Stereoizoméria

z Wikipédie, slobodnej encyklopédie
Skočit na navigaci Skočit na vyhledávání
Rôzne druhy izomérov. Druhy stereoizomérov sú označené červenou farbou. Stereoizomérmi sa zaoberá stereochémia.

Stereoizoméria alebo priestorová izoméria je druh izomérie, pri ktorej majú molekuly rovnaký vzorec a rovnako pospájané atómy (teda rovnakú konšitúciu), ale líšia sa v trojrozmernom usporiadaní atómov v priestore.[1][2] Je to teda iný druh izomérie oproti štuktúrnej izomérii, pri ktorej majú molekuly rovný vzorec, ale líšia sa v spojení atómov.

Enantioméry[upraviť | upraviť zdroj]

Bližšie informácie v článkoch: Chiralita (chémia) a Enantiomér

Enantioméry alebo optické izoméry sú dva stereoizoméry, ktoré sú nezjednotiteľnými vzájomnými zrkadlovými obrazmi. Existuje medzi nimi rovinná symetria. Ich makroskopickým analógom sú ľudské ruky: sú zrkadlové, ale bez ohľadu na ich natočenie nedostaneme identický obraz. V jednom enantiomére má každé stereogénne centrum opačnú konfiguráciu ako v tom druhom. Dve zlúčeniny, ktoré sú navzájom enantioméry, majú rovnaké fyzikálne vlastnosti okrem stáčania roviny polarizovaného svetla a spôsobu interakcie s rôznymi optickými izomérmi iných zlúčenín. Kvôli tomu môžu mať rôzne enantioméry tej istej zlúčeniny výrazne odlišný biologický efekt. Čisté enantioméry vykazujú optickú aktivitu a ich separácia je možná len s použitím chirálnych činidiel. V prírode sa u väčšiny chirálnych biologických zlúčenín vyskytuje len jeden enantiomér, napríklad u aminokyselín (okrem glycínu, ktorý je achirálny). Opticky aktívne látky majú dve podoby: D- formu a L- formu, respektíve v novšom názvosloví (+)- formu a (-)- formu.

Diastereoméry[upraviť | upraviť zdroj]

Bližšie informácie v hlavnom článku: Diastereomér

Diastereoméry sú stereoizoméry, ktoré nie sú vzájomnými zrkadlovými obrazmi. Neexistuje medzi nimi rovinná symetria. Patria sem mezo zlúčeniny, cis-trans izoméria, E-Z notácia a neenantiomerické optické izoméry. Diastereoméry majú zvyčajne rôzne fyzikálne vlastnosti. Kyselina mezo-vínna je diastereomérom ku kyselinám levo- a dextro-vínnej, ktoré sú vzájomne enantiomérmi.

L-tartaric acid.png

D-tartaric acid.png Meso-Weinsäure Spiegel.svg

Kyselina L-(+)-vínna
Kyselina dextro-vínna

Kyselina D-(-)-vínna
Kyselina levo-vínna

Kyselina mezo-vínna

(1:1)
Kyselina DL-vínna
Kyselina "racemická"

Cis–trans a E-Z notácia[upraviť | upraviť zdroj]

Bližšie informácie v článkoch: Cis–trans izoméria a E-Z notácia

Stereoizoméria vzniká i u dvojitej väzby, pretože rotácia okolo tejto väzby je obmedzená, kvôli čomu je relatívna poloha substituentov zafixovaná. Ak sú oba substituenty na aspoň jednom konci dvojitej väzby rovnaké, tak zlúčenina nemá stereoizoméry a dvojitá väzba nie je stereocentrom, ako je to napríklad u propénu, CH3CH=CH2, ktorý má na jednej strane dva vodíkové atómy.

Kedysi sa stereochémia na dvojitej väzbe označovala latinskými výrazmi cis ("na rovnakej strane") alebo trans ("krížom"), podľa relatívnej pozície substituentov na opačných stranách väzby. Najjednoduchším príkladom cis-trans izomérie sú 1,2-disubstituované etény, ako napríklad izoméry dichlóreténu (C2H2Cl2):

Dichloroethene.png

Molekula I je cis-1,2-dichlóretén a molekula II je trans-1,2-dichlóretén. Kvôli občasným nejasnostiam prijala IUPAC rigorózny systém, kde majú substituenty na stranách dvojitej väzby priradené priority podľa ich atómového čísla. Ak sú substituenty s vyššou prioritou na rovnakej strane väzby, označuje sa stereoizomér ako Z (z nemeckého zusammen, "spolu"). Ak sú na opačných stranách, označuje sa ako E (z nemeckého entgegen, "oproti"). Keďže chlór má vyššie atómové číslo ako vodík, je to skupina s vyššou prioritou. Podľa tejto notácie by teda molekula I bola (Z)-1,2-dichlóretén a molekula II (E)-1,2-dichlódetén. Nemusí však platiť, že cis molekuly sú vždy Z a trans molekuly sú vždy E. Vidieť je to napríklad na fluorometylpenténe:

Fluoromethylpentene.png
U cyklických zlúčenín sa používa cis/trans názvoslovie, pretože u nich nie je možné použiť E/Z označenie. Na obrázku je cis-cyklohexán-1,2-diol.

Správny názov pre túto zlúčeninu je buď trans-2-fluór-3-metylpent-2-én, pretože alkylové skupiny, ktoré tvoria hlavný reťazec (metyl a etyl) sú na opačných stranách dvojitej väzby, alebo (Z)-2-fluór-3-metylpent-2-én, pretože skupiny s vyššou prioritou (naľavo fluór, napravo etylová skupina) sú na rovnakej strane dvojitej väzby (v obrázku pod ňou).

Názvoslovie cis a trans sa dá použiť i na popis relatívnej pozície skupín na kruhu, u ktorých nie je možné použiť označenie E/Z:[3] cis znamená na rovnakej strane, trans na opačnej.

Konforméry[upraviť | upraviť zdroj]

Bližšie informácie v hlavnom článku: Konformačná izoméria

Konformačná izoméria je druh izomérie, ktorá popisuje molekuly s rovnakým štruktúrnym vzorcom, ale rôznymi tvarmi kvôli otáčaniu častí molekúl okolo jednej alebo viacerých jednoduchých väzieb. Rôzne konformácie majú rôzne energie a zvyčajne môžu voľne prechádzať z jednej formy na druhú. Málokedy je možné izolovať konkrétny konformér. Cyklohexán existuje v mnohých rôznych konformáciách, napríklad stoličkovej alebo vaničkovej konformácii, ale nie je možné ho v týchto konformáciách izolovať.[chýba zdroj] Vaničková konformácia predstavuje konformáciu s najvyššou energiou na ceste od jednej stoličkovej formy k druhej (ktoré sú medzi sebou energeticky ekvivalentné): nepredstavuje však trazitný stav, pretože existujú i cesty s nižšou energiou.

Niektoré molekuly je možné izolovať v niekoľkých konformáciách, pretože energetická bariéra je príliš vysoká, ako sú napríklad 2,2',6,6'-tetrasubstituované bifenyly.

Anoméry[upraviť | upraviť zdroj]

Bližšie informácie v hlavnom článku: Anomér

Anoméria pomenováva cyklické štruktúry s jednoduchými väzbami využitím ich relatívneho natočenia voči referenčnej rovine. U cis/trans a E/Z (geometrických izomérov) je nutné pomenovať substituenty na uhlíkovom atóme, ktorý vykazuje chiralitu. Anoméry majú geometrickú aj optickú izomériu (enantiomériu) na jednom alebo viacerých uhlíkoch v kruhu. Anoméry sú označované ako "alfa" alebo "axiálne" či "beta" alebo "ekvatoriálne", keď sa na cyklickú štruktúru s jednoduchými väzbami naviaže nejaký substituent. Substituenty môžu byť napríklad hydroxylová či metoxy skupina alebo iné pyranózové či furanózové kruhy. Axiálna geometrická izoméria je kolmá (90°) na referenčnú rovinu, zatiaľ čo ekvatoriálna izoméria bude mať 120° od axiálnej väzby a 30° od referenčnej roviny.[4]

Atropoizoméry[upraviť | upraviť zdroj]

Bližšie informácie v hlavnom článku: Atropoizomér

Atropoizoméry sú stereoizoméry, ktoré vznikajú kvôli obmedzenej rotácii okolo jednoduchej väzby, kde je stérická zábrana rotácie dostatočne vysoká na to, aby bola možná izolácia jednotlivých konformérov.

Ďalšie definície[upraviť | upraviť zdroj]

  • Konfiguračný stereoizomér je stereoizomér referenčnej molekuly, ktorý má opačné konfigurácie na každom stereocentre (napr. R- a S-, E- a Z-). To znamená, že premena jedného konfiguračného stereoizoméru na opačný je možné len rozbitím všetkých väzieb jednotlivých stereocentier, teda napríklad invertovaním konfigurácií niektorých alebo všetkých stereocentier danej zlúčeniny.
  • Epimér je diastereomér, ktorý má opačnú konfiguráciu na jedinom stereocentre.

Le Belov-van ’t Hoffov vzťah[upraviť | upraviť zdroj]

Le Belov-van ’t Hoffov vzťah hovorí, že štruktúra s n asymetrickými uhlíkovými atómami má nanajvýš 2n rôznych stereoizomérov. Napríklad D-glukóza je aldohexóza, ktorej vzorec je C6H12O6. Štyri uhlíky sú stereogénne, takže D-glukóza má celkom 24 = 16 stereoizomérov.

Referencie[upraviť | upraviť zdroj]

  1. IUPAC, Compendium of Chemical Terminology, 2nd ed. (the "Gold Book") (1997). Online corrected version:  (2006–) "stereoisomerism". DOI:10.1351/goldbook.S05983
  2. Columbia Encyclopedia. "Stereoisomers" in Encyclopedia.com, n.l., 2005, Link
  3. LITERÁK, Jaromír. Příklady ke Speciálnímu semináři z organické chemie I. Elportál. Brno: Masarykova univerzita, 2010. ISSN 1802-128X.
  4. Morrison and Boyd Organic Chemistry Sixth ed. pgs. 1170-1171 ISBN 0-13-643669-2

Pozri aj[upraviť | upraviť zdroj]

Zdroj[upraviť | upraviť zdroj]

Tento článok je čiastočný alebo úplný preklad článku Stereoisomerism na anglickej Wikipédii.