6.9: Стереохімія молекул з трьома або більше асиметричними вуглецями

Last updated
Save as PDF

Page ID: 23623

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Мета навчання

інтерпретувати стереоізомерію сполук з трьома і більше хіральними центрами

Можлива кількість стереоізомерів

Загалом структура з n стереоцентрами матиме 2 ⁿ різних стереоізомерів. (Ми поки що не розглядаємо стереохімію подвійних зв'язків — це настане пізніше). Для прикладу розглянемо молекулу глюкози в її формі з відкритим ланцюгом (нагадаємо, що багато молекули цукру можуть існувати як в відкритій, так і в циклічній формі). Існує два енантіомери глюкози, звані D-глюкозою і L-глюкозою. D-енантіомер - це загальний цукор, який наш організм використовує для отримання енергії. Він має n = 4 стереоцентрів, тому існує 2 ⁿ = 2 ⁴ = 16 можливих стереоізомерів (включаючи саму D-глюкозу).

У L-глюкози всі стереоцентри інвертовані щодо D -глюкози. Це залишає 14 діастереомерів D-глюкози: це молекули, в яких хоча б один, але не всі, стереоцентри інвертовані щодо D-глюкози. Один з цих 14 діастереомерів, цукор під назвою D -галактоза, показаний вище: у D-галактози один з чотирьох стереоцентрів інвертований щодо D-глюкози. Діастереомери, які відрізняються лише одним стереоцентром (з двох і більше), називаються епімерами. D-глюкозу і D-галактозу, таким чином, можна віднести до епімерів, а також діастереомерів.

Епімерний термін корисний тим, що в біохімічних шляхах сполуки з декількома хіральними центрами ізомеризуються в одному конкретному центрі ферментами, відомими як епімерази. Нижче наведено два приклади реакцій, що каталізуються епімеразою.

альт

Тепер давайте поширимо наш аналіз на молекулу цукру з трьома хіральними центрами. Перебираючи всі можливі комбінації, придумуємо вісім загальних стереоізомерів - чотири пари енантіомерів.

альт

Давайте намалюємо стереоізомер R R R. Обережно, щоб правильно намалювати клинові зв'язки, щоб вони відповідали конфігураціям R R R R, отримуємо:

альт

Тепер, використовуючи вищевказаний малюнок в якості нашої моделі, намалювати будь-який інший стереоізомер легко. Якщо ми хочемо намалювати енантіомер R R R, нам не потрібно намагатися візуалізувати дзеркальне відображення, ми просто починаємо з структури R R R і інвертуємо конфігурацію в кожному хіральному центрі до отримати S S S.

альт

Спробуйте зробити моделі R R R і S S і підтвердіть, що вони насправді є непереборними дзеркальними відображеннями один одного.

Існує шість діастереомерів R R R R. Щоб намалювати один з них, ми просто інвертуємо конфігурацію хоча б одного, але не всіх трьох, хіральних центрів. Давайте інвертуємо конфігурацію в хіральному центрі 1 і 2, але залишимо хіральний центр 3 без змін. Це дає нам конфігурацію S S R.

альт

Ще одне визначення на цьому етапі: діастереомери, які відрізняються лише в одному хіральному центрі, називаються епімерами. Наприклад, R R R і S R R - це епімери :

альт

Стереоізомери R R і S S R, показані раніше, є діастереомерами, але не епімерами, оскільки вони відрізняються у двох з трьох хіральних центрів.

Приклад\(\PageIndex{1}\)

Намалюйте структуру енантіомеру стереоізомеру S R S цукру, використовуваного в попередньому прикладі.
Перерахуйте (використовуючи формат X X X, не малюючи структури) всі епімери S R S.
Перерахуйте всі стереоізомери, які є діастереомерами, але не епімерами, S R S.

Рішення вправ

Рішення

Додайте сюди текст.

Приклад\(\PageIndex{2}\)

Цукор нижче - один із стереоізомерів, які ми обговорювали.

альт

Єдина проблема полягає в тому, що він малюється вуглецевим хребтом в іншій орієнтації, ніж ми бачили. Визначте конфігурацію в кожному хіральному центрі, щоб визначити, який стереоізомер це.

Вправа\(\PageIndex{3}\)

Намалюйте енантіомер ксилулозо-5-фосфатної структури на попередньому малюнку.

Вправа\(\PageIndex{4}\)

Будова амінокислоти D-треонін, намальована без стереохімії, показано нижче. D-треонін має конфігурацію (S) в обох своїх хіральних центрах. Намалюйте D-треонін, це енантіомер, і два його діастереомери.

альт

Відповідь: Рішення вправ

Порівняння стереоізомерії зі структурною ізомерією

D-глюкоза і D-фруктоза не є стереоізомерами, оскільки мають різну зв'язувальну зв'язність: глюкоза має альдегідну групу, тоді як фруктоза має кетон. Однак два цукру мають однакову молекулярну формулу, тому за визначенням вони є конституційними ізомерами.

альт

D-глюкоза і D-рибоза не є ізомерами будь-якого виду, оскільки мають різні молекулярні формули.

альт

Вправа 5: Визначте взаємозв'язок між кожною парою структур. Ваш вибір: не ізомери, конституційні ізомери, діастереомери, але не епімери, епімери, енантіомери або та сама молекула

альт

Вправа 6: Визначте взаємозв'язок між кожною парою структур. Підказка - з'ясувати конфігурацію кожного хірального центру.

альт

Рішення вправ

Відеоурок Академії Кан про стереоізомерні відносини

ParseError: invalid DekiScript (click for details)

Callstack:
    at (Хімія/Органічна_хімія/Карта:_Органічна_хімія_(Wade)/06:_Стереохімія_та_тетраедричні_центри/6.09:_Стереохімія_молекул_з_трьома_або_більше_асиметричними_вуглецями), /content/body/div[3]/p[11]/span, line 1, column 1