Lezione 2_1 PDF

ISOMERIA 1. Oggetto/molecola chirale: NON sovrapponibile alla sua immagine speculare (ENANTIOMERO) 2. DIASTEREOISOMERI: i. configurazionali che NON sono enantiomeri 3.Tipico centro CHIRALE o STEREOGENICO: atomo di carbonio tetraedrico con 4 sostituenti diversi 4. Enantiomeri sono...

ISOMERIA 1. Oggetto/molecola chirale: NON sovrapponibile alla sua immagine speculare (ENANTIOMERO) 2. DIASTEREOISOMERI: i. configurazionali che NON sono enantiomeri 3.Tipico centro CHIRALE o STEREOGENICO: atomo di carbonio tetraedrico con 4 sostituenti diversi 4. Enantiomeri sono composti diversi e hanno nomi diversi 5. NOMENCLATURA R,S (indica la configurazione assoluta) regole Cahn-Ingold-Prelog 6. Topicità Consideriamo 2 sostituenti uguali (X) di un carbonio tetraedrico che si trova su un piano (rosso) che contiene gli altri due sostituenti (R). I due gruppi X (blu) si verranno a trovare 1 sopra e 1 sotto il piano (rosso). E' importante stabilire la relazione reciproca tra i 2 sostituenti X (cioè la topicità) in quanto questo ci permette di descriverne la reattività, e anche di identificare il caso in cui il carbonio tetraedrico in questione sia PROCHIRALE, cioè non sia chirale (perchè ha 2 sostituenti uguali X), ma, in seguito a reazione, puà diventare chirale (come nei composti organici bioattivi). I due sostituenti X saranno tra loro: omotopici, enantiotopici, o diastereotopici, a seconda della natura degli altri sostituenti R del carbonio tetraedrico, come descritto qui sotto. PROPRIETA' DEGLI ENANTIOMERI Gli enantiomeri hanno: 1. stesse proprietà chimico-fisiche: punto ebollizione, punto di fusione, densità, indice di rifrazione, ecc. Invece i diastereoisomeri o diastereomeri hanno diverse proprietà (p.e., p.f., solubilità, ecc.) e pertanto sono più facilmente separabili 2. Differenti direzioni di rotazione della luce polarizzata (attività OTTICA). NB: NON c’è correlazione tra configurazione R,S e +,- ATTIVITA’ OTTICA: 1. le molecole chirali sono in grado di ruotare il piano della luce polarizzata 2. sono dette "otticamente attive" 3. effetto si misura con il POLARIMETRO 4. si definisce «potere rotatorio» α l’angolo di cui viene ruotato il piano della luce polarizzata 5. enantiomeri ruotano la luce polarizzata dello stesso angolo ma in direzioni opposte 3. Differenti interazioni con composti e ambienti chirali: enzimi, recettori (sapore, odore, ecc.), ANALISI di MISCELE DI ENANTIOMERI Se svolgiamo una reazione stereoselettiva, ad esempio per sintetizzare un composto organico chirale bioattivo, purtroppo non sempre ottengo solo il prodotto desiderato al 100% (enantiopuro), bensì una miscela di due prodotti, che potrebbero essere enantiomeri tra di loro (o diastereomeri, a seconda della natura del reagente e della topicità dei sostituenti del centro su cui effettuo la reazione). In quel caso, occorre: 1. Calcolare eccesso enantiomerico 2. Determinare la configurazione assoluta del prodotto maggioritario CALCOLO DELL'ECCESSO ENANTIOMERICO o più semplicemente ee = differenza tra % enantiomeri Tuttavia già da diversi anni si è aperto un dibattito sull'abbandono dell'uso di ee e la sua sostituzione con altri valori più significativi. Ad esempio, il rapporto enantiomerico, ma di fatto, l'ee è ancora largamente usato. 2. La CARATTERIZZAZIONE di una miscela di enantiomeri si può fare in diversi modi, e cioè: 1. Su enantiomeri NON separati (ad es. HPLC o GC chirale, polarimetria) 2. Su enantiomeri separati ( ad es. GC chirale, polarimetria) 3. Su derivati diastereoisomeri NON separati (ad es. NMR) 4. Su derivati diastereoisomeri separati (ad es. NMR) OGNI TECNICA HA VANTAGGI/SVANTAGGI ed ERRORI Tipicamente le tecniche usate sono 3: polarimetria, cromatografia chirale, ed NMR. Polarimetria La polarimetria è semplice ma non è nè molto precisa nè affidabile. Sperimentalmente si basa sul confronto del potere ottico rotatorio di un campione con un valore di riferimento. Dal punto di vista teorico, implica una relazione lineare tra il potere rotatorio e la composizione enantiomerica. Tuttavia ci possono essere numerose fonti di errore dovuta all'effetto di diversi solventi o impurezze. Cromatografia chirale Uno dei vantaggi è che si può effettuare direttamente sulla miscela di enantiomeri, ed è una tecnica altamente precisa ed affidabile. Tipicamente si fa in fase liquida (HPLC), oppure in fase gas (GC) per campioni volatili. Può anche essere accoppiata ad un rivelatore di massa (LC-MS o GC-MS). Questa tecnica ha una elevata sensibilità. Inoltre l'ordine di eluizione dei composti può fornirci indicazioni sulla configurazione assoluta (se nota per un riferimento che può essere uno degli enantiomeri oppure una serie di composti analoghi). La cromatografia chirale si basa sulla interazione tra la miscela da analizzare presente nella fase mobile e la fase stazionaria CHIRALE, basandosi sulla regola dei 3 punti di attacco (se ci fossero interazioni minori e più semplici, non sarebbe possibile differenziare i 2 enantiomeri). In tali punti, avvengono tipicamente delle interazioni deboli, come ad es. legami H, interazioni di van der Waals, stacking aromatico... Le colonne chirali tipicamente si basano su fasi stazionarie contenenti composti come le ciclodestrine, che interagiscono con l'analita tramite processi di inclusione (interazioni deboli di tipo "host-guest"). In pratica le ciclodestrine sono dei carboidrati (oligosaccaridi ciclici) che possono essere rappresentati come un "cilindro" cavo, in cui l'analita (cioè uno dei due enantiomeri) può temporaneamente inserirsi, o essere "incluso". Di fatto, se uno dei 2 enantiomeri è trattenuto dalle ciclodestrine in modo preferenziale, il suo percorso cromatografico sarà rallentato rispetto all'altro enantiomero, e potrò separare i 2 composti. NMR (chiral auxiliaries) Essendo equivalenti per simmetria due enantiomeri danno spettri NMR identici. Tuttavia in presenza di un agente enantiopuro che interagisce in modo non-covalente con gli enantiomeri, questi possono dare dei segnali diversi dalla cui integrazione si può risalire all’ee. I due principali tipi di additivi chirali enantiopuri sono: 1. CHIRAL SHIFT REAGENTS (CSR) Ad es. leganti (derivati della canfora); derivati dei lantanidi (Eu, Yb) che formano complessi ottaedrici 2. CHIRAL SOLVATING AGENTS (CSA) Ad es. lattoni o ammine con sostituenti aromatici, per cui quando l'analita stabilisce delle interazioni deboli con questi composti, alcune parti di esso si possono trovare in prossimità dell'anello aromatico del CSA e risultare schermate (shielded) rispetto ad altre.