NOTIUNI DE STEREOCHIMIEASEZAREA SPATIALA A ATOMILOR IN MOLECULACONFIGURATIA SI CONFORMATIA

CONFIGURATIA SI CONFORMATIA

Stereochimia nseamn cunoaterea aranjrii spaiale a atomilor n moleculele compuilor organici i a proprietilor, fizice i chimice, care se datoreaz acestei aranjri spaiale.Din punct de vedere geometric moleculele sunt obiecte tridimensionale cu o form proprie, determinat de tipul atomilor, modul de formare a legturilor chimice i natura acestor legturi. Atomii din compuii organici pot forma legturi chimice covalente fie n stare hibridizat (C, O, N, S, P, etc.) fie nehibridizat (H, halogenii, O). Hibridizarea atomului de carbon care constituie scheletul unei molecule organice este cea mai important pentru stereochimia compuilor organici; hibridizare sp3, sp2 sau sp. n fiecare caz, geometria orbitalilor hibridizai i, ca urmare i a legturilor formate, este specific:

Figura 1 Aranjarea spaial a legturilor atomului de carbon; 1a: tetraedric, hibridizare sp3; 1b: trigonal plan (triunghi echilateral), hibridizare sp2; 1c: liniar, hibridizare sp.

CONFIGURATIA SI CONFORMATIA

Configuraia reprezint aezarea spaial a atomilor ntr-o molecul, n raport cu un element de structur rigid (punct, ax, plan) fr a lua n considerare diversele aranjri spaiale care pot proveni prin torsiunea n jurul unor legturi simple de tip s (de obicei legturi C C). Conformaia, care reprezint aezrile spaiale ale atomilor n molecul care rezult ca urmarea a rotaiei (torsiunii) libere n jurul unei legturi simple de tip s ( C C; C O; C N; N N, N O, etc.).

Pentru o molecul simpl cu un atom de carbon, cum este cea de metan, CH4, cu atomul de C hibridizat sp3 este posibil o singur aranjare n spaiu a celor cinci atomi; pentru molecula de metan de mai sus este posibil numai o singur conformaie; n cazul etanului torsiunea n jurul legturii C C poate duce la mai multe aezri spaiale diferite, care nu sunt superpozabile prin micri de translaie sau de rotaie ale ntregii molecule; ca urmare n acest caz sunt posibile mai multe aezri spaiale diferite i care reprezint conformaii diferite; conformaia notat cu e este eclipsat i cea notat cu i este intercalat;

CONFIGURATIA SI CONFORMATIA

Cele dou conformaii reprezentate, intercalat (i) i eclipsat (e) sunt doar dou conformaii limit ale etanului; torsiune n jurul legturii C C se poate face cu orice valoare a unghiului ntre 0 i 3600 astfel c sunt posibile o infinitate de conformaii, dar care corespund unei singure configuraii posibile pentru etan; Conformaiile intercalat i eclipsat sunt considerate limit pentru c ele corespund unei energii poteniale minime (pentru cea intercalat) i respectiv maxime pentru cea eclipsat. Celelalte conformaii au energii poteniale cuprinse ntre aceste limite. Reprezentarea configuraiei i conformaiei1. Modele mecanice:

Formule perspectivice sunt reprezentri ntr-un plan, utiliznd legile perspectivei, pentru configuraii i conformaii:

Reprezentarea configuraiei i conformaiei

Conformaiile moleculei de n-butan n reprezentare perspectivic de tip capr; a: reprezentare cu grupele CH3, explicite; b, c, d i e reprezentri schematice pentru unghiurile de torsiune de 00(eclipsat), 600(intercalat), 1200(eclipsat) i 1800(intercalat). n continuare pn la 3600, conformaiile se repet datorit simetriei moleculei.

a b c d ePentru compuii cu atomi de carbon hibridizai sp2 reprezentarea geometriei plane trigonale a acestor atomi de carbon se poate face perspectivic:

Pentru compuii ciclici cu atomi de carbon sp3 , reprezentrile perspectivice prin formulele de tip Haworth:

Reprezentarea configuraiei i conformaieiFormule proiectiveFormulele proiective rezult prin proiecia moleculelor tridimensionale ntr-un plan de reprezentare. Pentru a fi nelese i reproduse corect trebuie respectate conveniile folosite pentru efectuarea proieciei n plan.Pentru reprezentarea configuraiilor cele mai utilizate sunt formulele de proiecie obinute conform conveniei propuse de Emil Fischer.

Ca exemple de aplicare a conveniei vor fi prezentate dou cazuri de compui naturali cu o caten de trei i respectiv patru atomi de carbon, cu urmtorele formule de constituie

aldehida gliceric tetrozaFormula perspectivic pentru una dintre configuraiile posibile ale glicerinaldehidei i proiectarea ei n plan conform conveniei Fischer

Reprezentarea configuraiei i conformaieiFormule proiectivePentru una dintre cele patru configuraii posibile ale tetrozei, obinerea fomulei de proicie Fischer:

Reprezentarea proiectiv a conformaiilor se face prin formule de tip Newman :

n cazul butanului pentru torsiunea n jurul legturii C2 C3, conformaiile perspectivice vor duce la urmtoarele formule proiective:

Reprezentarea Newman a ciclohexanului (proiecia legturilor C2-C3 i C6-C5) pentru conformaia total intercalat scaun (a i b) i cea parial eclipsat baie sau van (c i d).

IZOMERIA STERICADefinitia si clasificarea izomerieiIzomerii sunt compusi care au aceeasi formula moleculara dar care difera prin constitutie, configuratie sau conformatie; izomerii sunt substante cu proprietati fizice si chimice diferite;Izomerii de constitutie au aceeasi formula moleculara dar difera prin modul de legare al atomilor din molecula (constitutie sau conectivitatea atomilor din molecula;Izomerii de configuratie sau conformatie difera prin asezarea spatiala a atomilor din molecula;IZOMERI(compui cu proprietati diferite, cu aceeai formul molecular) Izomeri de constituie Izomeri sterici(difer prin modul de legare al atomilor (difer prin modul de aranjare n n molecul conectivitate) spaiu a atomilor ) Izomeri de configuraie Izomeri de conformaie (difer prin configuraie) (difer prin conformaie: unghiul de torsiune n jurul legaturilor s) Enantiomeri (izomeri optici) Diastereoizomeri(difer prin aezarea spaial a atomilor fa (difer prin distana n spaiu dintre de un centru, ax sau plan de chiralitate) atomii sau grupele care nu sunt legate direct) Diastereoizomeri optici Diastereoizomeri cis-trans(prezint mai multe elemente de (difer prin distana n spaiu a atomilor sau chiralitate n molecul) grupelor fa de un element de structur rigid ax sau plan)

IZOMERIA DE CONFIGURATIEIzomeria optica (enantiomeria)Izomeria de configuraie apare atunci cnd compuii au aceeai constituie dar pot avea aranjri spaiale (configuraii) diferite. n funcie de diferenele de configuraie care pot s apar ntre izomeri exista diferite tipuri de izomerie de configuratie.Izomeria optic apare atunci cnd moleculele nu prezint elemente de simetrie nalte; prezena unor astfel de elemente de simetrie determin existena a numai unei singure configuraii posibile pentru o anumit constituie; absena unor astfel de elemente de simetrie face posibil apariia mai multor configuraii diferite.

Formule perspectivice ale diclorometanului rezultate prin rotirea n jurul legturii C H cu cte 600; formulele care rezult reprezint molecule indentice; formulele a i d sunt inverse, adic una este imaginea n oglind a celeilalte dar se pot suprapune prin micri de rotaie i translaie, adic sunt imagini de oglindire superpozabile ceea ce nseamn c sunt identice.Litere majuscule bidimensionale care sunt imagini de oglinire superpozabile (A i O) i nesuperpozabile (C i B).

Cele dou mini, dreapta i stnga, care puse fa n fa sunt imagini de oglindire. Ele nu sunt ns superpozabile, pentru c la ncercarea de suprapunere a lor printr-o micare de translaie ele nu se suprapun, ceea ce nseamn c sunt obiecte tridimensionale diferite Obiectele tridimensionale care nu se suprapun cu imaginea lor de oglindire sunt denumite obiecte chirale i care prezint proprietatea denumit chiralitate.

IZOMERIA DE CONFIGURATIEIzomeria optica (enantiomeria)Moleculele, care sunt i ele obiecte tridimensionale, pot s existe de asemenea ca imagini de oglindire superpozabile sau nesuperpozabile; cele care sunt imagini de oglindire nesuperpozabile prezint chiralitate, sunt chirale i ca urmare apar n dou configuraii diferite care reprezint doi izomeri de configuraie (obiectul si imaginea lui de oglindire); astfel de izomeri de configuraie sunt denumii enantiomeri sau izomeri optici.condiia pentru ca s apar enantiomeria (izomeria optic) este ca o molecul s prezinte chiralitate, ceea ce nseamn ca s nu fie superpozabil cu imaginea ei de oglindire. Sunt cteva cazuri n care structura i geometria unei molecule permit apariia chiralitii: Cel mai frecvent este cazul unor molecule care au un atom hibridizat sp3 de care sunt legai patru substitueini diferii. Cnd acest atom este carbonul (cum este n majoritatea compuilor organici) atunci acest atom este denumit atom de carbon asimetric i este notat ntr-o molecul cu simbolul: C*. Compuii care au un astfel de atom prezint chiralitate central. Cele dou imagini de oglindire nesuperpozabile (a i b), care sunt cei doi izomeri optici (enantiomeri) ai compusului C*HClBrF; c i d sunt formule rezultate prin rotirea n jurul legturii C H din izomerul b.

a b c d

IZOMERIA DE CONFIGURATIEIzomeria optica (enantiomeria) Enantiomeria rezultat prin prezena unui atom de carbon asimetric (centrul de chiralitate) apare frecvent la o serie de compui naturali; pentru glicerinaldehida si acidul lactic exist in molecula un atom de carbon cu patru substitueni diferii, asimetric, care duce la apariia chiralitii centrale: formulele lor perspectivice i proiective Fischer:

Un alt caz n care apare enantiomeria, dar fr prezena n molecul a unui atom de carbon asimetric este cel determinat de chiralitatea axial; sunt mai multe tipuri de astfel de molecule:compui care au dou duble legturi cumulate, alenele, n care sunt doi atomi de carbon hibridizai sp2 i atomul central, hibridizat sp; dac cei doi substituieni de la fiecare atom de carbon sp2 sunt diferii, sunt posibile dou configuraii care sunt imagini de oglindire nesuperpozabile i care reprezint enantiomeri:

IZOMERIA DE CONFIGURATIEIzomeria optica (enantiomeria)

compui care au un ciclu i o dubl legtur exociclic (cumulat cu ciclul) care se numesc alchilidencicloalcani. cu dou cicluri care au un atomi de carbon comun, spirani, compui cu dou nuclee benzenice unite printr-o legtur simpl, compuii bifenilici; dac exist doi substitueni voluminoi diferii legai n fiecare dintre poziiile orto (poziiile 2,2,6,6) ale nucleelor benzenice, atunci rotaia n jurul legturii simple este mpiedicat, planurile celor dou nuclee sunt perpendiculare, Cele dou conformaii (cu t=00 i t=900) devin configuraii i fiind imagini de oglindire nesuperpozabile, care nu mai sunt n echilibru, apar doi enantiomeri. Acest tip de izomerie steric este denumit izomerie atropic sau atropizomerie Configuraii care sunt imagini de oglindire nesuperpozabile i care prezint enantiomeri fr ca sa aib atomi de carbon asimetric pot s mai apar i atunci cnd n molecul poate fi gsit un plan fa care apar diferene n poziia n spaiu a unor substitueni (chiralitate planar) sau n cazul n care o succesiune de atomi care formeaz un lan se gsesc aezai pe spirele unei elice (chiralitate elicoidal):

IZOMERIA DE CONFIGURATIEIzomeria optica (enantiomeria); proprietatile enantiomerilorCei doi izomeri care apar atunci cnd o molecul prezint chiralitate au aceeai constituie; cei doi enantiomeri au practic aceleai proprieti fizice i chimice i se obin n proporie egal prin metodele de sintez obinuite. Diferenierea dintre cei doi enantiomeri se poate face doar prin interaciunea lor cu un factor chiral. Un astfel de factor fizic chiral este lumina polarizat, care poate diferenia ntre cei doi enantiomeri.; singura diferen care se poate face, din punct de vedere fizic, ntre cei doi enentiomeri este sensul de rotire al planului luminii polarizate; proprietatea aceasta a enantiomerilor este denumit activitate optic:

dextrogir levogir Activitatea optic a unui enantiomer se exprim prin activitatea specific, [a]D msurat la 200C, care este definit ca unghiul de rotaie al planului luminii polarizate pentru o soluie de 1g/cm3, la o lungime cuvei de 1dm:

Un amestec n cantiti egale format din cei doi enantiomeri nu rotete planul de polarizare i este optic inactiv prin compensare intermolecular. Un astfel de amestec (nu este o substan pur) se numete amestec racemic Msurarea activitii optice a enantiomerilor nu duce implicit i la cunoaterea configuraiei acestora; nu exist o relaie simpl ntre activitatea optic i configuraie.

IZOMERIA DE CONFIGURATIEIzomeria optica (enantiomeria); proprietatile enantiomerilor

Atribuirea i specificarea configuraiei enantiomerilordeterminarea configuraiei unui anumit enantiomer nu este posibil doar prin simpla msurare a activitii optice; pentru a rezolva aceast problem s-a recurs iniial (nainte de a fi cunoscute metode directe de msurare) la metode indirecte prin care s-a determinat o configuraie relativ:Convenia Fischer-Rosanoff pentru specificarea configuraiei relative (convenia D-L); conform acestei convenii s-a ales o substan de referin (care prezint enantiomerie) pentru care s-a atribuit n mod arbitrar o anumit configuraie pentru cei doi enantiomeri: (+)-glicerinaldehida (enatiomerul dextrogir); Se presupune prin convenie c enantiomerul glicerinaldehidei care, n formula de proiecie Fischer, n care grupa CH=O este aezat sus, are grupa OH aezat n partea dreapt fa de linia vertical care reprezint lanul atomilor de carbon, este (+)-glicerinaldehida. Configuraia acesteia este denumit cu litera D. n mod similar, cellalt enantiomer care are grupa OH n stnga va fi (-)-glicerinaldehida i configuraia ei este notat cu L; notaiile D i L sunt doar o denumire a configuraiei i nu reprezint i activitatea optic, o mrime msurat experimental. De aceea, conform acestei convenii, enantiomerul dextrogir al glicerinaldehidei va fi denumit D-(+)-glicerinaldehida iar enantiomerul levogir va fi denumit L-(-)-glicerinaldehida

IZOMERIA DE CONFIGURATIEIzomeria optica (enantiomeria); specificarea configuratiei

D-(+)-glicerinaldehida L-(-)-glicerinaldehida Pentru a atribui configuraii relative i altor compui, convenia Fischer-Rosanoff stabilete urmtoarele reguli:-orice compus care prezint izomerie optic i care poate fi obinut din (+)-glicerinaldehid sau care poate fi transformat n (+)-glicerinaldihid prin reacii n care nu este afectat atomul de carbon asimetric, are aceeai configuraie a atomului de carbon asimetric ca i (+)-glicerinaldehida;- n mod similar orice compus care poate fi obinut sau transformat n (-)-glicerinaldehid are configuraia atomului de carbon asimetric aceeai cu (-)-glicerinaldehida.- toi compuii pentru care, prin aceste transformri chimice, s-a stabilit configuraia D la atomul de carbon asimetric, fac parte din seria configurativ D iar cei care au configuraia L fac parte din seria configurativ L. Apartenena la o astfel de serie configurativ permite atribuirea configuraiei numai pentru un singur atom de carbon asimetric din molecul. dac sunt mai muli atomi de carbon asimetrici, atunci configuraia acestora se poate stabili numai prin alte transformri chimice, care sunt destul de complexe i laborioase.

IZOMERIA DE CONFIGURATIEIzomeria optica (enantiomeria); specificarea configuratieiStabilirea configuraiei acidului (-)-lactic printr-o serie de reacii prin care poate fi obinut din (+)-gicerinaldehida. Toi compuii au configuraia D i fac parte din seria configurativ D.

metoda permite stabilirea doar a configuraiilor relative deoarece convenia iniial presupune atribuirea arbitrar a unei anumite configuraii enantiomerului dextrogir al glicerinaldehidei; ca urmare probabilitatea ca toate configuraiile stabilite astfel s fie adevrate este de 50%; configuraiei absolute prin difracia de raze X la monocristale;

Aplicat pentru un compus optic activ (acidul (+)-tartric sub form de sare de rubidiu i potasiu) s-a artat c acest izomer steric al acidului tartric, care prin convenia Fischer-Rosanoff a fost ncadrat n seria D, i avnd configuraia relativ denumit ca acid D-(+)-tartric, are ntr-adevr configuraia absolut corespunztoare cu cea relativ. Ca urmare s-a confirmat faptul c toate configuraiile determinate prin convenia Fischer-Rosanoff sunt i configuraii absolute, (+)-glicerinaldehida are i n realitate configuraia propus iniial ca fiind cea relativ.

IZOMERIA DE CONFIGURATIEIzomeria optica (enantiomeria); specificarea configuratieiConvenia Cahn Ingold Prelog pentru specificarea configuraiilor absoluteCahn, Ingold i Prelog au propus o nou regul de atribuire i denumire a configuraiilor absolute ale izomerilor sterici denumit prescurtat regula C.I.P, Pentru atribuirea configuraiilor izomerilor optici i ai diastereoizomerilor optici regula se mai numete i regula R-S, iar pentru denumirea diastereoizomerilor cis-trans ea este denumit regula E-Z. n ambele cazuri, pornind de la o configuraie cunoscut, se aplic urmtoarele etape:1. Stabilirea tipului de izomerie de configuraie (enantiomerie, diastereoizomerie optic, diastereoizomerie cis-trans);2. Stabilirea ordinei de succesiune a substituenilor (denumii liganzi) legai de elementul de chiralitate sau de elementul de structur care determin apariia izomeriei de configuraie. Aceast etap se face folosind regula standard de succesiune:- se consider n prima etap numai atomii din prima sfer de liganzi care sunt de fapt atomii legai direct de elementul de chiralitate; se consider c au prioritate (notat n ordine cu cifre: 1> 2> 3> 4 sau cu litere: a> b> c> d) atomii cu numrul atomic cel mai mare; - atunci cnd exist doi sau mai muli atomi identici n prima sfer de liganzi se analizeaz atomii din sfera a doua de liganzi, adic atomii care sunt legai de cei din prima sfer de liganzi. i n acest caz au prioritate atomii cu numr de ordine mai mare; pentru grupele obinuite care se gsesc n muli compui organici cu un centru de chiralitate, ordinea de succesiune va fi:

IZOMERIA DE CONFIGURATIEConvenia Cahn Ingold Prelog pentru specificarea configuraiilor absolute3. Se aeaz fiecare atom de carbon asimetric (reprezentat prin formula perspectivic tetraedric sau modelul mecanic) n aa fel nct substituentul cu prioritatea cea mai mic s fie aezat n spate, n partea opus observatorului. 4. Se examineaz ordinea celorlali trei substitueni n funcie de prioritatea lor (de la 1 la 2 i apoi la 3); dac ordinea corespunde cu sensul acelor ceasornicului atunci configuraia este denumit R (de la cuvntul latin rectus dreapta) iar dac ordinea substituenilor este invers sensului acelor ceasornicului atunci configuraia este denumit S (de la sinister stnga). Dac sunt mai muli atomi de carbon asimetrici n molecul se stabilete i se denumete n acest mod configuraia fiecruia n parte. EXEMPLE

configuraia R a glicerinaldehidei corespunde cu configuraia D stabilit prin convenia D-L, iar configuraia S corespunde cu L.

IZOMERIA DE CONFIGURATIE Convenia Cahn Ingold Prelog pentru specificarea configuraiilor absolutePentru un compus cu mai multi atomi de C asimetrici atribuirea configuraiei unui atom (C3) se face innd cont de ordinea de succesiune a atomilor din a 2-a i a 3-a sfer de liganzi:

Stabilirea configuraiei atomului asimetric C3 din compusul de mai sus utiliznd formulele perspectivice i proiective; n formula proiectiv atomul de H (cu prioritatea cea mai mic) este jos ceea ce nseamn n spatele planului. Se ajunge aici prin dou schimbri succesive ale substituenilor ntre ei care duc la dou inversri de configuraie, obinndu-se n final configuraia iniial.

IZOMERIA DE CONFIGURATIEDIASTEREOIZOMERIADiastereoizomeria, sau izomeria steric de distan apare la compuii care prezint izomerie de configuraie atunci cnd izomerii difer prin distana dintre atomi sau grupe de atomi care nu sunt legate direct ntre ele i care sunt legate de obicei de atomi de carbon (sau ali atomi) vecini (n poziie vicinal);Diastereoizomeria poate s apar att la compui care prezint chiralitate ct i la compui achirali; ea este de dou feluri: diastereoizomeria optic i diastereoizomeria cis-trans Diastereoizomeria opticDiastereoizomeria optic apare la compui care au mai multe elemente de chiralitate n molecul. Stabilirea tipului i numrului de izomeri sterici posibili:- dac ntr-o molecul sunt mai multe elemente de chiralitate, fiecare dintre acestea poate duce la dou configuraii diferite care sunt imagini de oglindire nesuperpozabile; - elementele de chiralitate sunt independente ntre ele, astfel nct numrul total de configuraii care posibile este dat de toate posibilitile de combinare ale elementelor de chiralitate: - dac ntr-o molecul exist n elemente de chiralitate i fiecaruia i corespund dou configuraii diferite, atunci numrul total de configuraii diferite pentru ntreaga molecul va fi de 2n. Aceste configuraii diferite vor izomeri de configuraie sau izomeri sterici. Dintre aceti izomeri sterici pot s existe i izomeri optici (enantiomeri) atunci cnd configuraiile lor reprezint imagini de oglindire nesuperpozabile.- un compus care are dou centre de chiralitate, fiecare dintre acestea putnd avea cele dou configuraii R sau S (conform notaiei R-S), numrul de izomeri va fi dat de numrul de combinaii posibile adic, n acest caz: 22 = 4.

IZOMERIA DE CONFIGURATIEDIASTEREOIZOMERIAPentru tetroz, un compus natural din clasa monozaharidelor i care are doi atomi de carbon asimetrici (C2 i C3):

Formulele de configuraie ale celor patru izomeri sterici: se reprezint pe rnd configuraiile fiecrui atom de carbon, conform regulii R-S i innd cont de ordinea de succesiune a substituenilor.

IZOMERIA DE CONFIGURATIEDIASTEREOIZOMERIAIzomerii I i II i respectiv III i IV reprezint imagini de oglinire nesuperpozabile i sunt enantiomeri intre perechile I sau II i III sau IV nu este relaie de oglindire, ei au configuraii diferite ca urmare a distanei diferite dintre atomi sau grupe nelegate direct; ca urmare, fiecare dintre perechile de enantiomeri reprezint cte un diastereoizomer. Aceti diastereoizomeri au atomi de carbon chirali i de aceea sunt numii diastereoizomeri optici. n concluzie pentru o astfel de molecul cu dou centre de chiraltate (2 atomi C*) vor exista n total 4 izomeri din care doi sunt diastereoizomeri optici fiecare dintre acetia fiind sub forma unei perechi de enantiomeri.

n general, pentru un compus care prezint n atomi de carbon asimetrici (sau elemente de chiralitate) vor fi 2n izomeri i care prezint 2n/2 = 2n-1 diastereoizomeri, fiecare dintre acetia avnd o pereche de enantiomeri.

Exceptii sunt compuii care au doi sau mai muli atomi de carbon asimetrici, dar care au aceeai patru substitueni fiecare (chiralitate egala) ca de exemplu acidul tartric:

IZOMERIA DE CONFIGURATIEDIASTEREOIZOMERIAFormulele de perspectivice i proiective pentru izomerii de configuraie ai acidului tartric.

Analiza relaiilor dintre izomerii de configuraie ai acidului tartric: izomerii I i II sunt enantiomeri: formulele III i IV sunt identice i reprezint un singur izomer care este diastereoizomer cu perechea de enantiomeri I i II. Acest diastereoizomer prezint un plan de simetrie, i nu este chiral; ca urmare el este optic inactiv; astfel de diastereoizomeri sunt numii forme mezo. Pentru acidul tartric nu vor fi 4 ci doar trei izomeri i anume: o pereche de enantiomeri i un izomer mezo, care este diastereoizomer cu perechea de enantiomeri.

IZOMERIA DE CONFIGURATIEDIASTEREOIZOMERIAProprietile diastereoizomerilorDatorit faptului c diastereoizomerii au distane diferite ntre atomii sau grupele care nu sunt legai direct, energia lor intern este diferit i ca urmare proprietile fizice i unele proprieti chimice sunt diferite. Proprieti fizice i chimice ale acizilor tartrici

Proprietate Acid (+) tartric (2R,3R) Acid (-) tartric (2S,3S) Acid mezo-tartric (2R,3S) [a]D la 200 n ap +11,98 -11,98 0 p.t. 0C 170 170160 Solubilitate g/100cm3; ap; 200C139 139 125 Constanta de aciditate K1.1031,17 1,17 0,77

IZOMERIA DE CONFIGURATIEDIASTEREOIZOMERIADiastereoizomeria cis-trans (izomeria geometric)Acest tip de diastereoizomerie apare la compuii care au un element de structur rigid n molecul reprezentat printr-un plan determinat de prezena unei legturi duble sau a unui ciclu; fa de acest plan, substituenii care sunt legai de doi dintre atomii care definesc acest plan, pot s fie aezai de o parte sau de pri opuse ale planului. n cazul prezenei unor legturi duble acestea pot fi legturi C = C, C = N sau N =N. Atomii care particip la aceste legturi sunt hibridizai sp2 i cele trei legturi s pe care le formeaz au geometrie plan trigonal; Atunci cnd substituenii de la fiecare atom al legturii duble sunt diferii ntre ei, sunt posibile dou configuraii diferite care reprezint cei doi diastereoizomeri. n cazul compuilor care au atomi de azot, unul dintre substitueni este perechea de electroni neparticipani. Condiia ca s apar configuraii diferite este ca ce doi substitueni de la fiecare atom de carbon s fie diferii:

Cnd sunt numai doi substitueni izomerii se numesc cis, cel cu substituenii de aceeai parte i trans cel cu substituenii de pri opuse:

IZOMERIA DE CONFIGURATIEDIASTEREOIZOMERIACnd sunt mai muli substitueni diferii trebuie specificat care sunt n cis i care n trans:

n cazul n care elementul de structur rigid este un ciclu, care determin existena unui plan n molecul, pot s apar de asemenea diastereoizomeri cis-trans, ca urmare a poziiei substituenilor fa de planul ciclului

n acest caz, datorit faptului c atomii de carbon sunt hibridizai sp3, atomii de care sunt legai substituenii (C1 i C2) sunt asimetrici pentru c au fiecare cte patru grupe diferite:

Ca urmare avnd doi atomi de carbon asimetrici vor fi 22 = 4 izomeri sterici, din care sunt doi diastereoizomeri att optici ct i cis-trans, fiecare formnd o pereche de enantiomeri.

IZOMERIA DE CONFIGURATIEDIASTEREOIZOMERIACnd substituenii de la cei doi atomi din ciclu sunt identici, numrul izomerilor este mai mic numai o pereche de enantiomer i o form mezo, izomerul cis fiind forma mezo pentru c prezint un plan de simetrie i nu este chiral:

Legturile duble C = N i N = N pot duce de asemenea la diastereoizomerie cis-trans (sin anti) atunci cnd atomul de carbon are dou grupe diferite, pentru atomul de azot perechea de electroni neparticipani care se gsesc pe un orbital sp2 fiind asimilai cu un substituent:

Specificarea configuraiei diastereoizomerilor cis-trans Pentru cazurile simple (cte doi substitueni identici la fiecare atom de carbon din dubla legtur) specificarea configuraiei se face dup regula prezentat mai sus: cis este izomerul n care substituenii sunt de aceeai parte i trans pentru substituenii de pri opuse; pentru cazurile cu trei sau patru grupe diferite, se folosete tot regula Cahn-Ingold-Prelog (C.I.P.), care, n acest caz, este denumit i regula E-Z.

IZOMERIA DE CONFIGURATIEDIASTEREOIZOMERIAAplicarea regulii CIP se utilizeaz tot regula de succesiune a substituenilor n acest caz stabilindu-se prioritatea substituenilor pentru fiecare pereche legat de cei doi atomi de carbon (substituenii vor avea astfel prioritatea 1 sau 2 la fiecare atom de carbon). Dac substituenii cu prioritatea 1 (cea mai mare) de la cei doi atomi de carbon sunt de aceeai parte (adic n cis) configuraia este notat cu Z iar dac, aceti substitueni sunt de pri opuse, configuraia se noteaz cu E; se noteaz astfel configuraiile pentru fiecare legtur dubl din molecul.Moleculele care conin mai multe duble legturi pot s prezinte fie diastereoizomerie cis-trans fie izomerie optic (enantiomerie) n funcie de numrul i poziia legturilor duble. Atunci cnd legturile duble sunt izolate sau conjugate compusul va prezenta numai diastereoizomerie cis-trans, numrul izomerilor fiind stabilit de numrul de legturi duble, fiecare determinnd cte dou configuraii (cis-trans sau E-Z) astfel, numrul total al izomerilor va fi 2n unde n este numrul de legturi duble:

IZOMERIA DE CONFIGURATIEDIASTEREOIZOMERIAAtunci cnd ntr-o molecul sunt mai multe duble legturi cumulate (cumulene) poate s apar att izomerie optic ct i diasteoizomerie cis trans, n funcie de numrul n de legturi duble: Dac n este par (2,4,6) atunci va apare numai izomerie optic cnd numrul de legturi duble cumulate este impar (1,3,5) atunci apar numai doi diastereoizomeri cis-trans:

Proprietile diastereoizomerilor cis-transDiastereoizomerii cis-trans ca i diastereoizomerii optici difer prin energia intern a moleculelor i prin aezazarea n spaiu a grupelor care nu sunt legate direct. Ca urmare vor avea proprieti fizice diferite: puncte de topire, puncte de fierbere, densitate, solubilitate i eventual i rotaia specific diferit (n cazul compuilor ciclici care prezinta i diastereoizomerie optic). Diastereoizomerii pot fi separai prin metode fizice obinuite (recristalizare, distilare, cromatografie). Diastereoizomerii au i unele proprieti chimice diferite mai ales cele care depind de poziia reciproc a substituenilor din cei doi izomeri.

IZOMERIA DE CONFIGURATIEDIASTEREOIZOMERIACei doi izomeri ai acidului 1,2-etendicarboxilici acidul maleic si acidul fumaric au att constantele de aciditate diferite dar se comport i diferit la nclzire peste punctul de topire:

Interconversia diastereoizomerilor cis-trans are loc n general mai uor dect cea a enantiomerilor (racemizarea) sau a diastereoizomerilor optici; n ambele cazuri este necesar ruperea i reformarea a dou legturi covalente; n cazul enantiomerilor i diastereoizomerilor optici legturile care intervin sunt legturi s ale unor atomi de carbon hibridizai sp3, n cazul diastereoizomerilor cis-trans este suficient scindarea legturii p ceea ce are loc mult mai uor: