BUỔI 6 HOÁ LẬP THỂ • Đo năng lực triền quang. Lượng thừa một loại đối phân (%ee) Hỗn hợp tiêu triền- Sự phân tách hai đối phân • Hợp chất meso. • Các hợp chất thủ tính với trục thủ tính: Allene, biphenyl.
ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Môn học: Hoá hữu cơ 1 GS. TS. Nguyễn Kim Phi Phụng Tháng 2 năm 2017
Tính chất của năng lực triền quang ([]D, Specific rotation, Độ quay riêng) 01 Năng lực triền quang, []D, của một hợp chất nào đó là góc quay quan sát được khi đo mẫu với với nồng độ c là 1 g/mL bằng ánh sáng có bước sóng 589.6 nanomét (nm; 1 nm = 10–9 m). Ánh sáng có bước sóng 589.6 nm còn được gọi là ánh sáng vàng D của đèn sodium (Na). 0
(c )
+ 90 - 90 180
Mẫu được hòa tan vào dung môi phù hợp, với nồng độ xác định
HO HOH2C
H
H
C
C CH=O
O=HC
OH CH2OH
(S)-(-)-Glyceraldehyde
(R)-(+)-Glyceraldehyde
(A)
(B)
H2N H3C
H
H
C
C COOH
(S)-(+)-Alanine
HOOC
02
NH2 CH3
(R)-(-)-Alanine
(C)
(D)
Cho riêng mỗi một hợp chất (A), (B), (C ), (D) vào triền quang kế ….??? hỏi có làm quay ánh sáng phân cực phẳng? Dung dịch là tinh chất đối phân
Một hỗn hợp gồm 50% (A) và 50% (B) Một hỗn hợp gồm 1 mol (C) và 1 mol (D) Cho vào triền quang kế, hỏi có làm ánh sáng phân cực phẳng? Gọi tên hỗn hợp là hỗn hợp tiêu triền
Một hỗn hợp gồm 70% (A) và 30% (B) Một hỗn hợp gồm 1 mol (C) và 0.5 mol (D) Cho vào triền quang kế, hỏi có làm ánh sáng phân cực phẳng? Quay phải hay trái ? Gọi tên hỗn hợp là lượng thừa một loại đối phân
Lượng thừa một loại đối phân (enantiomeric excess ) cho biết trong dung dịch có chứa mỗi loại đối phân bao nhiêu phần trăm. Hỗn hợp chứa 75% đối phân (R) và 25% đối phân (S) Lượng thừa một loại đối phân là 75% – 25% = 50% loại R.
03
04 Cholesterol là một chất béo có ở màng tề bào của tất cả các mô trong cơ thể và được vận chuyển trong huyết tương của mọi động vật. Nguồn gốc nội sinh cholesterol: hằng ngày gan gan sản xuất từ 1,5g – 2g. Nguồn gốc ngoại sinh là từ việc ăn uống các chất mỡ động vật. Khi nồng độ cholesterol trong máu tăng gây bệnh tim mạch
Cholesterol tinh chất có năng lực triền quang là –32. Một dung dịch cholesterol có có năng lực triền quang là –16. Hỏi lượng thừa một loại đối phân trong dung dịch này? Löôïng thöøa moät Goùc quay thaät söï ño ñöôïc treân trieàn quang keá x 100 loaïi ñoái phaân %ee = Goùc quay cuûa moät tinh chaát ñoái phaân
= Cholesterol
%ee =
16 x 100 32 50%
Sự phân tách hai đối phân COOH (R) H C HO CH3 (R)-Lactic acid (50%) H HO
COO H3N-CH3 (R) H C HO CH3 Methylamonium (R)-lactate (50%)
(X)
CH3-NH2 Methylamine
CH3 C(S)
H HO
CH3 C(S)
COOH (S)-Lactic acid (50%)
CH3 C (S) COO
COOH (S)-Lactic acid (50%)
COOH (R) H C HO CH3 (R)-Lactic acid (50%)
H HO
(Y) H3N-CH3
Methylamonium (S)-lactate (50%)
COO (R) H C HO CH3
(R)C CH 3 H3N H
Một hỗn hợp gồm 05 hai đối phân (X) và (Y), có cùng tính chất vật lý là độ hoà tan vào một dung môi cụ thể nên không thể tách riêng bằng sắc ký cột silica gel
(P)
Salt (R,R)
(R)
C CH3 (R)-Phenylethylammonium (R)-lactate H2N H H (R)-1-Phenylethylamine CH3 HO C (S) (R)C CH 3 H3N COO H
(Q)
salt (R,S) (R)-Phenylethylammonium (S)-lactate
Một hỗn hợp gồm (P) và (Q) hỏi có thể tách riêng bằng sắc ký cột silica gel?
06 COOH (R) H C HO CH3 (R)-Lactic acid (50%) H HO
CH3 C(S)
COOH (S)-Lactic acid (50%)
COO (R) H C HO CH3
(R)C CH 3 H 3N H Salt (R,R)
(R)
C CH3 (R)-Phenylethylammonium (R)-lactate H2N H H (R)-1-Phenylethylamine CH3 HO C (S) (R)C CH 3 H3N COO H
R,R S,R
salt (R,S) (R)-Phenylethylammonium (S)-lactate
Hai đối phân có tính vật lý giống hệt nhau. Hai xuyên lập thể phân có tính vật lý khác hẳn nhau, (thí dụ độ hoà tan vào một dung môi hữu cơ nào đó), nhờ vậy có thể tách riêng ra
COO (R) H C HO CH3
COOH (R) H C HO CH3
+
(R)C CH 3 H3N H (R,R)
H HO
CH3 C (S) COO
(R,S)
H HO
(R)C CH 3 H23N H
(R)C CH 3 H3N H
CH3 C (S) COOH
C + H (R) N H3 N
CH3 H
HO OH H HO S i O H Si O HO Si Si Si Si O HO Si HO O H
O H
H
HO OH HO S i OH S i OH HO Si Si Si Si OH HO Si HO OH HO HO S i HO Si Si HO Si HO HO HO S i HO Si Si HO Si HO
Sắc ký thủ tính, pha tĩnh là cyclodextrin
Me Si Me Me MeOMeMe Me Si Me HO OH O Me OH Me Si O O SiOSi OH Si Me Me Me O Si O Me Si O Si Si OH Me MeHO SiSi SiSi O Me HO O O OHMe O MeOH OH O Me Si Me Me Me Me Me Me
C O
H 2N
07
Me Si Me Me Me Me Me OH O Me Si Me Si HO OH Me OO SiOO Me Si Si OOHMe Me Me Me Si O Si Si O Si Si OH Me HO Me SiSi Si HO O O OMe Me OH OH O MeSi OH OMe Me MeMe Me Me Me
OH OH S i OH Si OH OH OH OH S i OH Si Si OH OH Si
O Me Me MeMe Me Me Me Me O O OH Si O Me HO OH O Me OO Me MeHO OH Me O OH Me Me O OOH Me OH O O Me O HO O OH Me Me Me Me Me Me Me Me Me
H
C O
H 2N
Pha tĩnh thủ tính Pirkle CH3 H C H N
C O2N
O2N
(R)-Ibuprofen
O O
H
N C
OR CONHCH2-CH2-CH2 Si O O H
Pha tĩnh thủ tính để tách hai đối phân đối phân nào có những tương tác vừa khớp với pha tĩnh sẽ bị giữ lâu trong cột hơn so với đối phân kia. Thí dụ trong hình pha tĩnh giữ mạnh đối phân (R)-ibuprofen.
Khi cyclodextrin được sử dụng làm pha tĩnh, cơ chế lưu giữ các hợp chất dựa vào sự tạo phức. Thực nghiệm giống như pha đão, và chất phân tích cần phải có chứa nhân thơm nhằm bảo đảm có sự tương tác hoá lập thể giữa chất phân tích và với nhóm oxygen glycosic. Nếu không, chất cần phân tích có thể hiện diện ở những vị trí lộn xộn bên trong ống, làm hệ thống mất tính chọn lọc đối phân. Ngoài ra chất cần phân tích cũng cần có nhóm chức có thể tạo nối hydrogen với các nhóm –OH trên bề mặt của cyclodextrin https://www.google.com/search?q=chiral+column+ hplc&espv=2&biw=1024&bih=649&tbm=isch&im gil=c (05-05-2016)
08
Hợp chất meso là hợp chất tuy có chứa carbon thủ tính, nhưng do trong phân tử có mặt phẳng đối xứng hoặc có tâm đối xứng nên không có tính quang hoạt.
Hợp chất meso là hợp chất tuy có chứa carbon thủ tính, nhưng
09
do trong phân tử có mặt phẳng đối xứng hoặc có tâm đối xứng nên không có tính quang hoạt. Hợp chất nào là hợp chất meso?
Hợp chất meso
10
11 Hợp chất nào là meso trong ba hợp chất sau (X, Y, or Z)
Quay nửa phân tử ở phần trên theo trục nối C2¬C3 một góc 180° như hình
Mặt phẳng đối xứng
Các hợp chất có trục thủ tính (chiral axe) Hợp chất allene pz
pz
H
p
H
y sp2
sp 2 sp 2
C1 sp 2
sp
C2
sp
p y
H
Carbon C1 lai hoá sp2
sp 2
p y
Carbon C2 lai hoá sp
C3 sp 2 H
p y
12
H C 1 C2 C3 H
H
H Allene Phaân töû khoâng thuû tính vì coù maët phaúng ñoái xöùng
Carbon C3 lai hoá sp2
Hợp chất allene H2C=C=CH2 , R2C=C=CR’2 không thủ tính vì trong phân tử có mặt phẳng đối xứng
H
H C1
H
C2
C3
H3C
COOH C1
H
H3C
C2
C3 COOH
13
Các hợp chất có trục thủ tính (chiral axe)
Hợp chất allene chỉ có tính thủ tính khi hai carbon đầu mút mang hai nhóm thế khác nhau abC=C=Cde, với a b và d e;
C
x
C
C
y
và có thể ad hoặc ae.
C x
C
C
CH3
y
COOH
14
Cấu hình trục thủ tính không bao giờ thay đổi
Vẽ theo qui ước hình chiếu Newman (Hai nhóm R, R’ gắn vào hai đầu allene nằm trong hai mặt phẳng thẳng góc với nhau) Mắt nhìn theo trục thủ tính. Nhìn từ bên nào cũng cho cùng kết quả
C6H5 C
x C
C10H7 2
C
C6H5
y C10H7
C6H5
C6H5 4
4 C10H7 3
C10H7 1
C6H5
1 C10H7
2 C6H5 C10H7 3
15
Cách đọc cấu hình một allene thủ tính Vẽ hai đối phân ngang qua một gương phẳng C6H5
C6H5 Cx
C
Cy
C10H7
2
C6H5
C6H5
C10H7
C10H7
C6H5
3 C6H5
4
C10H7
1
C
C10H7
(aR)-Diphenyldinaphthylallene
(aR)-
C
C C10H7
C6H5
2
3 C10H7
C6H5 C10H7
1
(aS)-Diphenyldinaphthylallene
(aS)-
16 Các allene có 3 hoặc 5 hoặc một số lẻ nối đôi C=C liền kề, thí dụ abC=C=C=Cde, hai nhóm thế ở hai đầu mút hệ thống là a, b, c, d, cùng nằm trên một mặt phẳng, nên sẽ có đồng phân cis, trans. Các allene có 4 hoặc 6 hoặc một số chẵn nối đôi C=C liền kề, thí dụ abC=C=C=C=Cde, hợp chất này giống kiểu allene
H3C
H3 C
C C C CH3 H H
C C C
(aS)-Nona-2,3,4,5-tetraene
(CH2)2-CH3
H3 C C C
C
H cis-Deca-2,3,4,5,6-pentaene
H CH2CH2CH3
H
(aR)-(-)-1,3-Dimethylallene hay (aR)-(-)-Penta-2,3-diene
C C C
C C
H
H3C H2C10 11 C C C H
C C
C4 C3 C2
COOH 1 NH2
trans-2-Aminoundea-2,3,4,5,6,7,8-heptaenoic acid
Hợp chất biphenyl gồm hai nhân benzene nối với nhau bằng một nối đơn.
17
Nếu tại vị trí ortho chỉ mang những nhóm thế nhỏ (H, -CH3), hai nhân benezene có thể quay tự do chung quanh trục liên nhân, tạo ra nhiều cấu trạng tương đương,
hợp chất không có tính thủ tính. H Cl
H Cl
H H3C
H
Nếu hợp chất biphenyl mang những nhóm thế lớn, cồng kềnh tại vị trí orto, sự quay quanh nối đơn bị cản trơ, lúc bay giờ, hai mặt phẳng của nhân benzene không thể cùng nằm trên một mặt phẳng mà sẽ tạo với nhau một góc nào đó. Phân tử có trục thủ tính (trục liên nhân) và như vậy, sẽ có một cặp đối phân. O=HC HO
OH
truïc thuû tính
OH CH=O OH
CHO OH HO
HO
OH Gossypol (Trong haït boâng vaûi, gossypol hieän dieän ôû daïng hoãn hôïp hai ñoái phaân)
HO
OH
CHO OH OH
Cách đọc cấu hình một biphenyl (trục thủ tính) 3 O O22N
NO2 1
NO2
COOH COOH 2
O2N
O2N COOH
HOOC COOH
COOH O2N
18
(aS)-(-)-2,2'-Diamino 6,6'-dimethylbiphenyl
(aS)-(-)-6,6'-Dinitrobiphenyl-2,2'-dicarboxylic acid 29 - 127 (methanol)
(aR)-(+)-6,6'-Dinitrobiphenyl-2,2'-dicarboxylic acid 29 + 127 (methanol)
D
D
NO2
Vẽ theo qui ước hình chiếu Newman (Hai nhân phenyl không nằm trên cùng một mặt phẳng) Mắt nhìn theo trục thủ tính. Nhìn từ bên nào cũng cho cùng kết quả
H H33C C
H33C-O C-O H COOH
1
3
NO2 H H33C C
1
O-CH3 COOH
2
3
NO2 CH3
H3CO
COOH
4
2
19
Hợp chất có trục thủ tính CHO OH
OH
HO
CHO OH
HO
OH (aR)-Gossypol OH 1
HO 3
CH3 CH3 2
Hợp chất có trục thủ tính Cây nam sâm bò (Boerhaavia diffusa)
HO HO H3CO
O
8 7 65
D
H3C
9
C 32
OH
5''
6''
4''
O O
OHOH
1''
4
1' 2' 3' 4'
2''
OH
A
OH O
9 (aS)
HO 6''
HO H3CO
7 8 6 5
D
H3C
OH
O 9
2 3
C 4
O
5''
O O 1' 2' 3' 4'
OH 4'' 1''
OHOH 2''
OH
A
11 [Mixture of 9 (aS) and 9 (aR)]
20
Biết thêm về năng lực triền quang có tính cộng
21
Khi một dung dịch chứa nhiều hợp chất có tính quang hoạt, góc quay đo được sẽ là tổng số các góc quay gây ra bởi mỗi cấu tử của hỗn hợp. Tương tự, với một hợp chất có nhiều tâm thủ tính, góc quay đo được của hợp chất sẽ là tổng số các góc quay gây ra bởi mỗi tâm thủ tính và không biết được gì về giá trị đóng góp vào kết quả chung của từng tâm thủ tính
COOH
HO Oleanolic acid
Nhiều yếu tố ảnh hưởng đến giá trị năng lực triền quang Ánh sáng sử dụng Nhiệt độ lúc đo Chiều dài ống đo Nồng độ dung dịch đo
CH3 H HO
CH=CH 2
3-Hydroxybuta-1-ene
15 [] =+195.0 D 55 [] =+93.7 D
Ánh sáng vàng D của đèn sodium (Na), có bước sóng 589.6 nm Tác giả Baghenov (1954) đã đo hợp chất 3-hydroxybuta1-ene trong hexane ở bước sóng 334 nm.
Người ta thường đo ở 25 C vì nhiệt độ này phù hợp cho đa số hợp chất.
22
23
Khác nhau đối với ánh sáng phân cực phẳng: một hợp chất làm ánh sáng
quay phải (hữu triền) và hợp chất kia thì…... Khác nhau khi chúng tác dụng hoá học với một hợp chất khác mà có tính thủ tính
Thụ thể thủ tính trong lỗ mũi giúp phân biệt hai đối phân vì hai đối phân là hai hợp chất khác nhau (nên chúng có mùi khác nhau)
Hạt Caraway Lá cây bạc hà
BIẾT THÊM
OH
HO
+ C HO
C
H CH2 H3C
Tính chất của hai đối phân
24
HO
+
NH2
(R)-(-)-Epinephrine Natural epinephrine
H
OH CH2 H3C NH2
Complex of enzyme - substrate
Enzyme active site
HO OH
HO
C H2C
H2N CH3
H OH (S)-(+)-Epinephrine Unnatural epinephrine
C H2C
OH
OH H
does not fit the enzyme's active site
H2N CH3
Trong hệ thống sinh học, các phản ứng được xúc tác bởi các con men (enzyme, là các tác chất có tính thủ tính). Trong cơ thể người, chỉ có đối phân (+)-glucose mới được chuyển hoá hấp thu vào máu. Hoặc trong cơ thể người, có con men dehydrogenase biến đổi pyruvic acid thành (+)lactic acid và không thể biến thành (-)-lactic acid. CH3
O CH3 C COOH Pyruvic acid
Dehydrogenase
H HO
COOH
(S)-(+)-Lactic acid
25
COOCH3 H HO
(A)
C CH2 CH2 CH2-OH
COOCH3 HO H
C CH2 CH2 CH2-OH
(B)
COOH HO H
CH2 CH2 CH2-O-CH3 (C) COOCH3
H HO
(CH2)2-CH3
H3C
C
C
OH CH2 CH
C C C C C C H
H
H3C
H
(D) CH3
C C C C C C H
(CH2)2-CH3
HOOC C C C CH3 H H HOOC H C C C CH3 H
CHÚ Ý THEO DÕI
Write three-dimensional formulas for all of the stereoisomers of each of the following compounds. Label pairs of enantiomers and label meso compounds.