Sa ne amintim!

Izomerii 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 si cei de conformatie difera prin asezarea spatiala a atomilor din molecula;

IZOMERI

Izomeri de constituie Izomeri sterici(difer prin modul de legare al atomilor (difer prin modul de aranjare n molecul conectivitate) n spaiu a atomilor ) Izomeri de configuraie Izomeri de conformaie (difer prin configuraie) (difer prin conformaie: unghiul de torsiune n jurul legaturilor ) 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 chiralitate n molecul) sau a grupelor fa de un element de structur rigid ax sau plan)

Stereochimia - stiinta care studiaza structura spatiala a moleculelor adica, configuratia lor.Pe baza teoriei clasice izomerii cu structura spatiala diferita sau stereoizomerii au fost impartiti in izomeri de conformatie izomeri de configuratie pe baza modului de convertire intre ei.

Izomerii de conformatie sunt aranjari spatiale dinamice care se pot transforma unele in altele prin simpla rotire a atomilor de carbon cu substituentii lor in jurul unei legaturi simple din molecula Exemplu: La alcani (n-butan) s-au prezentat izomerii de conformatie eclipsati si intercalati (unde steluta reprezinta o grupare CH3) care trec unul in celalalt prin rotatia atomilor 2 sau 3 in jurul legaturii simple C2 - C3:

Izomerii de configuratie sunt aranjari spatiale statice care difera intre ele prin modul de orientare al atomilor in raport cu un centru sau plan de simetrie. Transformarea unui izomer de configuratie in altul are loc numai prin ruperea si reformarea unei legaturi astfel incat are loc schimbarea locului unor substituenti. Exemplu 1: izomerii geometrici cis - trans (sau Z - E) ai alchenelor izomeri de configuratie care se disting in raport cu un plan (al dublei legaturi sau al moleculei):

Exemplu 2: izomerii geometrici cis - trans ai ciclohexanului 1,2-disubstituit deasemenea izomeri de configuratie care se disting in raport cu un plan (al dublei legaturi sau al moleculei): Izomerul de configuratie cis al ciclohexanului 1,2-disubstituit trece in izomerul de configuratie trans prin ruperea unei legaturi sigma (axiale sau ecuatoriale) si formarea altei legaturi (axiale sau ecuatoriale). Izomerul de configuratie trans are doi izomeri de conformatie: aa si ee.Acesti izomeri se deosebesc intre ei prin proprietatile fizice (punct de topire, punct de fierbere, spectre,etc.) si unele proprietati chimice, fiecare izomer putand fi izolat in stare pura prin metode chimice obisnuite.

Exista izomeri de configuratie care nu se deosebesc unul de celalalt prin proprietatile fizice obisnuite si au proprietati chimice practic identice fata de reactivi chimici obisnuiti. Acesti stereoizomeri (stereos spatiu, lb greaca) nu pot fi prevazuti pe baza teoriei clasice a structurii.Ei se comporta diferit fata de lumina plan- polarizata si fata de niste reactivi chimici cu structura speciala.In prezenta luminii polarizate un astfel de stereomer roteste planul luminii polarizate spre dreapta iar celalalt spre stanga, cu un numar egal de grade.Asemenea molecule au fost numite optic active, iar stereoizomerii sunt antipozi optici sau enantiomeri: dextrogiri (+) si levogiri (-).Teoria clasica a stereochimiei atribuie aparitia activitatii optice prezentei in molecula a unui atom de carbon legat de 4 substituenti diferiti numit carbon asimetric.

Scurt istoric al studierii fenomenului activitatii optice a compusilor chimici Inceputul sec, XIX experimentele releva existenta unei legaturi intre propagarea luminii si minerale in 1880 omul de stiinta francez Etienne Louis Malus a descoperit ca lumina transmisa printr-un cristal de CaCO3 a suferit un fenomen de polarizare intr-un singur plan Cativa ani mai traziu, Jean Baptiste Biot (1774 1862 Colegiul Frantei) a descoperit cum un cristal de cuart (SiO2) roteste planul luminii polarizate. Biot a observat ulterior ca anumite cistale de cuart rotesc planul intr-o singura directie, iar altele in directia opusa. Aceasta proprietate a rotatiei in directii opuse a fost pusa in evidenta la forma hemihedrala a unor cristale care exista in forma obiect-imagine in oglinda.Cristale hemihedrale de cuart

Biot a concluzionat in mod corect ca ceasta activitate optica este o proprietate existenta in cazul anumitor moleculeExperimentele lui Louis Pasteur (1822 1895) Pasteur a fost studentului lui Biot. In 1848, lucrand cu acid tartric el a observat ca diferite saruri ale acestuia cristalizeaza in forme hemihedrale de o anumita forma. Solutiile acestor saruri prezentau activitate optica. Important - el a observat ca solutia sarii duble de sodiu si amoniu a acidului tartric nu prezenta activitate optica in timp ce sarea cristaliza in doua forme diferite de tip hemihedral, asemanatoare cu cele de cuart Pasteur a separat cele doua forme cu penseta! si prin dizolvarea lor separata in apa, a observat ca cele doua solutii au activitate optica de sens opus in urma amestecarii celor doua solutii a rezultat un amestec fara activitate optica! (optic inactiv) Pasteur a presupus in mod corect ca cele doua forme pot diferi prin aranjarea in spatiu a atomilor componenti prin aceasta anticipand importanta stereochimiei in studiul proprietatilor substantelor.

In 1831 Berzelius a identificat sarea de potasiu a acidului tatric dextrogir in tartrul depus in vin si a izolat acidul tartric optic inactiv (pe care l-a numit racemic de la racema = strugure in limba latina) In 1874, omul de stiinta olandez Vant Hoff si francezul Le Bel (in acelasi timp si fara sa stie unul de celalalt) au pus bazele teoriei legate de izomeria optica, explicata pe baza conceptiei despre structura tetraedrica a atomului de carbon. In 1893 Kelvin a propus termenul de chiral (si opusul sau achiral) pentru figuri geometrice nesuperpozabile cu imaginea lor in oglinda (asemanator cu mana dreapta si mana stanga; cheir = mana in limba greaca). In 1964 R.S. Cahn, C.K. Ingold si V. Prelog au propus ca proprietatea de chiralitate sa fie criteriul de clasificare in stereochimie.

lumina polarizator lumina obisnuita polarizataLumina plan-polarizata se obtine prin trecerea luminii obisnuite printr-un polarizator material asemanator cu cristalul de cuart Lumina obisnuita unde electromagnetice ale caror vectori se propaga in toate directiile, in jurul unei axe Lumina plan-polarizata este o unda electromagnetica cu un singur vector Lumina este o unda mobila, oscilanta, a campurilor electrice sau magnetice, numita radiatie electromagnetica Planul luminii polarizate

Activitatea optica Activitatea optica se masoara cu polarimetrul. POLARIMETRUL este compus din doua prisme Nicol (cristal de calcit, spat de Islanda) intre care se afla un tub cu proba de analizat (3). Primul nicol este fix [numit polarizor (1)] si are rolul de a transforma lumina naturala (vectorul electric oscileaza intr-un numar infinit de planuri) in lumina polarizata (vectorul electric oscileaza intr-un singur plan). Cel de-al doilea nicol (analizor (2)) este mobil si se poate rori in jurul axei optice cu un unghi masurabil cu precizie. Sursa de lumina utilizata (4) in polarimetre este fie:- o lampa de sodiu care emite o lumina monocromatica: lina D a sodiului, = 589 nm- o lampa cu mercur: = 546 nm. Principiul de functionare - la trecerea luminii polarizate prin tubul care contine substanta optic activa (pura sau in solutie), planul luminii polarizate este rotit cu un unghi care se citeste pe ecranul analizorului.

Sursade lumina (4)Polarizator (1)Proba de analizat (3)ObservatorAnalizor (2)Schema de principiu a unui polarimetru

Activitatea optica este o proprietate specifica a unor molecule si de aceea valoarea unghiului de rotatie va depinde de: concentratia solutiei moleculeleor, de grosimea stratului si respectiv de lungimea tubului si se exprima in rotatie specifica []D msurat la 200C, definit ca unghiul de rotaie al planului luminii polarizate pentru o soluie de 1g/cm3, la o lungime cuvei de 1dm3 moleculele sunt chirale.dextrogir levogir lumina luminamasurarea rotatiei specifice [] obisnuitaplan-polarizata(in analizor)

Moleculele achirale sunt optic inactive prin masuratori polarimetrice nu se poate masura nici o rotatie specifica.

Enantiomerii rotesc planul luminii polarizate cu aceeasi valoare a rotatiei specifice, dar in directii opuse difera prin activitatea lor optica. O solutie in care exista ambii enantiomeri, in concentratii egale este optic inactiva (compensare intermoleculara).

Msurarea activitii optice a enantiomerilor nu duce implicit i la cunoaterea configuraiei acestora; nu exist o relaie simpl ntre activitatea optic i configuraie. Conditii structurale care determina activitatea optica Conditia necesara si suficienta pentru aparitia activitatii optice este ca moleculele substantei sa nu fie superpozabile prin miscari de rotatie sau translatie cu imaginea lor in oglinda. Moleculele care au aceasta proprietate sunt chirale iar cele care nu au aceasta proprietate sunt achirale.

Stabilirea chiralitatii se bazeaza si pe examinarea unor elemente de simetrie:- centru de simetrie: un punct dintr-o molecula astfel situat incat orice dreapta trecand prin acest punct intalneste, in ambele directii, la distante egale, aceleasi forme structurale.- plan de simetrie: un plan care imparte molecula in doua jumatati, fiecare fiind imaginea in oglinda a celeilalte. Moleculele care au centru sau plan de simetrie sunt achirale si nu indeplinesc conditia de nesuperpozabilitate cu imaginea lor in oglinda. Enantiomerii difera intre ei numai prin aranjarea atomilor in spatiu (izomeri sterici). Toti izomerii sterici care nu se gasesc in relatia obiect-imagine in oglinda se numesc diastereoizomeri. O molecula cu un atom de carbon asimetric (cu 4 substituenti diferiti) este chirala si poate avea doi izomeri sterici numiti enatiomeri. Exemplu: acidul lactic (hidroxipropionic)

Determinarea 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 - Conventii

Convenia Fischer (1881) -Rosanoff (1906) 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 Atribuirea i specificarea configuraiei enantiomerilor

similar, cellalt enantiomer care are grupa OH n stnga va fi (-)-glicerin- aldehida i configuraia sa este notat cu litera L notaiile D i L sunt doar o denumire a configuraiei i nu reprezint i activitatea optic, o mrime msurat experimental enantiomerul dextrogir al glicerinaldehidei va fi denumit D-(+)-glicerinaldehida iar enantiomerul levogir va fi denumit L-(-)-glicerinaldehida 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.

Exemplu: Stabilirea 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.

Cahn, 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. 2. Convenia Cahn Ingold Prelog (CIP)pentru specificarea configuraiilor absolute (1956)

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 n acest caz au prioritate atomii cu numr de ordine mai mareExemplu: pentru grupele obinuite care se gsesc n muli compui organici cu un centru de chiralitate, ordinea de succesiune va fi:

3. 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); 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.

Conform conventiei CIP configuraia R a glicerinaldehidei corespunde cu configuraia D stabilit prin convenia D-L, iar configuraia S corespunde cu configuratia L.Exemplul 1:Exemplul 2:

Pentru 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.Exemplul 3:

Stabilirea ordinei de prioritate pentru moleculele care contin substituenti cu legaturi multiple

Exemplul 4: molecula acidului lactic:

Configuratie RConfiguratie SConfiguratie R