5-STEREOİZOMERİZM-2023-2024 PDF

Dr. Öğr. Üyesi Muhammet ÇELİK TIBBİ BİYOKİMYA AD  Biyomoleküllerin fonksiyonları molekülün 3 boyutlu yapısı ve uzaydaki duruş şekline göre değişmektedir. Üç boyutlu yapının çeşitli faktörlere bağlı olarak değişmesi fonksiyon açısından çok önemlidir. İlaçların etkileri ve yan etki...

Dr. Öğr. Üyesi Muhammet ÇELİK TIBBİ BİYOKİMYA AD  Biyomoleküllerin fonksiyonları molekülün 3 boyutlu yapısı ve uzaydaki duruş şekline göre değişmektedir. Üç boyutlu yapının çeşitli faktörlere bağlı olarak değişmesi fonksiyon açısından çok önemlidir. İlaçların etkileri ve yan etkileri de molekülün üç boyutlu yapısına bağlıdır. Stereokimya moleküllerin üç boyutlu yapılarını, atomların moleküldeki düzenlerini ve uzaysal dizilişlerini inceler.  Bir molekülü oluşturan atomların çeşit ve sayılarını gösteren formüllere molekül formülü ya da kapalı formül denir. Bir moleküldeki atomların dizilişi ve bağlarının gösterildiği formüle yapı formülü veya açık formül denir.  Kapalı formülleri (molekül formülleri) aynı, açık formülleri (yapı formülleri) farklı olan bileşiklere izomer adı verilir.  Karbon sayısı arttıkça izomer sayısı da artmaktadır. Karbon Molekül Yapısal İzomer Sayısı Formülü Sayısı 4 C4H10 2 5 C5H12 3 6 C6H14 5 7 C7H16 9 8 C8H18 18 9 C9H20 35 10 C10H22 75  Yapısal İzomer Steroizomer Tanım Kimyasal formül aynı Kimyasal formül ve atomik Atomik düzenlemeler farklı düzenlemeler aynı, Uzaysal düzenlemeler (diziliş) farklı Atomların Farklı atomik düzenlemeler Aynı atomik düzenlemeler düzenlenmesi Asimetrik Asimetrik karbon atomu yok. Asimetrik karbon atomu var Karbon Özellikler Fiziksel ve kimyasal Fiziksel ve kimyasal özellikleri özellikleri çok farklıdır göreceli olarak birbirine benzerdir A-YAPISAL İZOMERİZM Yapısal izomerler; kimyasal formülleri aynı, fakat atomik düzenlemeleri farklı olan organik moleküllerdir. Başka bir değişle moleküler formülleri aynı, yapısal formülleri farklı olan bileşiklerdir. Fiziksel ve kimyasal özellikleri çok farklıdır. 1. Zincir İzomerizmi 2. Pozisyon (Konum) İzomerliği 3. Fonksiyonel Grup İzomerizmi 1. Zincir İzomerizmi İzomerler aynı fonksiyonel gruplar içeren fakat farklı tip karbon zincirine sahip olan bileşiklerdir. Örnek: Bütan (C4H10) 2. Pozisyon (Konum) İzomerliği İzomerler aynı fonksiyonel gruplara sahiptir, fakat fonksiyonel grubun yeri/konumu farklıdır. Örnek: C3H8O 3. Fonksiyonel Grup İzomerizmi İzomerler farklı fonksiyonel gruplara sahiptirler. Kimyasal ve fiziksel özellikler farklıdır. Örnek: C3H6O B-STEREOİZOMERİZM Stereoizomerler aynı kimyasal formül ve atomik düzenlemeye sahip olan fakat farklı uzaysal düzenlemelere sahip olan organik bileşiklerdir. Fiziksel ve kimyasal özellikleri birbirine benzerdir. 1-Geometrik izomerler 2-Optik izomerler 1.Geometrik İzomerizm (Cis-trans İzomerizm) Halkasal(siklik) bileşiklerde ve çift bağlarda (alkenler) grupların kısıtlı rotasyonuna bağlı olarak ortaya çıkar. Bu tip stereoizomerizme, klasik terminolojide cis-/trans- izomerisi adı verilir. Çift bağın çevresindeki atom veya atom grupları aynı tarafta ise cis-izomer, zıt tarafta ise trans-izomer söz konusudur:  Çift bağ taşıyan bileşiklerde bu izomerden söz edebilmek için çift bağlı karbonlardan sağ taraftaki C farklı iki atom veya grup, sol taraftaki C ise bu gruplardan en az biri sağdaki ile aynı olmak üzere farklı iki grup taşımalıdır.  Halkalı bileşiklerde benzer gruplar düzlemin aynı tarafında ise cis-, karşı taraflarında ise trans- diye isimlendirilir.  Alkanlarda C ile C arasında tek bağ olduğundan tek bağ bir dönme ekseni olabileceğinden atom grupları bu eksen etrafında kolaylıkla dönebilirler. Alkenlerde ise karbonlar arasında ikili bağ, bağ etrafındaki dönmeleri engeller. Bu durum aklenlerde cis- trans izomerliğinin ortaya çıkmasına neden olur. Cis-trans izomerlerden biri diğerine dönüşürken kovalent bağ kopması olmaktadır.  Bir molekülde bir veya birkaç kovalent bağ koparak molekül yeniden düzenlenirse bu değişime konfigürasyon değişimi denir.  Kovalent bağ kopmaksızın bağlı grupların dönebilen tek bağlar etrafında yönelişlerinin değişmesine konformasyon değişimi denir. Bu şekilde oluşan izomerler konformer diye adlandırılır. E,Z İsimlendirme Sistemi Çift bağ karbonlarına üç ya da dört değişik grup bağlandığında, izomerler (E-),(Z-) sistemine göre belirlenir. Bu sistemde çift bağ karbonundaki grupların öncelikleri belirlenir. Her birine öncelik numarası verilir. Önceliği en fazla olan grup 1 numara ile gösterilir. Atom numarası büyük olan atom önceliklidir. Öncelik sıralaması I > Br > Cl >F > O> C > H ; -COOH > -CO- > -CHO > -CH3 şeklindedir.  Çift bağ karbonlarında daha öncelikli gruplar aynı yönde ise Z, farklı yönde ise E diye isimlendirilir. 2.Optik İzomerler (Enantiomerler) A-Enantiyomerler: Birbirinin ayna görüntüsü olan stereoizomerler B-Diasteromerler: Birbirinin ayna görüntüsü olmayan stereoizomerler  Birbirinin ayna görüntüsü olan ve kendi ayna görüntüsü ile çakışmayan stereoizomerlere enantiyomerler adı verilir. Asimetrik karbon Atomu Bir karbon atomuna 4 farklı grup veya atom bağlıysa, bu tür C atomuna asimetrik (Chiral) C atomu denir. Asimetrik C atomuna Chiral(kiral) merkez adı verilir. ASİMETRİK (KİRAL) KARBON ATOMU  Kendi ayna görüntüleriyle çakışmayan, dolayısıyla iki enantiyomerik formda bulunabilen moleküllere kiral molekül adı verilir. KİRAL MOLEKÜL AYNA GÖRÜNTÜSÜ ÜSTÜSTE ÇAKIŞMAZLAR ENANTİOMERLER  Birbirinin ayna görüntüsü olan enantiyomerlerin fiziksel ve kimyasal özellikleri aynıdır. Yalnızca; polarize ışığı çevirme yönü bakımından farklıdırlar.  Polarize ışığın düzlemini sağa veya sola çeviren bileşiklere optikçe aktif bileşikler denir. Polarize ışığın elde edilmesinde ve optikçe aktif bileşiğin polarize ışık düzlemini çevirme açısını ölçmede polarimetre adı verilen cihazlar kullanılır. Polarimetre  Bir bileşikte asimetrik (kiral) karbon atomunun varlığı, optik aktivite sağlar. Optik izomerler, düzlemsel polarize ışık demetini sağa veya sola döndürüp döndürmemelerine bağlı olarak; -Dekstrorotator (+) -Levorotator (-) olarak adlandırılır.  Işık sağa dönerse, optik izomere dekstrorotator denir ve (+) veya (d) ile gösterilir. Işık sola dönerse, optik izomere levorotator denir ve (-) veya (l) ile gösterilir. Sağa ve sola çeviren izomerleri eşit oranda (%50+%50) içeren karışımlara rasemik karışımlar denir. (d,l), (±) işaretleri veya (rac) kısaltması ile gösterilir. Bu karışımlar polarize ışığı çevirmezler.  Birden fazla asimetrik C atomuna sahip moleküllerde birbirinin ayna görüntüsü olmayan izomerlere diasteromer denir. ENANTİOMER DİASTEROİZOMER ENANTİOMER Zincir veya halka yapıları aynı olup sadece bir tane asimetrik karbon atomu üzerindeki grupların(H ve OH) konumlarının farklı olması sonucu oluşan izomerlere epimer denir. D-MANNOZ D-GLUKOZ D-GALAKTOZ C2 EPİMERİ C4 EPİMERİ D-L İsimlendirme Sistemi Optikçe aktif bileşiklerin adlandırılması asimetrik C atomuna bağlı atom veya grupların konfigürasyonları (uzaydaki dizilişleri) esas alınarak yapılır. Tek bir asimetrik C atomu olan gliseraldehit molekülü referans alarak adlandırma yapılır. Asimetrik C* atomu çevresinde dört grubun düzenlenme sırası, o atom çevresinde mutlak konfigürasyon olarak adlandırılır. Gliseraldehite göre mutlak konfigürasyonlar D ve L olarak isimlendirilir.  Fonksiyonel grup; -Sağda ise D -Solda ise L olarak adlandırılır. En uzakta olan asimetrik karbon atomu  D ve L, gliseraldehite göre mutlak konfigürasyonu gösterir. Polarize ışığı çevirme yönü hakkında bilgi vermez. Enantiyomerin mutlak konfigürasyonu ile polarize ışığın düzlemini çevirme yönü arasında bir ilişki yoktur. D(+), D(-) veya L(+), L(-) olabilir. R,S isimlendirme sistemi Enantiyomerlerin isimlendirilmesi R,S sistemine göre kiral merkez etrafındaki konfigürasyon (R)- ve (S)- olarak belirtilerek yapılmaktadır. Kiral karbon etrafındaki her gruba öncelik numarası verilir. Öncelik sırasının belirlenmesi: Atom numarası en yüksek olan atom önceliğe sahiptir ve 1 olarak işaretlenir. ( H < C < N < O < Cl) (CH3 < CHO < CO< COOH) (R) veya (S) ? 3 Boyutta, molekül en düşük önceliğe sahip olan grup arkaya gelecek şekilde çevrilir. Daha sonra 1 den 2 ye ve sonra 3 e doğru giden yol okla belirtilir. Dönüş yönü saat ibresi ile aynı ise bu konumdaki konfigürasyon R; Dönüş yönü saat ibresi ile zıt ise konfigürasyon S dir.  Molekülün polarize ışığı çevirme yönünü (+) ve (-) gösterir, R ve S çevirme ile ilgili bilgi vermez.  Biyolojik sistemlerde moleküler etkileşimler (enzim- substrat, hormon-reseptör, antijen-antikor. gibi) stereospesifiklik gösterir. 2 biyomolekülün etkileşiminde; etkileşimin tam olabilmesi için her ikisinin de uygun üç boyutlu yapıda olması gerekir.  Bağlama bölgeleri sadece bir stereoizomere özgüdür. Canlı sistemlerde şiral moleküllerin genel olarak yalnız bir tipi kullanılır. Örneğin; Proteinlerdeki amino asitler sadece L formunda bulunurken Karbonhidratların yapısını oluşturan glukoz üniteleri D formunda bulunur. Bir moleküldeki stereoizomer sayısı; Asimetrik C atomu ile ilişkilidir ve 2 formülü ile hesaplanır n (n= asimetrik C atomu).