Stereochemie

Stereochemie (stereo znamená trojrozměrnost, zkracuje se také na 3D chemie) je vědní obor chemie, který se zabývá prostorovým uspořádáním atomů v molekulách a jeho vlivem na vlastnosti molekul a průběh chemických reakcí.

Stereochemie se zaměřuje na stereoizomery, které mají podle definice stejný molekulární vzorec a sekvenci vázaných atomů (konstituce), ale liší se trojrozměrnou orientací svých atomů v prostoru.

Stereochemie se dělí na dva podobory:

Stereochemická izomerie - teorie trojrozměrné struktury molekul, které mají stejnou chemickou vazbu a složení, ale odlišné uspořádání atomů, přičemž konstituce, konfigurace a konformace určují trojrozměrnou strukturu molekuly. Důležitým odvětvím stereochemie je studium chirálních molekul.
Stereochemická dynamika - studium prostorové sekvence chemických reakcí stereoizomerních molekul.

Studium stereochemických jevů pokrývá celou oblast organické, anorganické, fyzikální a supramolekulární chemie i biochemie. Významným nástrojem stereochemie je polarimetrie.

Historie

Louis Pasteur (1822 - 1895)
V roce 1842 francouzský biolog a chemik Louis Pasteur pozoroval, že soli kyseliny vinné shromážděné z nádob na výrobu vína mohou otáčet rovinou polarizovaného světla, ale že soli z jiných zdrojů ne. Tuto vlastnost (jedinou fyzikální vlastnost, ve které se tyto dva typy vinných solí lišily) nazval optickou izomerií.
Rok 1849 je považován za rok vzniku stereochemie. Jako obor ji založil Louis Pasteur po objevu optické izomerie.
V roce 1874 Jacobus Henricus van 't Hoff a Joseph Le Bel vysvětlili optickou izomerii z hlediska tetraedrického uspořádání atomů vázaných na uhlík.
Hermann Emil Fischer (1852 - 1919)
V roce 1891 byl Hermannem Emilem Fischerem navržen zjednodušený způsob zobrazení kolem stereocentra - Fischerova projekce. Za práci na struktuře sacharidů a popis jejich stereochemie získal Fischer Nobelovu cenu za chemii v roce 1902.
V roce 1904 zavedl skotsko-irský vědec William Thomson Kelvin termín chiralita.
V roce 1908 skotský farmakolog Arthur Robertson Cushny, poprvé popsal jednoznačný rozdíl v bioaktivitě mezi enantiomery chirální molekuly. V roce 1926 položil základy pro chirální farmakologii (stereofarmakologii), která zkoumá biologické vztahy opticky izomerních látek.
V roce 1913 pracoval Alfred Werner na studii o stereochemii koordinačních sloučenin kobaltu, které byly také oceněny Nobelovou cenou za chemii. Jeho práci lze také považovat za začátek komplexní chemie.
V roce 1966 bylo navrženo Cahn-Ingold-Prelogovo pravidlo, které je pojmenované po organických chemicích Robertu Sidney Cahnovi, Christopheru Kelkovi Ingoldovi a Vladimiru Prelogovi. Pravidla priority Cahn–Ingold–Prelog jsou součástí systému pro popis stereochemie molekuly. Standardním způsobem řadí atomy kolem stereocentra, což umožňuje jednoznačný popis relativní polohy těchto atomů v molekule.
V roce 1975 byl výzkum Vladimíra Preloga, v oblasti stereochemie organických molekul a reakcí, oceněn Nobelovou cenou.

Zobrazování stereoizomerů

Dva izomery kyselině mléčné

Zobrazování stereoizomerů chemickým vzorcem zohledňuje prostorové uspořádání atomů v molekulách. Trojrozměrné struktury molekul jsou zobrazeny do tak zvané referenční roviny, jak je vidět na vedlejším obrázku dvou izomerů kyseliny mléčné.

Pro grafiku chemického vzorce stereoizomerů platí:

atomy ležící v referenční rovině jsou spojeny plnou čarou
atomy ležící pod referenční rovinou jsou spojeny přerušovanou čarou
atomy ležící nad referenční rovinou jsou spojeny plnou trojúhelníkovou čarou

Základní pojmy stereochemie

Stereoizomer

Stereoizomery jsou sloučeniny se stejným sumárním vzorcem, ale jiným strukturním uspořádáním atomů v molekule. Podrobněji řečeno to jsou molekuly, které mají stejný molekulární vzorec a sekvenci vázaných atomů (konstituci), ale liší se trojrozměrnou orientací svých atomů v prostoru.

Enantiomer

Příklad enantiomerů dvou obecných aminokyselin.

Enantiomer (také nazývaný optický izomer, antipod nebo optický protipól) je jedním ze dvou stereoizomerů, které jsou zrcadlovými obrazy sobě navzájem, stejně jako levá a pravá ruka. Nejsou identické a nemohou se stát identickými změnou orientace.

Tyto molekuly, které nelze ztotožnit s jejich zrcadlovými obrazy, nazýváme chirální. Nejčastější příčinou chirality je atom uhlíku, na kterém jsou navázány čtyři různé skupiny (nebo tři skupiny a atom vodíku).

Diastereomer

Diasteromer je jedním ze dvou stereoizomerů, které nejsou navzájem svými zrcadlovými obrazy. Nejsou identické a nemohou se stát identickými změnou orientace.

Diastereomery vznikají, když dva nebo více stereoizomerů dané sloučeniny mají různé konfigurace v jednom nebo více ekvivalentních stereocentrech a nejsou tak navzájem zrcadlovými obrazy. Pokud se dva diastereoizomery liší pouze v jednom stereocentru, jedná se o epimery. Každé stereocentrum dává vzniknout dvěma různým konfiguracím, a proto obvykle zvyšuje počet stereoizomerů dvojnásobně.

Diastereomery se liší od enantiomerů v tom, že ty jsou páry stereoizomerů, které se liší ve všech stereocentrech. Proto jsou zrcadlovými obrazy jeden druhého. Diastereomery se mohou vyskytnout také na dvojné vazbě, kde cis a trans pozice substituentů dávají dva stereoizomery.

Cis-trans izomer

Příklad cis-trans izomerů

Cis-trans izomery nemají chirální uhlíky, ale v jejich molekule se nacházejí dvojné vazby nebo cykly. Okolo jednoduché vazby se mohou atomy otáčet, kolem dvojné však ne. Proto jsou například cis-2-buten a trans-2-buten různé sloučeniny s odlišnými vlastnostmi.

Související články

Reference

V tomto článku byly použity překlady textů z článků Stereochemie na německé Wikipedii a Stereochemistry na anglické Wikipedii.

Externí odkazy

Obrázky, zvuky či videa k tématu stereochemie na Wikimedia Commons