Niklas Dahrén

Organiska föreningar -Struktur- och stereoisomerer

Olika typer av isomerer

Isomerer(sammamolekylformelmenmolekylstrukturen

skiljersigåt)

Strukturisomerer(atomernaärplaceradepåolika

platserimolekylerna)

Kedjeisomerer

Ställningsisomerer

Funktionsisomerer

Stereoisomerer(atomernasitterpåsamma

platserimolekylernamenpekaråtolikahållirymden)

Enantiomerer(optiskaisomerer)

Diastereomerer(cis-trans-isomerer)

ü Isomerer: Isomererärämnensomharsammasummaformel/molekylformelmendärmolekylstrukturenskiljersigåt(ochdärmedävenegenskaperna).Skillnadenkanvaradelshuratomernaärbundnatillvarandra(strukturisomeri/konstitutionsisomeri)ellerhurdeärordnadeirymden(stereoisomeri).

Uppgift 1: Visar bilden struktur- eller stereoisomeri?

Svar:

Stereoisomeri.

Atomerna/atomgruppernasitterbundnapåsammaställeniresp.molekyl(bindertillsammakolatomer)mendepekaråtolikahållirymden.PådenvänstramolekylensitterbådaCH3-gruppernanedåt(cis-isomeri)medandenenaCH3-gruppensitteruppåtpådenhögramolekylen(trans-isomeri).Dubbelbindningenmotverkarrotation.Omdethadevaritenenkelbindningsåhadedessamolekylerintevaritisomererutanexaktsammamolekyleftersomenkelbindningargårattrotera.

Strukturisomeri

ü Strukturisomerer:Ämnensomharsammamolekylformel/summaformelmendärämnenaskiljersigåteftersomatomernaärplaceradepåolikasätt.

§ Kedjeisomerer:Kolvätekedjanserolikauteftersomatomerna/atomgruppernabindertillvarandrapåolikasättideolikaisomererna.

§ Ställningsisomerer:Denfunktionellagruppensitterpåolikapositionerideolikaisomererna.

§ Funktionsisomerer:Isomerernaharolikafunktionellagruppervilketharstorpåverkanpåderasfunktioner/egenskaper.

Bildkälla:AvUser Kemitsv onsv.wikipedia,CCBY-SA3.0,https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=1014298

Kedjeisomerer

Ställningsisomerer

Funktionsisomerer

Uppgift 2: Vilka olika typer av strukturisomeri visar bilderna?

Svar:

a) Ställningsisomerib) Kedjeisomeri

a)

b)

Det finns 2 olika strukturisomerer (kedjeisomerer) av butan

Butan(n-butan): 2-metylpropan(iso-butan):

Molekylformel/summaformel:

C4H10 C4H10

Strukturformel:

Uppgift 3: Har n-butan eller iso-butan högst kokpunkt?

Svar:

Normalbutanärenrakmolekyl.Kontaktytanmellanrakamolekylerärstörreochdärmedkandetskapasflervander Waalsbindningar (Londondispersionskrafter)mellanmolekylerna.Detgörattn-butanfårenhögrekokpunkt.

Kokpunkternaär:n-butan=-0,45grader.Iso-butan=-11,7grader.

Uppgift 4: Rita skelettformeln/streckformeln för de möjliga isomererna med

molekylformeln C3H7OH

Svar:

1-propanol(normalpropanol)

2-propanol(isopropanol)

Olika typer av isomerer

Isomerer(sammamolekylformelmenmolekylstrukturen

skiljersigåt)

Strukturisomerer(atomernaärplaceradepåolika

platserimolekylerna)

Kedjeisomerer

Ställningsisomerer

Funktionsisomerer

Stereoisomerer(atomernasitterpåsamma

platserimolekylernamenpekaråtolikahållirymden)

Enantiomerer(optiskaisomerer)

Diastereomerer(cis-trans-isomerer)

ü Isomerer: Isomererärämnensomharsammasummaformel/molekylformelmendärmolekylstrukturenskiljersigåt(ochdärmedävenegenskaperna).Skillnadenkanvaradelshuratomernaärbundnatillvarandra(strukturisomeri/konstitutionsisomeri)ellerhurdeärordnadeirymden(stereoisomeri).

Stereoisomeriü Enantiomerer (optiskaisomerer,spegelbilder):Skillnadenmellan2

molekylersomärenantiomerer ärattatomernapekaråtolikahålli”rymden”.Molekylernaärvarandrasspegelbilder.Kanävenjämförasmedvänsterochhögerhand.

§ (R)=fråndetlatinskaordet”Rectus”sombetyderhöger.§ (S)=fråndetlatinskaordet”Sinister”sombetydervänster.§ (D)och(L)=Ettäldresättärattbetecknahögerochvänster

medbokstävernaD(dextro)ochL(laevulo).

ü Diastereomerer (cis-trans-isomerer,ickespegelbilder):Skillnadenmellan2molekylersomärdiastereomerer ärattidenenamolekylensitteratomernapåsammasidaomendubbelbindning(cis)medandeidenandramolekylensitterpåmotsattsidaomdubbelbindningen(trans).Deärintevarandrasspegelbilder.

§ E=fråndettyskaordet”Entgegen”sombetydermot.§ Z=fråndettyskaordet”Zusammen”sombetydertillsammans. Bildkälla:AvUser Kemitsv onsv.wikipedia,CCBY-SA3.0,

https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=1014302

Molekyler som är varandras spegelbilder kallas för ”enantiomerer” (kiralitet)

ü Debådaenantiomerernapåbildentillhögerförhållersigtillvarandrapåsammasättsomvänsterochhögerhand.Omvit.ex.vriderdenhögramolekylen180graderochläggerdenovanpådenvänstramolekylensåkommerviseattdeharolikarymdstruktur(atomernapekariolikariktning.

ü Kirala atomer:Förattenkemiskföreningskaförekommaiolikaenantiomerer krävsdetattdetfinnsminstenkiral atom(asymmetriskatom).Kirala atomeräratomersombinder4olikaatomer/atomgruppervilketmöjliggörolikarymdstrukturerberoendepåivilkenriktningirymdenatomernapekar.Begreppet”kirala”ärtagetfråndetgrekiskaordetförhand(cheir). Bildkälla:AvChirality with hands.jpg:Ukjentderivative work:-- πϵρήλιο ℗- Chirality with

hands.jpg,Offentligeiendom,https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=17071045

2-butanol förekommer i form av 2 enantiomerer

ü Påbildenserviattdetfinnsenkiral kolatomi2-butanol(binder4olikaatomer/atomgrupper)vilketmöjliggörolikarymdstrukturer.2-butanolkandärförförekommaiformav2olikaenantiomerer (optiskaisomerer).

Kirala kolatomer

Neurosedynskandalen

ü Neurosedynskandalen inträffadeundertidigt1960-tal.

ü Neurosedyn(aktivtämne;talidomid)ärettläkemedelsomblandannattogsavmångagravidakvinnor.Läkemedletanvändesmotoroochillamåendeochävensomsömnmedel.

ü Tyvärrsåorsakadesömnmedletattdetföddesmissbildadebarn.Totaltföddesca10000missbildadebarni46ländervarav186missbildadebarniSverige.Avde186missbildadebarnensomföddesiSverigesådog66underdetvåförstaveckornaefterfödelsen.

ü Barnenföddes iblandheltutanarmarellerben,ellermedhänderochfötternästandirektfästadepåkroppen.Skadorpåöron,hjärtanochandrainreorganförekomocksåochflerabarnavledstraxefterfödseln.

ü Inteförrän2012badföretagetsomutvecklatprodukten, Grünenthal,dedrabbadeomursäkt.

Neurosedynskandalen: En molekyl och dess spegelvända tvilling kan ha helt olika effekter

ü Talidomidförekommersom2olikaenantiomerer:Denenaenantiomeren hardenlugnandeeffektenmedandenandraenantiomeren (dessspegelbild)orsakarfosterskadorna.

ü Läkemedelbinderoftatillettspecifiktmålproteinikroppen(oftatillenreceptor).Förattkunnabindakrävsdetenspecifik3-dimensionellstruktursompassarihopmedmålproteinet.Ommolekylenärspegelvändsåkommerdenintekunnabindatillrättmålprotein.Däremotkandenev.bindatillandraproteiner(ellerandramolekyler)ikroppen.

ü Vidtillverkningenavläkemedletbildadesbådavarianterna.Dethadedockintehjälptävenommanbaraintogdensäkravarianteneftersomdetharvisatsigattlevernkanomvandladensäkravariantentilldenfarligavarianten.

De2enantiomerernaavtalidomidärvarandrasspegelbider

Uppgift 5: Vart är de kirala kolatomerna i de båda enantiomererna av

talidomid?

Svar:

Kirala kolatomerskabindatill4olikaatomer/atomgrupperannarskanintespegelbildsvarianter(enantiomerer)uppkomma.Kolatomensombinderkäveatomen,iresp.enantiomer,ärkiral eftersomdenävenbinderytterligare3olikaatomer/atomgrupper(inkl.enensamväteatomsominteärutritad).

Kirala kolatomer

Mediciner som till hälften är mer eller mindre verkningslösa

ü Kontrollenavläkemedeläridagbättresåförhoppningsvisslippervistoppaiossfarligaspegelmolekyler.Mendäremotätervioftamedicinersomtillhälftenärmerellermindreverkningslösa.

ü Ipreninnehållerdetaktivaämnet”ibuprofen”.Ämnetfinnsiformav2enantiomerer.Närviäteripren såfårviiossbådaenantiomererna.Dethardockvisatsigattdenvänstraenantiomeren ärbetydligteffektivareändenhögra vilketinnebärattungefärhälftenavdeibuprofen-molekylervifåriossäristortsettverkningslösa.

ü Losecärenmagsårsmedicinsomtillverkasav”Astra”. Losecbeståraven50/50-blandningav2olikaenantiomerer.NärkonkurrenterbörjadetillverkaLosec-kopiorsålanseradeAstradenförbättradevarianten”Nexium”somenbartinnehållerdenmesteffektivaenantiomeren.Flerastoraläkemedelsbolaggörnupåsammasättförattförsvarasigmotkonkurrerandekopior.Uppskattningsvisärungefär50%avdemeststorsäljandeläkemedelivärldennumerakiralt korrekta.

Enblandningavenantiomerer kallasförett racemat (racemisk blandning).

Apelsin vs. citron

ü Apelsinochcitroninnehållerbådaettämnesomkallas”limonen”.Detärdetämnetsomgerfruktsaftensinspecifikadoft.Apelsindoftenochcitrondoftenskiljersigdockåttrotsattdetärsammadoftämne.

ü Detfinns2enantiomerer avlimonem.Eftersomdeärenantiomerer såskiljersigderasstruktureråtvilketgörattdebindertillolikareceptorerinäsan.

ü ”Vänsterhandsformen”passarihopenmedvissreceptormedan”högerhandsformen”passarihopmedenannanreceptor.Receptorernaskickarvidareimpulsertillhjärnansomsedantolkardoften.Beroendepåvilkenreceptorsomskickarimpulsersåtolkarhjärnaninformationenolikaochviuppleverdärmedolikalukter.

S-enantiomeren avlimonen (citron)

R-enantiomeren avlimonen (apelsin)

Homokiralitet: Livets molekyler består bara av den ena

varianten

ü Detfinnsmångaolikakirala ämneninaturen.Mångaavdessakanvisyntetisktframställapåettlabb,menilabbetuppstårspontantbåda enantiomerernaavsammaämneilikastormängd(ettracemat).Hoslevandeorganismerfinnsdockenbartdenenavarianten,manvetdockinteriktigtvarfördetärså.

ü Aminosyrorilevandeorganismerharenbart”vänsterhandsformen”,(S)eller(L).Endaundantagetärbakterierdäraminosyranalanin förekommeri”högerhandsform”(R)ibakteriernascellvägg.

ü Sockermolekylerilevandeorganismerharenbart”högerhandsformen”,(R)eller(D).

ü DNA-helixenharenbart”högerhandsformen”,(R)eller(D).

SegärnaflerfilmeravNiklasDahrén:http://www.youtube.com/Kemilektionerhttp://www.youtube.com/Medicinlektioner