Isomerian lajit. Rakenne- eli konstituutioisomeria. Avaruus- eli stereoisomeria. Ketjuisomeria Funktioisomeria Paikkaisomeria

Transkriptio

1 Isomeria

2 Isomeria Yhdisteellä on sama molekyylikaava, mutta eri rakenne: siksi eri isomeereillä voi olla erilaiset fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet!!!! Esim. yhdisteellä C2H6O on kaksi isomeeriä. Piirrä ne. Miten niiden ominaisuudet eroavat toisistaan?

3 Isomeria Yhdisteellä on sama molekyylikaava, mutta eri rakenne: siksi eri isomeereillä voi olla erilaiset fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet!!!! Esim. yhdisteellä C2H6O on kaksi isomeeriä. Piirrä ne. Miten niiden ominaisuudet eroavat toisistaan?

4 Isomerian lajit Rakenne- eli konstituutioisomeria Ketjuisomeria Funktioisomeria Paikkaisomeria Avaruus- eli stereoisomeria Konformaatioisomeria Cis-transisomeria Optinen isomeria

5 Rakenneisomeria Molekyyliin liittyneiden atomien sitoutumisjärjestys erilainen Isomeerien fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet eroavat usein toisistaan Esim. dimetyylieetteri ja etanoli

6 Ketjuisomeria Isomeerien hiiliketjut erilaisia: haarat Esimerkki: C5H12 Voi olla joko pentaani, metyylibutaani tai dimetyylipropaani Niillä on kuitenkin erilaiset kiehumispisteet haaroittuneisuuden takia

7 Ketjuisomeerien lukumäärä kasvaa nopeasti, kun hiiliketjun pituus kasvaa C4H10:lla on 2, C8H18:lla 18 ja C20H42:lla yli ketjuisomeeriä

8 Funktioisomeria Sama molekyylikaava, mutta eri toiminnallinen ryhmä Siksi erilaiset kemialliset ominaisuudet Myös fysikaaliset ominaisuudet ovat usein erilaiset

9 Esimerkki: funktioisomeriaa Piirrä yhdisteiden C3H6O2 ja C3H6O eri funktioisomeereja. Miten niiden ominaisuudet eroavat toisistaan? C3H6O2 C3H6O p2

10 Dia 9 p2 Enoleja, joista ei lukiossa paljoa puhuta. Enoli-ja karbonyylimuoto vuorottelevet (kaksoissidos vaihtaa paikkaa happeen). -isomeerejä, mutta kannattaako ottaa kauheasti esille? kuvan koko kuvaa tärkeyttä. paula;

11 Esimerkki: funktioisomeriaa Piirrä yhdisteiden C3H6O2 ja C3H6O eri funktioisomeereja. Miten niiden ominaisuudet eroavat toisistaan? C3H6O2 C3H6O p3

12 Dia 10 p3 Enoleja, joista ei lukiossa paljoa puhuta. Enoli-ja karbonyylimuoto vuorottelevet (kaksoissidos vaihtaa paikkaa happeen). -isomeerejä, mutta kannattaako ottaa kauheasti esille? kuvan koko kuvaa tärkeyttä. paula;

13 Paikkaisomeria Toiminnallinen- tai sivuryhmä on eri paikassa Esim. 1-pentanoli ja 2-pentanoli. Miten niiden kemialliset ominaisuudet eroavat toisistaan? Esim. Entäpä 2-metyyli-2- propanolin ja 2-metyyli-1- propanolin ominaisuudet?

14 Stereoisomeria Molekyyleillä sama rakenne, mutta atomit suuntautuvat avaruudessa eri tavoin Fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet usein samankaltaiset Kuitenkin eroja esim. elimistössä: teho lääkeaineena voi olla aivan eri! Syynä entsyymit: niiden aktiivinen kohta saattaa sitoa vain tietyn muotoista molekyyliä

15 Konformaatioisomeria Stereoisomerian alalaji Hiiliketjut eri asennoissa Sigmasidokset pystyvät kääntymään akselinsa ympäri, piisidos estää kääntymisen Siksi tyydyttneillä hiiliketjuilla lukemattomia eri konformaatioita: niitä ei yleensä huomioida isomeereiksi tehtävissä eikä sitä huomioida yhdisteen nimessä

16 Jotkut konformaatiot ovat kuitenkin muita pysyvämpiä Esim. sykloheksaanilla on tuoli- ja venemuoto

17 Cis-trans-isomeria Esiintyy yhdisteillä, joiden hiiliketjussa on kaksoissidoksia tai rengasrakenteita Cis-muoto: tietyt ryhmät samalla puolella Trans: tietyt ryhmät eri puolilla

18 Esiintyykö 1,2-diklooribentseenillä cistransisomeriaa?

19 Cis-transisomerialla on vaikutusta: esim. trans-rasvahapot ovat tyydyttyneen kaltaisia, cis-rasvahappoja pidetään terveellisinä

20 Lisää cis-transisomeriaa käytännössä Cis-trans-isomeriamuutoksia tapahtuu myös silmän aistinsoluissa Valon vaikutuksesta 11-cis-reitnaali muuttuu trans-muotoon monimutkaisen mekanismin kautta näköaistimus

21 Muiden kuin hiilirunkojen cistrans-isomeria Esim. peptidisidoksella voi olla cis-transisomeriaa Trans-muoto yleisempi Tehtävä: kumpi cis, kumpi trans?

22 Optinen isomeria Optiset isomeerit ovat toistensa peilikuvia Eri optiset isomeerit kääntävät eri suuntaan polarisoitua valoa Niillä on kiraliakeskus Kiraliakeskuksen hiiliatomissa on kiinni 4 erilaista ryhmää Monimutkaisissa biomolekyyleissä on usein useita kiraliakeskuksia, mutta kuitenkin jo 2-butanolilla on 1 kiraliakeskus!

23 Nimetään joko R- tai S-isomeereiksi konfiguraation mukaan. Molekyylillä on optisia isomeerejä 2 n, jossa n on kiraliskeskusten määrä

24 Solujen reaktioihin osallistuu usein vain yhtä optista isomeeriä, vaikka biomolekyyleillä on useita eri optisia isomeerejä tarpeeton isomeeri esim. lääkeaineena voi olla hyödytön (ibuprofeenin eri muodot, kuva) tai jopa haitallinen (talidomidin eri muodot)

25 Myös penisilliinin toiminnassa stereoisomeria näkyy. Antibiootti toimii vain D-alaniinin peptidisidoksissa joita esiintyy bakteerien soluseinämissä, mutta ei ihmissolujen. Antibiootit pystyvät tappamaan vain bakteereja, eivät ihmistä, koska ihmisellä ei ole näitä D-muotoisia aminohappoja.

26 Raseemisuus Raseemisessa seoksessa yhtä paljon eri optisia isomeerejä Se on siis optisesti inaktiivinen Laboratoriovalmisteissa usein näin, mutta esim. elimistö tuottaa ja käyttää vain tiettyä muotoa Esim. sokerit ovat yleensä D-muotoa Eri optisten isomeerien puhdistus toisistaan usein vaikeaa, muttei mahdotonta

27 Tehtävä a) Mihin yhdisteryhmiin kokaiini voidaan luokitella? b) Etsi kiraliakeskukset ja merkitse ne tähdellä. c) Mitkä on kokaiinin molekyylikaava? d) Piirrä molekyylit, jotka syntyvät kokaiinin täydellisessä hydrolyysissä.

28 a) amiineihin, estereihin ja aromaattisiin yhdisteisiin. c) C17H21NO4 d)

29 YOS1996 Tehtävä Oheisessa kuvassa on esitetty piparminttuöljyn aromiaineen, mentolin kaava. a) Mitä funktionaalisia ryhmiä yhdisteessä on? b) Esiintyykö mentolilla konformaatioisomeriaa? c) Montako asymmetristä hiiliatomia mentolimolekyylissä on? d) Laadi sen yhdisteen rakennekaava, joka muodostuu mentolia hapetettaessa.

30 Vastaus a&b a) Mentolissa on vain yksi funktionaalinen ryhmä, hydroksyyliryhmä. b) Mentolilla esiintyy konformaatioisomeriaa, koska siinä on yksinkertaisin C C-sidoksin muodostunut kuusirengas, joka voi taipua tuoli- tai venemuotoon. Lisäksi mentolissa on isopropyyliryhmä, joka voi kiertyä eri asemaan renkaaseen nähden. (Kaikki renkaaseen liittyneet ryhmät tai atomit voivat olla joko aksiaalisesti tai ekvatoriaalisesti suuntautuneita. Muodosta toiseen siirtyminen tapahtuu renkaan vääntyessä.

31 Vastaus c&d c) Mentolissa on kolme asymmetristä hiiliatomia. Asymmetrinen hiiliatomi on sitoutunut neljään erilaiseen ryhmään tai atomiin. (Merkitty kuvaan tähdellä.) d) Mentolia (A) hapetettaessa syntyy ketoni, mentoni (B).

32 Tehtävä YOK1996 Erään aminohapon todettiin sisältävän 36,1 massa-% hiiltä, 5,3 massa-% vetyä, 10,5 massa-% typpeä ja loput happea. Osmoottisen paineen mittaukseen perustuvan menetelmän avulla aineen moolimassan arvioitiin olevan välillä g/mol. a) Määritä yhdisteen empiirinen kaava (suhdekaava) ja molekyylikaava. b) Laadi yhdisteen mahdolliset rakennekaavat, kun siinä todettiin olevan kaksi karboksyyliryhmää. c) Mikä näistä rakenteista on mahdollinen, kun lisäksi havaittiin, että aine oli optisesti aktiivinen?

33 Vastaus a a) Lasketaan aluksi yhdisteen alkuaineiden ainemääräsuhteet prosenttisen koostumuksen perusteella. Ajatellaan, että prosenttiosuudet vastaavat alkuaineen massaa 100 g:n näytteessä. n = m : M Aine Osuus m g M g/mol n mol C 36,1 % 36,1 12,01 3,0 H 5,3 % 5,3 1,008 5,3 N 10,5 % 10,5 14,01 0,75 O 48,1 % 48,1 16,00 3,0 Alkuaineiden ainemäärien suhde C : H : N : O = 3,0 : 5,3 : 0,75 : 3,0 Sievennetään jakamalla 0,75 :llä: 4 : 7 : 1 : 4 Empiirinen kaava (C 4 H 7 NO 4 ) k Arvolla k = 1, M(C 4 H 7 NO 4 ) = 133 g/mol, mittaustulos on g/mol Molekyylikaava C 4 H 7 NO 4

34 Vastaus b&c b) Aminohapon mahdolliset rakennekaavat c) Vasemmanpuoleinen kaava esittää optisesti aktiivista yhdistettä. Asymmetrinen hiiliatomi on merkitty tähdellä kaavaan.