ISOMERIA ISOMERIA e STEREOISOMERIA 1 ISOMERIA COSTITUZIONALE e STEREOISOMERIA ISOMERI composti che hanno la stessa formula molecolare, ma che differiscono in , termini di struttura. ISOMERI COSTITUZIONALI differiscono per il modo in cui gli atomi sono legati tra loro atomi sono legati tra loro. ISOMERI CONFORMAZIONALI molecole interconvertibili per rotazione intorno a uno o più legami singoli STEREOISOMERI presentano la stessa connettività tra gli atomi ma differiscono tra loro per gli atomi, ma differiscono tra loro per il modo in cui i legami tra gli atomi sono orientati nello spazio. ISOMERI CONFIGURAZIONALI molecole non interconvertibili per semplice rotazione intorno a legami singoli 2 ISOMERIA COSTITUZIONALE e STEREOISOMERIA ISOMERI COSTITUZIONALI C7H16O ISOMERI CONFORMAZIONALI 3 ISOMERIA COSTITUZIONALE e STEREOISOMERIA ISOMERI CONFIGURAZIONALI molecole non interconvertibili per molecole non interconvertibili per semplice rotazione intorno a legami singoli ENANTIOMERI stereoisomeri che sono immagini t i i h i i i speculari non sovrapponibili. DIASTEREOISOMERI stereoisomeri non sovrapponibili ma stereoisomeri non sovrapponibili ma che non sono immagini speculari. 4 STEREOISOMERIA:: ISOMERIA CONFIGURAZIONALE STEREOISOMERIA ENANTIOMERI DIASTEREOISOMERI 5 STRUTTURE TRIDIMENSIONALI OH H Et Me OH H Et Me 6 CHIRALITÀ Le molecole che non sono sovrapponibili l l h bl alla loro immagine speculare sono dette chirali. chirale: dal greco cheir = mano Una molecola che manca di chiralità viene detta achirale. 7 CHIRALITÀ: elementi di simmetria CHIRALITÀ: Piano e asse di simmetria d PIANO DI SIMMETRIA: è il piano ideale che divide la molecola in due parti specularmente p identiche. ASSE DI SIMMETRIA: è l’asse ideale attorno al quale è possibile far ruotare la molecola di un determinato numero di gradi, in modo tale che tutte posizioni occupate dai vari elementi della molecola l l prima i d ll rotazione della t i siano i occupati, dopo la rotazione, da elementi uguali. 8 Come stabilire se una molecola è chirale? Verificare la sovrapponibilità o meno alla sua immagine speculare. Verificare la presenza del piano di simmetria. Nel caso sia presente, la molecola è achirale. 9 CENTRO di CHIRALITÀ e CENTRO STEREOGENICO Centro di chiralità (elemento stereogenico) Un atomo ibridato sp3 (tetraedrico) a cui sono legati quattro atomi o gruppi di atomi diversi tra loro viene chiamato CENTRO di CHIRALITÀ . Il centro chirale rappresenta un caso particolare di centro stereogenico. 10 NOMENCLATURA DEGLI ENANTIOMERI IL SISTEMA (R IL SISTEMA (R,S): Convenzione di Cahn, Ingold e Prelog La distribuzione spaziale degli atomi che caratterizza un dato La distribuzione spaziale degli atomi che caratterizza un dato stereoisomero si chiama configurazione. La distribuzione spaziale degli atomi intorno a uno stereocentro è p g specificata usando una serie di regole di priorità. S (sinister) movimento antiorario movimento antiorario R (rectus) movimento orario movimento orario 11 NOMENCLATURA DEGLI ENANTIOMERI REGOLE DI PRIORITÀ À 1. La priorità è basata sul p numero atomico: q quanto più il numero p atomico è alto, tanto maggiore è la priorità. Il numero atomico di un elemento è il numero dei protoni nel nucleo. ‐H, ‐CH3, NH2, OH, ‐SH, ‐Cl, ‐Br, ‐I priorità crescente 3 1 R senso orario i 2 12 NOMENCLATURA DEGLI ENANTIOMERI REGOLE DI PRIORITÀ À 2. Se la priorità non può essere assegnata sulla base del numero atomico degli atomi direttamente legati allo centro chirale, si guarda alla serie successiva di atomi e si continua in questo modo fino a quando non si riesce ad assegnare un ordine di priorità. q g p ‐CH2‐H, ‐CH2‐CH3, ‐CH2‐NH2, ‐CH2‐OH, ‐CH2‐Cl priorità crescente priorità crescente 3 CH3 R CH2OH 1 CH2CH3 H senso orario senso orario 2 13 NOMENCLATURA DEGLI ENANTIOMERI REGOLE DI PRIORITÀ À 3. Gli atomi che fanno parte di un doppio o triplo legame sono considerati come legati a un numero equivalente di legami semplici, sempre riferiti allo stesso atomo. 3 2 S senso antiorario 1 14 NOMENCLATURA DEGLI ENANTIOMERI ALCUNI ESEMPI 15 PROIEZIONI DI FISCHER Significato (S) 2 b t (S)‐2‐butanolo l • Rappresentazione planare di Rappresentazione planare di una molecola tridimensionale. •Il centro di chiralità si trova l d h l à nell’intersezione delle 4 linee formula tridimensionale •Le linee orizzontali sono rivolte verso l’osservatore •Le linee verticali si allontanano dall’osservatore proiezione di Fischer 16 PROIEZIONI DI FISCHER R l Regole per manipolare le proiezioni di Fischer i l l i i i di Fi h Non ruotare la molecola di 90° sul piano del foglio. Tale rotazione genera una struttura enantiomerica Tale rotazione genera una struttura enantiomerica CH3 H OH CH2CH3 (S)‐2‐butanolo H OH (R)‐2‐butanolo H3CH2C CH3 17 PROIEZIONI DI FISCHER R l Regole per manipolare le proiezioni di Fischer i l l i i i di Fi h Non ruotare la molecola di 180° staccandola dal piano del foglio. Tale rotazione genera una struttura enantiomerica Tale rotazione genera una struttura enantiomerica ( ) b (S)‐2‐butanolo l CH3 H OH CH2CH3 conversione nella rappresentazione i tridimensionale CH3 HO H CH2CH3 (R)‐2‐butanolo 18 PROIEZIONI DI FISCHER R l Regole per manipolare le proiezioni di Fischer i l l i i i di Fi h La rotazione di 180° sul piano del foglio è l’unica consentita. (S)‐2‐butanolo CH3 H OH CH2CH3 conversione nella rappresentazione tridimensionale CH2CH3 HO H CH3 (S)‐2‐butanolo HO H H3C CH2CH3 19 PROPRIETÀ DEGLI ENANTIOMERI Stessi punti di ebollizione , punti di fusione, densità, indice di rifrazione , solubilità in solventi achirali ecc. Differenti direzioni di rotazione della luce polarizzata Differenti interazioni con le molecole chirali (enzimi, recettori) 20 ATTIVITÀ OTTICA L’attività ottica è definita come la capacità di far ruotare il piano di polarizzazione di un fascio di luce linearmente polarizzata. L’attività ottica di una sostanza può essere misurata dal polarimetro. Ogni membro di una coppia di enantiomeri ruota il piano della luce polarizzata. Per questa ragione si dice che gli enantiomeri sono l i t P t i i di h li ti i otticamente attivi. Una miscela racemica, pur contenendo composti chirali, è priva di attività ottica. 21 POTERE ROTATORIO SPECIFICO angolo di rotazione misurato l di t i i t cammino ottico(dm) concentrazione del campione (g/mL) H OH H3CH2C CH3 (R)‐2‐butanolo α25 13 52° D = − 13,52 (S)‐2‐butanolo α25 13 52° D = + 13,52 22 MOLECOLE con DUE o PIÙ CENTRI di CHIRALITÀ L’eccesso enantiomerico (sinonimo di purezza ottica) è l’eccesso di un enantiomero rispetto alla miscela R,S in una miscela R,S. un enantiomero rispetto alla miscela R,S in una miscela R,S. Orchin, M et al. “The Vocabulary of Organic Chemistry” John Wiley & Sons 1980 John Wiley & Sons, 1980 ee = % di un enantiomero‐ % dell’altro enantiomero 23 MOLECOLE CON PIÙ DI UN CENTRO CHIRALE Per una molecola che contiene n centri chirali, il numero massimo di possibili stereoisomeri è 2n 2 centri chirali : 22 = 4 stereoisomeri Composti con più centri chirali possono essere achirali (composti meso) Viene detto composto meso un diastereoisomero non planare che è otticamente non attivo a causa non planare che è otticamente non attivo a causa della presenza di un elemento di simmetria in una delle sue possibili conformazioni. HO COOH HO COOH 24 MOLECOLE CON PIÙ DI UN CENTRO CHIRALE Per una molecola che contiene 2 centri chirali, il numero massimo di possibili stereoisomeri è 22 2 centri chirali : 22 = 4 stereoisomeri 25 MOLECOLE CON PIÙ DI UN CENTRO CHIRALE 26