立体化学和手性
外消旋混合物是什么?
最后更新:2022年12月6日|
什么是外消旋混合物吗?
一个外消旋混合物是一个克分子数相等的混合物两个对映体这是光学活性。
在本文中,我们打破什么外消旋混合物,给大量的例子。
表的内容
- 外消旋混合物的定义
- “两个对映体的外消旋混合物由…”
- “外消旋混合物克分子数相等的…”
- “外消旋混合物是光学活性的…”
- 通过结合光学纯对映体的外消旋混合物
- 你怎么知道如果将创建一个外消旋混合物的反应呢?
- 例# 1:哈佛商业评论的烯烃
- 例2:自由基哈佛商业评论
- 例# 3:烯烃加氢
- 示例# 4:SN卤代烃的第2
- 例# 5:SN卤代烃的第1
- 示例# 6:预先存在手性的例子
- 例# 7:有趣独联体- 2 -丁烯
- 例# 8:有趣反式- 2 -丁烯
- 例# 9:手性试剂
- 结论
- 笔记
- 测试你自己!
1。外消旋混合物的定义
- 一个克分子数相等的混合物的
- 两个对映体这是
- 光学活性的。
这三个条件必须满足为了被分类为“外消旋混合物。
请注意,在99.99%的情况下,你可能会遇到,满足前两个条件满足第三个条件。(注1]
*注意,IUPAC不喜欢这个词外消旋混合物,而是外消旋体代替。我们将使用外消旋混合物因为它仍然是教入门课。
你会经常看到外消旋混合物用(+ / -)或(更少)dl -或rac -。
这是用来表示等量的(+)(右旋的,顺时针方向旋转平面偏振的光)和(-)(左旋,逆时针旋转平面偏振的光)对映体。
(参见:光学纯度,对映体过量]
2。“两个对映体的外消旋混合物由…”?
让我们盖”对映体“首先,因为这样将变得更加清楚为什么“克分子数相等的”是很重要的。
当我们说分子对映体我们描述一个的关系两个分子之间——同样的话说,“兄弟”或“表亲”描述一个人之间的关系。我可以一个哥哥一个人而是一个表弟到另一个;反过来,我表哥的妹妹我的表妹。
“对映体”这个术语是用来描述两个分子之间的关系重叠镜像彼此的。最常见的情况是,这发生在一个分子包含一个单一的手性中心。这导致分子缺乏对称面。
为什么要用这个声明“重叠”镜像呢?这是因为的镜像非手性的分子如乙烷是公正的一个旋转的版本相同的分子,因此重合。作为化学而言,两个重叠的分子是相同的。
这不是为手性分子,如(R)-butan-2-ol及其对映体(年代)-butan-2-ol。
两人不互相重合,因此不相同的分子。他们是对映体。
这不是分子,独有的。它也可以发生在乐高!
可能出现另一种情况是当一个分子的立体异构体不一个镜像。这通常发生在一个分子多个手性中心。
立体异构体,据说不是镜像非对映体。
典型的例子是(R, R)酒石酸和((R, S)酒石酸、立体异构体的彼此,但不是镜像。注意,他们每个人都分享一个(R)配置在一个手性中心。(对映体总有完全相反的R, S名称)
这两种分子具有不同的物理性质,不同的熔点、沸点、溶解度、手性分子的情况下,将完全不同的程度他们旋转平面偏振的光。
3所示。“外消旋混合物是一种克分子数相等的混合物…”?
一个克分子数相等的混合物对我们来说就是一个由一个混合物两个组件的摩尔数相等,通常是溶于溶剂。
50:50的比例或1:1的比例对映体是克分子数相等的。
比例或20:80比率不是。
回想一下,对映体有相同的物理性质(如熔点、沸点)除了,他们旋转平面偏振的光到一个大小相等,方向相反。(更多的讨论:旋光性、旋光性和特定的旋转]
因此,一个两个的克分子数相等的混合物对映体在一个非手性溶剂通过必要性有旋光性的吗零,满足我们的定义外消旋混合物。
等非equimolar-mixture 0.7摩尔(S) -butan-2-ol和0.3摩尔(R) -butan-2-ol将有一个多余的一个对映体,光学活性的,不是一个外消旋混合物。
注意的克分子数相等的混合物非对映体不是一个外消旋混合物!
4所示。“外消旋混合物是光学活性”?
一个混合物光学活性的不旋转平面偏振的光。
一般来说,如果你有一个克分子数相等的的混合物两个对映体,你将会结束外消旋混合物结果*,因为每个对映体旋转平面偏振的光到一个大小相等,方向相反。如果他们出现在等量,就没有净旋转。
*,除非我们做点什么变态喜欢雇佣一个手性溶剂,或给予其他手性影响的解决方案。我们不会做,99.99%的时间。
5。通过结合光学纯对映体的外消旋混合物
首先,一个外消旋混合物可以通过加在一起一两等于的摩尔数对映体。如果我取0.5摩尔的(R)-butan-2-ol和0.5摩尔(年代)-butan-2-ol,我1.0摩尔的外消旋混合物butan-2-ol。
分离对映体是一个大量的工作。因为时间就是金钱,一个纯对映体通常会更有价值比1:1混合的对映体。
所以做一个外消旋混合物通过添加等量的对映体通常是一些事情意外(例如由于不够清楚的标记你的瓶),伴随着大量的咒骂。
注意:(S) - (+) -butan-2-ol售价58.70美元/克。(R) - (-) -butan-2-ol售价62.10美元/克。外消旋butan-2-ol售价0.56美元/克。所以做一个外消旋混合物是一个非常有效的方法对财富毁灭!
6。你怎么知道如果将外消旋混合物的反应呢?
更常见的,外消旋混合物可以通过形式反应形成一个新的手性中心吗没有任何的手性试剂。
马特有一个很好的制定这一原则,他所谓的“保护光学不活动”。
一个光学活性的起始物料,反应光学活性的试剂将导致一个光学活性的产品。光学不活动是守恒的。
现在我们最大的问题。
你怎么知道一个反应会形成一个吗外消旋混合物吗?
我有坏消息。不幸的是,没有“快速和肮脏”的规则,除了(圆形)要求产品必须是克分子数相等的混合物对映体。
决定给你一个反应外消旋混合物与否取决于
- 起始物料(或者说“基质”)
- 债券的模式/破碎形成的反应
你还需要申请三个主要技巧在个案基础上:
- 你必须知道债券形成和破碎的反应,(特别是烯烃知道它的“区域选择性”和“立体化学”模式。
- 你必须能够应用这种模式分子开始判断正确的产品(s)
- 假设两个(或更多)的产品,你必须准确地确定这些分子之间的关系(对映体、非对映体或其他)。如果只有一个产品形成,它不能成为一个外消旋混合物。
(更多讨论,请参见:“对映体和非对映体与一样吗?两种方法来解决问题”
应该不足为奇,这些类型的问题考试的好饲料问题。
因为没有“快速和肮脏”的规则,我认为最好是给大量的例子说明了不同的可能性。
他们不是在任何特定的顺序,但他们中的大多数问题的反应烯烃,所有涉及有机化学反应在第一学期遇到因为这是当这些最有可能被问到的问题。
当你经历这些例子,这里有一些关键问题:
- 在这个反应债券形式和破坏什么?
- 新债券的形式在哪里?立体化学的新债券的形式是什么?(syn反,或二者的组合)
- 是一个新的手性中心的形成?
- 有什么手性的影响起始物料或试剂(s)可能导致产品被一个不平等的混合物对映体吗?
经过这些例子,我们可以试着找出一些一般性的原则。
7所示。示例# 1:烯烃+哈佛商业评论
我们将从一个简单的反应烯烃:1-butene + H-Br。
这是否使外消旋混合物吗?
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这是hydrohalogenation烯烃落入“碳正离子途径”(桶# 1)烯烃除了反应。(看到加法模式# 1 -碳正离子通路]
是一个新的手性中心形成?是的。有手性的影响吗?不。
- 的反应是马氏选择性(H代替碳少,Br继续取代碳)。
- 反应会给的混合物syn+反加法。
- 产品,我们看到,这给2 -溴丁烷,一个手性中心。
- 因为我们没有使用任何手性试剂,我们会形成的混合物对映体,满足要求外消旋混合物。
8。例2:烯烃+哈佛商业评论(hν)
这轻微的变化条件下,当哈佛商业评论添加到一个烯烃在光的存在(hν)。
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这是哈佛商业评论的自由基加成烯烃。(看到激进的哈佛商业评论的烯烃]
是一个手性中心的形成?不。
- 的反应是anti-Markovnikov选择性(H更多取代碳,Br代替)
- 产品1-bromobutane,非手性的。不可能是外消旋混合物。
怎么可能会有所不同,如果我们做一个小调整起始物料?你怎么认为?
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(注意- D氘氢的重同位素)
9。示例# 3:烯烃的加氢
接下来,让我们看看加氢烯烃
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加氢的烯烃属于“共同通路”(桶# 3烯烃)。看到的:(共同烯烃机制——共同通路]
我们形成了一个手性中心吗?不。
- 形式碳氢键上相邻的碳原子,导向syn彼此
- 产品是丁烷,非手性的。不可能是外消旋混合物。
这一个怎么样?
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在这里,我们是制作一个新的手性中心。由于没有手性影响,该产品将的混合物对映体因此是一个外消旋混合物。
10。示例# 4:SN2二卤代烃
让我们看一个取代反应下一个。的反应(S) 2 -溴丁烷NaCN吗?
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- 反应是一个年代N2反应,形成C-CN和打破C-Br
- 它发生在反演的配置。
- 我们的材料是一个开始单一对映体因此旋光性。因为它有100%发生反转,我们的产品也将单一对映体。
- 单一对映体将旋光性。因此不能外消旋混合物。
如果我们从一个1:1的混合物开始对映体而不是?
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在这种情况下,所有的(年代)2 -溴丁烷将转化为(R)和(R)将被转换成(年代)
我们的原材料是光学活性。因此我们的产品将光学活性。
这仍然是一个外消旋混合物。
11。例# 5:SN1反应
(回想一下,(+ / -)表示的存在外消旋混合物)。
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注意,即使起始物料是光学活性的,我们仍然可以结束了外消旋混合物由于产品是通过非手性中间体形成(碳正离子)。
12。例# 6:预先存在的立体化学
有时你可能已经有一个异构中心的分子。这里发生了什么?
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反应的环氧化作用烯烃使用m-CPBA(m-chloroperoxybenzoic酸)。环氧化作用可以从脸的发生烯烃。
请注意,在这种情况下,然而,使的混合物对映体是不可能的。这是因为反应影响烯烃,不碰手性中心与甲基。
甲基(右在这两种产品。所以它不可能是一个外消旋混合物。
【注:相关的问题。如果起始物料本身就是一个外消旋混合物?]
13。示例# 7 # 8。的乐趣,独联体- 2 -丁烯
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- 这是烯烃溴化,所得通过三人环通路。(看到烯烃加成通路# 2——“三元环”的途径]
- 两个C-Br债券形成的反彼此的关系。
- 在这种特定情况下产品(2 r, 3 r)二溴丁烷和二溴丁烷(2 s, 3 s),这使得它们对映体。
- 这确实使一个外消旋混合物
相同的分子,不同的试剂。有什么关于dihydroxylationOsO4吗?
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- 这是烯烃dihydroxylation,经过共同通路(见上图]
- 两个c哦债券形成的syn彼此的关系
- 在这种特定情况下的产品(2 r,3 s)丁二醇,这是相同(2 s,3 r丁二醇。产品是一个内消旋体。(参见:内消旋的陷阱]
- 该产品具有两个手性中心,但本身非手性的由于内部镜平面。它不可能对映体光学活性。
- 这是因此而不是一个外消旋混合物。
不是很有趣,取决于你选择的试剂(Br2或OsO4)你可能获得手性产品或外消旋混合物吗?
14。示例# 9和# 10 -乐趣反式- 2 -丁烯
稍微不同的分子。如果我们执行一个溴化反式- 2 -丁烯吗?
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- 溴化给我们两个新的C-Br债券反的关系。
- 分析了产品,我们获得(2 r, 3 s)二溴丁烷是一样的(2,3 r)二溴丁烷由于内部镜平面。
- 非手性分子。这不是一个外消旋混合物。
有什么关于dihydroxylationOsO4吗?
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15。使用手性试剂
这个反应是什么
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这是一个沙普利斯不对称环氧化作用,导致一个新的环氧。它使用一个手性试剂(酒石酸盐),使一个新的环氧。
试剂是手性在这种情况下,主要给出了一个主要的对映体。从一个对映体存在于过剩,因此不是一个外消旋混合物。
16。总结
外消旋混合物的克分子数相等的混合物对映体光学活性。
他们可以通过加在一起等于部分对映体或(更常见)产品创建一个新的手性中心的反应没有任何手性的影响。
没有良好的“捷径”知道将形成一个给定的反应外消旋混合物不信,除了1)知道债券形式和破坏的模式,和2)分析结果在个案基础上的产品。
如果有一个预先存在的手性中心,不影响反应,然后小心形成的可能性非对映体。
非对映体也可能形成如果两个(或更多)新的手性中心形成的反应。
笔记
注1——在非常罕见的情况下可以使用手性溶剂,特别是在核磁共振光谱学的背景下。对映体手性环境中会有稍微不同的物理性质,不同的化学变化。
注2的年代N1通过非手性反应所得(平)碳正离子中间体可能被攻击。一些课程教的年代N1是导致“外消旋混合物”。在实践中是否外消旋混合物形式可以依赖反应运行多久以及如何它是可逆的。如果离去基团相对接近的碳正离子举行“溶剂笼”仍有可能发生旋光性的一些保留。
而不是暗示旋光性丢失在所有情况下的年代N1。就我个人而言,我更愿意说它跟“保留和反演的混合物”。
测试你自己!
更多的测试,主要是奇怪的情况下,会使文章更长的时间。
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测试2246
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本文已经大幅更新(2022)。
两个对映体同样来自recemic混合物的沸点和熔点
伟大的教我。谢谢。
好的,谢谢Nabulime。
当我在纽约州立大学石溪带有机化学硕士“镜像”分子外消旋或立体异构体。不管名字事实上…当你买一瓶1000毫克的维生素E D, L -生育酚醋酸一半通过身体不变。没用的…但如果分离维生素E将花费的成本接近一个小国家的GDP。
是什么问题如果你有外消旋混合物的东西吗?它只对化学家重要吗?因为当Primatene雾从世界上消失了,现在唯一的场外哮喘药显然州“外消旋肾上腺素”为什么?谁在乎呢?为什么标签上提到它?有药品生产中的功能差异吗?毕竟我们不会说“…异构体”对所有药物和一个异构体(泛型之间的差异往往是同分异构体,它影响人们尤其是精神病学,尽管它认为它不重要)。那么,为什么说“外消旋”地中海哮喘呢?
嗨,塞尔玛
好问题。快速的回答是:使外消旋的版本是便宜,几乎一样有效。
再下面的回答
肾上腺素手性中心,因此可能存在一个或另一个光学异构体,或“对映体”。当涉及到药物,对映体通常有非常不同的药用价值。经典的例子是萨力多胺(其中一个对映体治愈晨吐和其他引起出生缺陷),但这是真的,甚至今天市场上的常用药物如抗抑郁药普兰(西酞普兰)其中一个比另一个更积极的对映体。
不同的对映体的有效性存在因为你的酶和蛋白质,例如,也存在单一对映体和就像左手适合左手的手套,但不是一个右手一个,每个对映体具有不同的“适合”在蛋白质的活性部位,造成不同的影响。
像其他产品一样,药物制造商必须考虑到成本,特别是在非专利保护药品的情况下像肾上腺素。
当然可以使肾上腺素在纯粹的“D”或“L”形式,它增加了额外的成本的过程。使其为“外消旋”版本(DL)通常是便宜的。在大多数情况下它是同样有效。
在肾上腺素的情况下,我在维基百科上看到,L形式是活性成分和D形式是不活跃的。只要D形式仅仅是不活跃的,实际上不是有害的,便宜只是使外消旋版本和使用剂量的两倍你使用的纯形式。
唯一担心的是其他对映体的情况实际上是有毒的。萨力多胺是典型的例子。在肾上腺素的情况下它并不是一个问题。
我希望这有助于
詹姆斯
如此之大!我希望我能早点发现这个网站!
很高兴你找到该网站帮助塞布丽娜!谢谢你停下来的!
我有最后一个问题。
Isopulegone孤立的反应,然后用氢氧化钠乙醇。base-catalyzed异构化在平衡条件下,pulegone是最受欢迎的产品,检查后,是孤立的原油(为什么pulegone,而不是isopulegone,强烈支持在这个平衡?
谁能帮我回答这个问题吗?如果外消旋起始化合物,产品也会外消旋吗?)
是的,有两点值得注意:1)你的非手性试剂,和2)任何立体异构体的反应不会导致毁灭。作为一个反例,外消旋2 -丁醇氧化会给2-butanone,这是一个非手性分子(不是外消旋)
非常感谢你
我有最后一个问题。
Isopulegone孤立的反应,然后用氢氧化钠乙醇。base-catalyzed异构化在平衡条件下,pulegone是最受欢迎的产品,检查后,是孤立的原油(为什么pulegone,而不是isopulegone,强烈支持在这个平衡?
这些手套看起来那么令人毛骨悚然的给了我一个恐慌症
谢谢。解释是晶莹剔透
谢谢你将它分解使用手套,伟大的技术,现在我绝对理解什么是外消旋混合物。
我们能总是以为酮总是非手性和醛类手性吗?
谢谢!不知为何看到这样更有意义!
我爱你,你的网站。保存太多头痛! !
这是我读过的最好的解释关于这个主题!太棒了!
我们可以预测,当我们将外消旋混合物?
这正是我想要对我的课堂演讲. .非常感谢
来是我的化学老师请!爱使用手套!非常感谢你
没有表达感谢> >非常创意fo解释:)
真正创造性的方式解释…hatsoff
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