Ezek a megjegyzéseim a Harvard’s Chemistry 20: Organic Chemistry kurzus 15. előadásából, amelyet Dr. Ryan Spoering tartott 2015. március 6-án.

Optikai forgatás

Az a tény, hogy az enantiomerek differenciálisan forgatják a polarizált fényt, hasznos tulajdonság egy keverék összetételének meghatározásában, amely a racém (50/50) és a tiszta (az összes egy enantiomer).

Királis molekulák esetén megkeresheti a 20D nevű értéket. A 20D azt jelenti, hogy 20 ° C-on 1 dm hosszúságú forgást végezünk nátriumfényben, ahol λ = 581 nm (a nátrium D-vonala, ezért a D). Ez a mennyiség a c = g / ml koncentráció és l = út hossz paramétereivel együtt lehetővé teszi a tényleges α forgatás levezetését a 20D = α / (cl) egyenlet alapján.

arány	α	ee
100: 0	+12	100%
90:10	+9,6	80%
50:50	0	0%

Ne feledje, hogy egy 90:10 arányú keverékben a 10 megsemmisíti a 10-et a 90-ből, így a 100: 0 keverékben elforgatásnak csak 80% -át érheti el 80-ért % ee.

Pasteur és borkősav

1848-ban Pasteur két látszólag rokon anyagot, a borkősavat és a racém savat tanulmányozta. A borkősav természetes anyag, amely időnként kikristályosodik a borból, és de torzító. A racémsav ipari melléktermék volt, amely minden tekintetben azonos volt a borkősavval, csakhogy nem volt optikai forgása. Pasteur vitalista volt, és nagyon érdekelte annak fizikai megalapozása, hogy mi különbözteti meg az életet a nem élettől. Gyanította, hogy az optikai forgatás a létfontosságú erőre jellemző, mivel sok természetes termék optikailag aktív, míg a szintetikus termékek szinte soha nem voltak.

Pasteur szintetizálta a nátrium-ammónium-racém savat, majd kristályosította. Halmot alkotott két különböző típusú kristályból, amelyek makroszkopikusan megkülönböztethetők voltak. Egy csipesszel és egy primitív 1848-as mikroszkóppal valójában szétválaszthatta a halmot két különálló kristálykupacba, amelyek makroszkopikus tükörképek voltak. Ha ezután újra feloldja a két cölöpöt, akkor mindegyik optikailag aktív, de ellentétes irányban.

Ma már tudjuk, hogy nagyon kevés racém keverék viselkedik így. A túlnyomó többség racém kristályt képez; csak egy maroknyi alak választja el a kristályokat. Sőt, ennek ismeretében is valóban nehéz megismételni Pasteur kísérletét.

A borkősav és annak enantiomerje hiányzik a sík szimmetriájáról, bár mindegyiknek kétszeres rotációs szimmetriája van. Nincs olyan sík, amelyen keresztül tükrözheti a borkősavat, és még mindig ráhelyezheti. Így a molekula királis. Ha azonban elképzeled, hogy a z tengely kilóg a képernyőről, akkor a molekulát 180 ° -kal elforgathatod a tengely körül, majd ráhelyezheted. Ezt nevezzük C2 szimmetriának. A borkősavnak van egy mezo-borkősavnak nevezett diasztereomerje is. Ennek a molekulának valóban van egy szimmetriasíkja, ezért achirális. Általában minden ilyen vegyületet, amelynek sztereogén szénatomjai vannak, de szimmetriasíkja is, mezo-vegyületnek nevezzük.

Sztereospecifitás a szintézisben

Három fő stratégia létezik egyetlen enantiomer előállítására. Ma egy híres példát fogunk megvitatni, amely a három módszer közül kettőt érinti:

Az emberek, például Walter White , akik tiszta dextrometamfetamint kívánnak szintetizálni kereskedelmi célú értékesítés céljából, két módszert fejlesztettek ki: a királis medencét és a felbontást.

Királis medence

A királis medence módszerében sztereogén centrumokat lop el a természettől. A természet hatalmas királis molekulákat kínál számunkra, amelyeket kiindulási anyagként felhasználhatunk. Dekstrometamfetamin esetén kiindulhat (-) – efedrinből vagy (+) – pszeudoefedrinből, és egy nagyon veszélyes reakcióval eltávolíthatja a hidroxilcsoportot:

Felbontás

Mivel a kábítószer-végrehajtási erőfeszítések egyre nehezebbé teszik a nagy mennyiségű pszeudoefedrin megszerzését, az emberek inkább a megoldási módszer felé fordultak. Ebben a módszerben először egy racém keveréket szintetizál:

Ezután szétválasztja egy enanti tiszta molekula, például (+) hozzáadásával. )-borkősav. (+) – a borkősav minden enantiomerrel sókat képez, de a két só fizikai tulajdonságai eltérnek, ezért óvatos körülmények között csak a dextrometamfetamin kristályosodhat.

Ez azonban pazarló, mivel legjobb esetben is 50% -os hozamot kap, és a gyakorlatban nehéz még ennyit is elérni.

Kiralitás sztereogén szén nélkül

Legközelebb olyan molekulákat tárgyalunk, amelyek sztereogén szén nélkül kiralitással rendelkeznek. Ezek általában nem stabilak, és meglehetősen gyorsan átalakulnak. Itt van egy példa sztereogén nitrogénnel:

Vannak olyan furcsa példák is, amikor egy molekulának nincs egyetlen sztereogén központja összességében királis tud lenni. Például a Gauche bután axiális kiralitással rendelkezik, annak ellenére, hogy senki szénatom nem sztereogén. Ez is gyorsan átalakul: