(g.cm-3)
Rozpustnost
(g/100 ml)
(+) 168-170 + 12 1,7598 139,0
(-) 168-170 - 12 1,7598 139,0
meso 146-148 0 1,6660 125,0
19
8. Stereochemie
Organická chemie
Vynechat
19
Racemáty a jejich dělení
20
8. Stereochemie
Organická chemie
20
Stručný přehled isomerie
isomery
konštituční
isomery stereoisomery
enantiomery diastereoisomery
konfigurační
diastereoisomery
cis-trans
diastereoisomery
20.3.2020
6
21
8. Stereochemie
Organická chemie
21
Stručný přehled isomerie
COOH
(R)
OHH3C
H
COOH
(S)
HO CH3
H
(R)
(R)
COOH
CH3
H
H OH
NH2
(R)
(S)
COOH
CH3
H
HO H
NH2
H
HH3C
CH3 H
CH3H3C
H
HH3C
CH3H
CH3H3C
HH
22
8. Stereochemie
Organická chemie
22
Sterický průběh reakcí: adice HBr na alkeny

Br
HBr
ether
Br
HH3CH2C
CH3


Br
HH3CH2C
CH3


HH3CH2C
CH3
HH3CH2C
CH3
Br
Br
(S)-2-brombutan
(R)-2-brombutan
H3CH2C C
CH3
H
Br
-
Br
TS
1
TS 2
zrcadlo
23
8. Stereochemie
Organická chemie
23
Sterický průběh reakcí: adice Br2 na alkeny
CH3H3C
HH
CH3H3C
HH
Br
Br
a
b
cesta a
cesta b
Br
Br CH3
H
H
H3C
Br
BrH3C
H
H
CH3
(2S,3S)-2,3-dibrombutan
(2R,3R)-2,3-dibrombutan
bromoniový ion
Br2
zrcadlo
HH3C
CH3H
HH3C
CH3H
Br
Br
a
b
cesta a
cesta b
Br
Br H
H
CH3
H3C
Br
BrH3C
CH3
H
H
(2S,3R)-2,3-dibrombutan
(meso)
(2R,3S)-2,3-dibrombutan
(meso)
bromoniový ion
Br2
zrcadlo
24
8. Stereochemie
Organická chemie
24
Sterický průběh reakcí: adice Br2 na alkeny
CH3H
Br Br
CH3H
Br
+
Br
-
CH3Br
BrH
BrH
CH3Br
+
20.3.2020
7
25
8. Stereochemie
Organická chemie
25
Sterický průběh reakcí: adice HBr na chirální alkeny

H CH3
+ HBr  
CH3 Br
(R)-4-methylhex-1-en 2-brom-4-methylhexan
H3C H
H
HH
H Br
C
H3C H
H
CH3
Br
-
Br
H3C
H
CH3
Br H
H3C H
CH3
H Br
(2S,4R)-2-brom-4-methylhexan
(2R,4R)-2-brom-4-methylhexan
26
8. Stereochemie
Organická chemie
26
Neuhlíkové atomy jako stereogenní centra
N
CH3
H
CH2CH3N
H3C
H
H3CH2C
zrcadlo
P
(R)
CH2CH2CH3H3C
O
S S
CH2CH2CH3O
27
8. Stereochemie
Organická chemie
27
Význam chirality
- enantiomery v racemické směsi – stejné fyzikální a chemické vlastnosti
- jednotlivé enantiomery – rozdílné biologické funkce
Thalidomid (Contergan®) – sedativum a hypnotikum
28
8. Stereochemie
Organická chemie
28
Význam chirality
(R)- (S)limonen
pomeranče citrony
karvon máta kmín
(S)-propranolol – β-adrenoreceptor antagonist – 40 -100 účinnější než (R)-propranolol
(R)H (S) H
(R) H
O
(S)H
O
20.3.2020
8
29
8. Stereochemie
Organická chemie
29
Význam chirality
chirální biologické receptory
30
8. Stereochemie
Organická chemie
prochirální molekula chirální molekula
30
Prochiralita
1 krok
H3C
C
CH2CH3
O
1
2
3
strana Re (ve směru pohybu hodinových ručiček)
strana Si (proti směru pohybu hodinových ručiček)
H
C(S)
OHH3C
CH2CH3
H
C(R)
OHH3C
CH2CH3
(S)-butan-2-ol
(R)-butan-2-ol
31
8. Stereochemie
Organická chemie
prochirální molekula chirální molekula
31
Prochiralita
1 krok
C
C COOH
HOOC
H
H
1
2
3
Si
Re
C
OH
HOOC
CH2COOH
H
32
8. Stereochemie
Organická chemie
32
Příklady
HO
H NH2
H H2N
OH
COOHH H
H
Cl
OH
H
H
Cl
Br
R S R R S
S S S S R