Đồng phân quang học và face

BÀI BÁO CÁO HÓA HỌC HỮU CƠ NÂNG CAO Đồng phân quang học và faceNhóm thực hiện: Nhóm 3Nguyễn Thị Kiều OanhNguyễn Xuân PhongNguyễn Thị ThắmTrần Thị Ngân ThoaNguyễn Thị Kim ThoaPhạm Quang ThốngPhan Vũ ThuyềnNguyễn Đinh Ngọc TrâmLương Văn TriNguyễn Thị Mai TrinhNguyễn Hữu TrọngMục lục: I. Đồng phân quang học : 1. Khái niệm  2. Các yếu tố đối xứng phân tử.  a. Mặt phẳng đối xứng. b. Tâm đối xứng. c. Trục đối xứng. 3. Phân tử bất đối có một nguyên tử cacbon bất đối. a. Đối quang. b. Biến thể raxemic. c. Tính không trùng ảnh vật (chiral). d. Cấu hình tương đối và tuyệt đối. 4. Phân tử bất đối có nhiều nguyên tử cacbon bất đối. a. Đồng phân đia.  b. Đồng phân meso. 5. Phân tử bất đối có nhiều nguyên tử cacbon bất đối. 6. Hợp chất quang hoạt không có nguyên tử cacbon bất đối.7. HII. Phân biệt prochiral: FacesĐồng phân quang học:Khái niệm: - Đồng phân quang học là những đồng phân lập thể có cùng dạng hình học phân tử nhưng khác nhau về khả năng làm quay mặt phẳng ánh sáng phân cực (Tính quang hoạt ). - Điều kiện xuất hiện đồng phân quang học là có tính không trùng ảnh vật: + Thường có Cacbon bất đối. + Không có tâm đối xứng, không có mặt phẳng đối xứng ( có thể không có trục đối xứng ).* Số lượng đồng phân quang học của một chất chứa n nguyên tử Cacbon bất đối là 2n  . Nhưng nếu các nguyên tử Cacbon bất đối lại thuộc hai nửa phân tử có cấu tạo hóa học như nhau thì số lượng đồng phân quang học sẽ nhỏ hơn 2n 2. Các yếu tố đối xứng phân tử: a. Mặt phẳng đối xứng: - Mặt phẳng đối xứng là mặt phẳng chia vật ra làm hai phần mà phần này là ảnh của phần kia trong gương. b. Tâm đối xứng: là điểm mà bất kì đường thẳng nào đi qua điểm đó đều có thể gặp được những điểm tương đương ở khoảng cách như nhau. c. Trục đối xứng: là đường thẳng mà khi quay phân tử quanh trục đó một góc xác định thì thu được cấu trúc trùng với cấu trúc ban đầu. 3. Phân tử bất đối có một nguyên tử cacbon bất đối.Đối quang.- Hai đồng phân quang học có trị số độ quay cực riêng như nhau nhưng dấu thì đối nhau được gọi là hai chất đối quang hay đơn giản là hai đối quang ( enantiomer ). Hai chất này không chồng khít lên nhau được tuy chúng có tính chất vật lý và hóa học giống nhau. b. Biến thể raxemic: là loại phân tử không quang hoạt, gồm hai loại phân tử đối xứng nhau qua gương. Loại này là quay mặt phẳng ánh sáng phân cực sang phải, loại kia làm quay mặt phẳng ánh sáng phân cực sang trái với trị số như nhau do đó triệt tiêu lẫn nhau. Cấu trúc các dạng axit tactric khác nhau c. Tính không trùng ảnh vật (chiral).Tính không trùng ảnh vật là sự không chồng khít của ảnh và vật của nó trong mặt phẳng gương.Tính không trùng ảnh vật là điều kiện cần và đủ cho sự tồn tại của đối quang. Điều kiện để có tính không trùng ảnh vật: Những phân tử không có tâm đối xứng và không có mặt phẳng đối xứng thì có tính trùng vật ảnh.Phân tử có một yếu tố đối xứng nào đó gọi là trùng ảnh vật ( achiral ) hay đối xứng. ( Chiral )( Chiral ) d. Cấu hình tương đối và tuyệt đối:* Cấu hình tương đối: Trong phân tử, nếu có cấu hình giống như D- glixerandehit thì cũng được kí hiệu bởi chữ D, nếu có cấu hình giống với L- glixerandehit thì được kí hiệu bởi chữ L. Cấu hình được qui định như vậy gọi là cấu hình tương đối. * Cấu hình tuyệt đối: Cách xác định cấu hình tuyệt đối: phân tử C*abcd với độ hơn cấp a>b>c>d. Đặc phân tử sao cho d ở xa người quan sát, khi đó thứ tự giảm dần độ hơn cấp của ba nhóm thế còn lại theo chiều kim đồng hồ ta có cấu hình R; ngược chiều kim đồng hồ ta có cấu hình SCách xác định R,S dựa vào công thức Fisơ: - Nếu nhóm thế nhỏ nhất nằm trên dường nằm ngang: thứ tự giảm dần độ hơn cấp của các nhóm thế còn lại theo chiều kim đồng hồ là cấu hình S, ngược chiều kim đồng hồ là cấu hình R.- Nếu nhóm thế nhỏ nhất nằm trên đường thẳng đứng: thứ tự giảm dần độ hơn cấp của các nhóm thế còn lại theo chiều kim đồng hồ là cấu hình R, ngược chiều kim đồng hồ là cấu hình S4. Phân tử bất đối có nhiều nguyên tử cacbon bất đối. a. Đồng phân đia: Là đồng phân lập thể có vài trung tâm chiral nhưng có một phần trung tâm giống nhau về cấu hình mà thôi. Đồng phân đia có những tính chất khác với cặp đối quangb. Đồng phân meso: - Những đồng phân quang học có chứa nhiều C* nhưng do có mặt phẳng hoặc tâm đối xứng mà không có tính quang hoạt được gọi là hợp chất meso.Đôi đối quangAxit mesotactricc. Đồng phân threo và erythro. Đồng phân threo có các nhóm thế ở hai phía khác nhau của trục liên kết C-C hoặc có cấu dạng kề, còn đồng phân erythro có hai nhóm thế ở cùng phía của trục C-C.5. Phân tử bất đối có nhiều nguyên tử cacbon bất đối. - Khi phân tử vòng no có hai hoặc nhiều nhóm thế thì các nguyên tử C chứa nhóm thế liền trở nên bất đối, phân tử không có tính đối xứng và như thế sẽ có đồng phân quang học- Nếu trong vòng có nhiều nhóm thế thì số đồng phân quang học sẽ tăng lên. Tùy theo vị trí của các nhóm thế trong phân tử sẽ tạo nên một số yếu tố đối xứng và vì thế sẽ xuất hiện đồng phân mezo cho nên số đồng phân quang học bị giảm đi.6. Hợp chất quang hoạt không có nguyên tử cacbon bất đối.6.1. Tính bất đối xứng của phân tử.Xét hai chất quang hoạt là axit lactic (1) và axit tactric (2): (1) là một phân tử bất đối xứng (2) có trục đối xứng bậc hai đi qua tâm của phân tử (trục này vuông góc với mặt phẳng giấy) và do đó phân tử axit tactric không thể xem là bất đối xứng mà là không trùng vật - ảnh. Do đó, điều kiện đủ để xuất hiện đồng phân quang học là sự bất đối xứng; song không phải là điều kiện cần. Điều kiện cần và đủ là sự không trùng vật - ảnh.6.1.1. Trung tâm không trùng vật ảnh.6.1. Tính bất đối xứng của phân tử Trung tâm không trùng vật - ảnh có thể là nguyên tử cacbon bất đối hoặc các nguyên tử Si, P, S, bất đối với nhóm thế thứ tư là cặp electron tự do. Ví dụ: Trong hợp chất của N, các nhóm thế xung quanh trung tâm không trùng vật - ảnh được phân bố theo hình tháp, tuy nhiên những cấu trúc này có thể dẫn đến tứ diện nếu xem cặp electron tự do là nhóm thế thứ tư. Nếu trong phân tử, bốn nhóm thế a, b, c, d từng đôi một phân bố trên một trục và không nằm trong cùng một mặt phẳng, như được biểu diễn dưới dạng “một tứ diện bị kéo căng” thì xuất hiện tính quang hoạt. Trục của phân tử như vậy gọi là “trục không trùng vật - ảnh”. Trục không trùng vật - ảnh tồn tại ở các hệ:6.1.2. Tính quang hoạt do có trục không trùng vật - ảnh:a) Đồng phân allen: số nối đôi chẵn6.1. Tính bất đối xứng của phân tử6.1.2. Tính quang hoạt do có trục không trùng vật - ảnh: Đồng phân không gian xuất hiện do sự cản quay tự do xung quanh liên kết đơn. Trong phân tử biphenyl, hai nhân benzen có thể quay tự do quanh trục C – C trung tâm b) Đồng phân atrop: Biphenyl mang nhóm thế:Axit – 6,6’-đinitrobiphenyl-2,2’-đicacboxylic Nhưng khi phân tử có mang nhóm thế có kích thước lớn tại các vị trí (2, 6, 2’, 6’) thì sự quay bị cản trở, hai nhân benzen không còn đồng phẳng nữa, vì thế hệ phân tử trở nên cứng nhắc. - Các nhóm thế có kích thước khá lớn để ngăn cản sự quay tự do. - Mỗi nhân benzen phải được thế không đối xứng. - Ngoài ra hai nhóm thế octo không cần phải gắn trên hai nhân khác nhau.* Điều kiện để biphenyl có tính quang hoạt là:Ví dụ: 3,3'-điamino-2,6-đibrom-4,4'-đimetylbiphenylb) Đồng phân atrop: Biphenyl mang nhóm thế:6.1.2. Tính quang hoạt do có trục không trùng vật - ảnh: Nếu thay thế một nối đôi trong allen bằng một vòng, về mặt hình học của phân tử không thay đổi. Các ankiliđen mang những nhóm thế thích hợp có thể có đồng phân quang học.c) Ankyliđen xiclan: Một số hợp chất có liên kết đôi C=N như oxim, semicacbazon, phenyl hiđrazon cũng đã được tách hai, nhưng các đồng phân quang học này không bền và bị raxemic hoá nhanh chóng. Ví dụ: Ví dụ: Axit-2-(4-metylcyclohexyliđen)axetic Sự thay thế hai liên kết đôi trong allen bằng hai vòng dẫn đến một hệ vòng có chung một cạnh (hai vòng đối đỉnh): spiran. Nếu hai vòng mang những nhóm thế trên hai nguyên tử C tại hai đầu của hệ nằm trong hai mặt phẳng thẳng góc với nhau thì chúng có đồng phân quang học.d) Đồng phân spiran:Ví dụ: 6.1.2. Tính quang hoạt do có trục không trùng vật - ảnh: Mặt phẳng không trùng vật - ảnh có ở các hợp chất ansa.6.1.3. Tính quang hoạt do có mặt phẳng không trùng vật - ảnh: Ví dụ: 14-bromo-1,12-đioxa [12] paraxiclofan 6.1. Tính bất đối xứng của phân tử6. Hợp chất quang hoạt không có nguyên tử cacbon bất đối. Các đối quang thường không khác nhau về tính chất vật lý và tính chất hoá học nhưng nhiều khi lại khác nhau rõ rệt về tác dụng sinh lý. Ví dụ: (-) Nicotin có trong thuốc lá độc hại hơn (+) Nicotin vài lần hoặc các đối quang của aminoaxit có vị khác nhau như L-asparagin và L-tritophan không có mùi vị, còn L-leuxin và L-tyroxin có vị đắng trong khi các đồng phân D- tổng hợp có vị ngọt. Do có tác dụng sinh lý khác nhau, các đối quang của nhiều hợp chất được dùng làm thuốc chữa bệnh. Nguyên nhân: - Các đối quang có thể được phân bố khác nhau trong mô tế bào của cơ thể sống. - Các đối quang có thể có ái lực khác nhau đối với cơ quan thụ cảm. Sự khác nhau này là do với những đối quang nào chúng có khả năng tương tác được chứ không do tính chất bất đối xứng. - Các enzim trong cơ thể sống đều bất đối xứng nên chúng có khả năng phân biệt các đối quang, thông thường chỉ một trong hai đối quang là phù hợp với tâm enzim.6.2. Tính đặc thù lập thể của các quá trình hóa sinh:II. Phân biệt Prochiral : Faces- Khi một carbon tứ diện có thể được chuyển đổi sang một trung tâm chiral bằng cách thay đổi chỉ một trong các nhóm trực thuộc, nó được gọi là một trung tâm 'prochiral‘ và nhóm thế gọi là nhóm 'prochiralKhi thay đổi một trong hai hydro ghi trên NADH đến một deuterium (đồng vị 2H của hydro), cácbon sẽ trở thành một trung tâm chiral1. Nhóm thế Prochiral trên cacbon tứ diệnII. Phân biệt Prochiral : Faces- Nếu sản phẩm có cấu hình R thì nhóm thay thế sẽ gọi là pro- R và ngược lại 1. Nhóm thế Prochiral trên cacbon tứ diệnII. Phân biệt Prochiral : Faces- A center at the planar face at a carbon atom is designated re if the three groups in priority sequence are clockwise, and si if they are counterclockwise2. Carbonyl and imine carbons như 1 trung tâm prochiralII. Phân biệt Prochiral : Faces2. Carbonyl and imine carbons như 1 trung tâm prochiralPhản ứng hidro hóa trên là đặc biệt không chỉ về hướng face của nhóm cacbonyl mà còn hai H diastereotopic trên NADH cũng thay đổiXIN CHÂN THÀNH CẢM ƠN!