Стереоизомеры с двумя хиральными центрами

При построении проекционных формул Фишера для соединения, в состав которого входит несколько атомов углерода, молекулу располагают таким образом, чтобы углеродная цепь была расположена вертикально, в заслоненной конформации. Вверху помещают наиболее окисленный атом углерода (как правило, это атом углерода карбонильной или карбоксильной группы). По горизонтали располагают заместители, направленные к наблюдателю, а по вертикали - заместители, уходящие от наблюдателя. Изобразим с помощью проекций Фишера оптические изомеры для соединения 2-бром-3-хлорбутана.

В этой молекуле два хиральных центра (хиральный центр обычно обозначается *). Так как при наличии одного хирального центра возможно существование двух стереоизомеров, то при наличии двух- четырех стереоизомеров. Изобразим их с помощью проекций Фишера.

(1) (2) (3) (4)

При этом стереоизомеры (1) и (2), (3) и (4) - это две пары энантиомеров, каждой паре соответствует рацемат. Но изомеры(1) и (3), (1) и (4), (2) и (3), (2) и (4) не являются зеркальными отображениями друг друга. Стереоизомеры, не являющиеся энантиомерами по отношению друг к другу, отличающиеся конфигурацией хотя бы одного хирального центра, называются диастереоизомерами, или диастереомерами. Таким образом, (1) и (3), (1) и (4), (2) и (3) и (2) и (4) - это диастереомеры. Поскольку диастереомеры не являются зеркальными отображениями, они обычно обладают разными физическими и химическими свойствами и их можно легко разделить. При увеличении числа хиральных центров в молекуле число стереоизомеров увеличивается. Теперь можно подсчитать возможное число оптических изомеров при n числе хиральных центров. Это число равно 2 ^n. стереоизомеров.

Однако это правило выполняется не всегда. Такие случаи встречаются, когда каждый хиральный центр, входящий в состав молекулы, имеет одни и те же заместители. Это приводит к тому, что у молекулы появляется плоскость симметрии, что, в свою очередь, приводит к уменьшению числа стереоизомеров. Рассмотрим этот случай на примере 2,3 -дигидроксибутандиовой -1,4-кислоты.

В этом соединении два хиральных центра, по общей формуле должно быть четыре стереоизомера. Изобразим их в проекциях Фишера.

(1) (2) (3) (4)

(-) винная кислота (+) винная кислота 3=4 –мезовинная кислота

(1) и (2) - это пара энантиомеров, винные кислоты, образующие рацемат, называемый виноградной кислотой. Стереоизомеры (3) и (4) являются изображениями одного и того же изомера, так как при повороте проекционной формулы Фишера на 180⁰ в плоскости чертежа получим ту же самую формулу, иными словами, тот же стереоизомер. В данном случае мы имеем только три изомера: два энантиомера и (3)=(4) - диастереомер по отношению к энантиомерам. Этот изомер называется мезовинной кислотой. Мезовинная кислота, как диастереомер, отличается по своим свойствам от энантиомеров, но всегда оптически недеятельна (в молекуле есть плоскость симметрии, которая делит молекулу на две части, относящиеся друг к другу как предмет к своему зеркальному отображению, следствием чего и является потеря оптической активности). Таким образом, в случае молекул с хиральными центрами, но в целом являющимися ахиральными из-за наличия плоскости симметрии, число изомеров уменьшается и появляются мезоформы, последние всегда оптически недеятельны.