CURS 6 6.2.2. Aplicatii ale polarimetriei 1 6.2.2.1. Utilizarea relatiei de definitie a rotatiei specifice. Variante 1 EXEMPLUL 56 (calcul) 1 6.2.2.2. Determinarea puritatii optice. Efectul Horeau 1 EXEMPLUL 57 (calcul) 2 EXEMPLUL 58 (acidul S-2-etil-2-metilsuccinic) 2 6.2.2.3. Fluctuatii ale valorii rotatiei specifice 3 EXEMPLUL 59 (influenta solventului si a concentratiei: R-BINAPOL-ul si acidul R,R-tartric) 3 EXEMPLUL 60 (criptochiralitatea) 3 EXEMPLUL 61 (influenta temperaturii si criptochiralitatea in cazul S-nicotinei) 4 EXEMPLUL 62 (influenta temperaturii si criptochiralitatea in cazul acidului S-aspartic) 4 6.2.2.4. Atribuiri empirice ale configuratiei absolute a unui compus organic pe baza rotatiei specifice 4 EXEMPLUL 63 (metoda Applequist & Brewster in cazul S-bromoclorofluorometanului) 5 EXEMPLUL 64 (metoda Applequist & Brewster in cazul R-Etanol-1-d) 6 EXEMPLUL 65 (metoda Applequist & Brewster in cazul acidului R-lactic vs. R-lactatului de sodiu) 6 6.2.3. Dispersia Optica Rotatorie (D.O.R., eng. ORD) si Dicroismul Circular (D.C., CD) 7 6.2.3.1. Fenomenul 7

EXEMPLUL 66 (analiza prin D.O.R. si efectul Cotton in cazul 1R,4R-camforului) 6 6.2.3.2. Aplicatii ale D.O.R. si D.C. la deducerea semiempirica a configuratiei absolute 14 EXEMPLUL 67 (aplicarea regulei octantului in cazul unei molecule achirale: ciclohexanona) 15 EXEMPLUL 68 (aplicarea regulei octantului in cazul enantiomerilor 5-izopropil-2-metilciclohexanonei) 15 EXEMPLUL 69 (aplicarea regulei octantului in cazul 4aS,8aS-8a-metiloctahidronaftalen-2(1H)-onei) 17 Modificarile ulterioare asupra continutului, operate de catre autor, nu fac obiectul vreunei notificari prealabile.

Mircea Darabantu Sinteza organica fina a compusilor chirali C-6 1 6.2.2. Aplicatii ale polarimetriei 6.2.2.1. Utilizarea relatiei de definitie a rotatiei specifice. Variante EXEMPLUL 56: Pentru un compus optic activ (non-racemic) care are unghiul de rotatie masurat instrumental α = 1.375o atunci cand s-a analizat 1.0 mL de solutie a sa continand 0.0140 g subtanta dizolvata la 25oC in etanol avem :

[α]D25 = = = 9.82 (1.4% EtOH)100 × α

l × c100 × 1.375

10 × cm × 1.4 × g × cm-3 grad × cm2 × g-1

Pentru lichide pure, optic active (non-racemice), relatia care se utilizeaza este:

ρ: densitatea lichidului pur (g × ml-1)

Este in uz foarte curent determinarea rotatiei molare, [Ф] (10-3 × grad × cm2 × mol-1) definita prin relatia:

[α]D

T: rotatia specifica M: masa molara a compusului (g × mol-1) 6.2.2.2. Determinarea puritatii optice. Efectul Horeau In mod ideal, relatia de definitie a rotatiei specifice poate fi utilizata la determinarea puritatii optice (optical purity, o.p.) a unui compus optic activ (non-racemic), recomandabil in domeniul solutiilor diluate.

% puritate optica (o.p.) =100 × [α]D

T [αo]D

T

[α]DT: rotatia specifica masurata a probei de analizat [αo]D

T : rotatia specifica a aceluiasi compus dar enantiopur (a priori cunoscuta, “standard”)) Conditiile de masurare: T, λ, c sunt riguros identice pentru [α]DT si [αo]D

T

Puritatea optica a unui compus enantiopur (asadar e.e = 100%) este, evident, 100% iar cea a racemicului 0%. Puritatea optica apare a fi in dependenta liniara cu rotatia specifica: o.p. = (100 / [αo]D

T) × [α]DT

[α]DT = α

l × ρ

[Φ]DT =

M × [α]DT

100

Mircea Darabantu Sinteza organica fina a compusilor chirali C-6 2 EXEMPLUL 57: Fie o proba de amestec de enantiomeri (non-racemic) P(R) : P(S) = 3 : 1 Excesul enantiomeric e.e. al probei este :

e.e. (%) = 100 [(R - S) / (R + S)] = 100 [(3 – 1) (3 + 1)] = 50%

Proba fiind formata din 2 moli P(R) si 2 moli de racemic, 1 mol P(R) + 1 mol P(S), ea este doar 50% “optic pura”.

In cazul variatiei liniare o.p. = f ([α]DT), daca [αo]DT = + 98 (enantiopur R),

[α]DT = + 49 iar o.p. = 50%

Faptul se verifica experimental in majoritatea cazurilor.

Numai in situatia in care, pe domenii precis stabilite de concentratie, exista relatia de dependenta liniara o.p. = (100 / [αo]DT) × [α]D

T metoda are valoare analitica si este standardizata (e.g. industria farmaceutica).

Utilizarea acestei relatii liniare trebuie facuta cu mare precautie si numai in cazul solutiilor diluate.

Abaterile de la liniaritate se numesc “efect Horeau”.

Horeau, A., Tetrahedron Lett., 1969, 10, 3121-3124; Horeau, A.; Guetté, J.P., Tetrahedron, 1974, 30, 1929-1931

Daca intre componentii non-racemicului exista interactii diastereomere importante [P(R) + P(S)] ≠ [P(R) + P(R)], [P(S) + P(S)] apar abateri importante de la liniaritatea o.p. = (100 / [αo]D

T) × [α]DT ea nemaifiind riguros valabila decat pentru o.p. = e.e. = fie 100% (enantiopuritate) fie 0% (amestec racemic). EXEMPLUL 58:

36

100

0100

o.p.

e.e.

50 e.e.

CH2CH3

CH3HOOC-H2C COOH

(S)-2-Ethyl-2-methylsuccinic acid

1234

[αo]D22 = +4.4 (15% CHCl3) pentru e.e. (S) = 100% (HPLC)

[α]D22 = +1.6 (15% CHCl3) pentru e.e. (S) = 50% (HPLC) si nu +2.2 !dar o.p.= 100 ([α]D22 / [αo]D

22 ) = 100 (1.6 / 4.4) = 36% falsa !

S

50

Mircea Darabantu Sinteza organica fina a compusilor chirali C-6 3 6.2.2.3. Fluctuatii ale valorii rotatiei specifice EXEMPLUL 59: In general, nu exista, nici chiar pentru substante standard enantiopure, vreun sens univoc al rotatiei specifice.

OHOH

(aR)-BINAPOL

[α]D20 = + 4.77 (0.86 % THF) dextrogir

[α]D20 = + 13.0 (1.12 % THF) dextrogir

[α]D20 = -5.2 (1.03 % MeOH) levogir

H OHCOOH

HO HCOOH

(R,R)-tartaric acid

[Φ]57824 = -12.9 (10 % 1,4-Dioxan) levogir

[Φ]57857 = -0.9 (10 % 1,4-Dioxan) levogir

[Φ]57854 = +10.8 (10 % MeOH) dextrogir

Kabuto, K.; Yasuhara, F.; Yamaguchi, S. Bull. Chem. Soc. Jpn., 1983, 56, 1263-1265; Hargreaves, M.K.; Richardson, P.J. J. Chem. Soc., 1957, 2260-2261

Notiunea de c r i p t o c h i r a l i t a t e De tipul I: varierea rotatiei specifice cu lungimea de unda, [α]λT = f(λ) cand [α]λT ~ 0

EXEMPLUL 60: Compusi organici care prezinta rotatii specifice atat de mici incat nu sunt masurabile, in conditii normale. Rezolvarea acestor cazuri face apel la schimbarea lungimii de unda de la valoarea standard de λ = 589 nm deoarece, conform legii lui Biot, rotatia specifica [α]λT este direct proportionala cu 1/λ2 (vezi mai departe).

200150100500

-50-100-150-200

[α]λT

λ (nm) 400 500 600

F C*H(OH)-CH2-COOH

(0.7% CHCl3)

Nu este criptochirala

[α]λT

λ (nm)

Este criptochirala

80

30

-30

-80

350 400 450 500 550 600

O

O

(1.1% MeOH)

Nu este criptochirala

D3CCD3

H3CCH3 H

(H3C)3C OHD

C2H5

n-C6H13 n-C4H9

n-C3H7

Mircea Darabantu Sinteza organica fina a compusilor chirali C-6 4 De tipul II: varierea rotatiei specifice cu concentratia si temperatura Este cazul in care, prin varierea concentratiei sau a temperaturii, compusul optic activ isi schimba semnul rotatiei specifice: in mod necesar, aceasta va fi nula la o valoare a concentratiei (temperaturii) cuprinsa in acest interval.

EXEMPLUL 61: Cazul (S)-nicotinei:

N

NCH3

[α]D20 = +6 (90% CHCl3) dextrogir[α]D20 = +4 (80% CHCl3) dextrogir[α]D20 = +1.5 (60% CHCl3) dextrogir[α]D20 = -1 (40% CHCl3) levogir[α]D20 = -3 (20% CHCl3) levogir

Winther, C. Z., Phys. Chem. 1907, 60, 621-622.

Influenta temperaturii asupra rotatiei specifice: Regula generala: prin varierea temperaturii cu 1 oC, valoarea rotatiei specifice se modifica cu 1 - 2%. Exceptiile de la aceasta regula sunt notabile.

EXEMPLUL 62: Cazul acidului (S)-aspartic:

CH2

COOHH2N H

COOH

[α]D20 = +4.4 (0.5% H2O) dextrogir

[α]D75 = 0 (0.5% H2O) criptochiralitate

[α]D90 = -1.86 (0.5% H2O) levogir

Greenstein, J.P.; Winitz, M. Chemistry of the Amino Acids, Wiley, New-York, 1961

6.2.2.4. Atribuiri empirice ale configuratiei absolute a unui compus organic pe baza rotatiei specifice Nu exista metoda sigura si universal valabila care sa permita atribuirea configuratiei absolute, R sau S a unui compus organic enantiopur in functie de valoarea rotatiei sale specifice, [α]λT > 0 dextrogir, [α]λT < 0 levogir. In cazul compusilor cu mai multe centre de chiralitate, atribuirea, pe baza rotatiei specifice, este practic imposibila.

Metoda Applequist & Brewster Applequist, J.; Carl, J.R.; Funf, K.-K., J. Am. Chem. Soc., 1972, 94, 2952-2956 Brewster, J. H., J. Am. Chem. Soc., 1959, 81, 5475-5478

Mircea Darabantu Sinteza organica fina a compusilor chirali C-6 5 Principul metodei: un mediu optic activ, birefringent (are doi indici de refractie, nCPD ≠ nCPS) raspunde diferit, din punct de vedere al polarizabilitatii atomilor si grupelor functionale pe care le contine fata de o radiatie CPD si una CPS, fiecareia fiindu-i asociat un vector de camp electric E respectiv E diferit.

Polarizabilitatea: proprietate a moleculelor organice de a-si modifica distributia sarcinilor electrice sub influenta unui camp electric exterior (E). In polarimetrie, este vorba despre ECPD si ECPS.

Sub influenta unui camp electric exterior (de intensitate E), apare μi (moment dipol indus) deoarece: a) Electronii (e-) se deplaseaza spre polul pozitiv (+, are loc polarizatia e l e c t r o n i c a, importanta). b) Atomii, astfel partial pozitivati, se deplaseaza spre polul negativ (are loc polarizatia a t o m i ca).

Marimea momentului dipol indus μi este direct proportionala cu intensitatea campului electric aplicat moleculei (E):

μi = α × E

α: Polarizabilitatea moleculei in discutie („mobilitatea” electronilor moleculei respective plasata in camp electric, E).

EXEMPLUL 63: Pentru molecula chirala CHFClBr se cunosc polarizaibilitatile (α, Ǻ3) tuturor atomilor constituenti:

Br (2.90) > Cl (1.90) > C (0.848) > H (0.380) > Fl (0.148).

Pasul 1: se scrie o molecula in proiectie Fischer astfel incat sa avem odinea descrescatoare a polarizabilitatii atomilor A > B > C > D de forma:

B

DA C A > B > C > D aceasta molecula, model, va fi dextrogira [α]D

T > 0

Pasul 2: in molecula model se inlocuiesc A - D cu atomii din cazul real dar pastrand strict ordinea descrescatoare a polarizabilitatii liganzilor

Cl

FBr H Br > Cl > H > F aceasta molecula reala va fi dextrogira [α]DT > 0

Pasul 3: se scrie formula de configuratie perspectivica, dedusa din cea Fischer si se atribuie configuratia absoluta pe baza regulei clasice C.I.P.

Cl

FBr H S

F

Cl

HBr S practic: [Φ] = +2 → +16 10-3 × grad × cm2 × mol-1

Mircea Darabantu Sinteza organica fina a compusilor chirali C-6 6 Observatii: i) polarizabilitatile atomice utilizate in determinare sunt aproximativ constante in toti compusii organici. ii) in contact cu radiatia plan polarizata, enantiomerul S(+), sufera modificari ale polarizabiltatii moleculare diferite sub influenta CPD, respectiv CPS, carora le sunt asociati vectori de camp electric ECPD si ECPS diferiti.

Rezultate asemanatoare se obtin daca, in locul polarizabilitatilor atomice (α), se utilizeaza Refractiile atomice (Ra) si refractiile de grup, care sunt si ele o masura a polarizbilitatii (atomilor si grupelor de atomi). Din relatia de definitie a Refractiei moleculare, Rm (legea H. A. Lorentz, L. Lorentz, 1880):

Rm = = π × N × αn2 - 1 Mn2 + 2 d

×

n: indicele de refractie al compusului organicM: masa molara a compusului organic (g/mol)d: densitatea compusului organic (g/cm3)N: numarul lui Avogadroα : polarizabilitatea moleculei

[cm3/mol]43

rezulta dependenta ei de indicele de refractie n si de polarizabilitate α.

Refractia moleculara Rm, determinata experimental, este, intre anumite limite, o marime aditiva, ea fiind insumarea refractiilor tuturor atomilor din molecula la care se adauga corectiile aferente legaturilor covalente.

Sunt cunoscute, de exemplu, urmatoarele Refractii atomice, in ordine descrescatoare:

I (13.954) > Br (8.741) > SH (7.729) > Cl (5.844) > C≡C (3.580) > C≡N (3.580) > C=C (3.379) > C6H5 (3.379) > COOH (3.379) > CH3 (2.591) > NH2 (2.382) > OH (1.528) > H (1.018) > D (1.008) > F (0.81)

EXEMPLUL 64 Determinarea configuratiei absolute a (R)-Ethanol-1-d:

B

DA C

A > B > C > D(scaderea Refractiei

atomice)

OH

DH3C H

2.5911.528

1.018

1.008

OH

DH

H3CR Anticipat: dextrogir

Gasit experimental: [Φ] > 0

Klyne, W.; Buckingham, J., Atlas of Stereochemistry, 2nd Ed.; vol I; Oxford, New-York, 1978, p.211

EXEMPLUL 65 Utilizarea marimilor care definesc polarizabilitatea are limitari si aproximatii foarte serioase.

Mircea Darabantu Sinteza organica fina a compusilor chirali C-6 7

B

DA C

A > B > C > D(scaderea Refractiei

atomice)

CH3

HHOOC OH

2.5913.379

1.018

1.528

CH3

HOH

HOOCR Anticipat: dextrogir

Gasit experimental: [Φ] < 0

Eroarea provine din faptul ca trebuie luate in considerare si posibilele interactiuni intre liganzii de la centrul chiral, ceea ce le modifica profund polarizabilitatea.

CH3

HO

CR

OH

HO Asociere intramolecularaprin legatura de hidrogencompus levogir

[Φ] < 0

CH3

HOH

Na+ -OOCR

Gasit experimental: [Φ] > 0

6.2.3. Dispersia Optica Rotatorie (D.O.R., eng. ORD) si Dicroismul Circular (D.C., CD) 6.2.3.1. Fenomenul Definitie: dependenta rotatiei specifice [α] (implicit cea a rotatiei molare [Ф]) de lungimea de unda a radiatiei electromagnetice plan polarizate care strabate un mediu non-racemic se numeste Dispersie Optica Rotatorie (D.O.R.). Ea acopera domeniul UV-VIS (λ = 200 – 600 nm). Daca mediul non-racemic nu absoarbe radiatia electromagnetica plan polarizata (doar o roteste), dependenta este data de legea lui Biot:

[Φ] = M100

Aλ2×sau[α] = A

λ2

A: constanta caracteristica substantei analizate

Dependenta este reprezentata de curbe fara maxime sau minime numit curbe D.O.R.normale.

200 300 400 500 600

[Φ]

0

> 0

< 0

Curba D.O.R. normalapozitiva

Curba D.O.R. normalanegativa

λ (nm)

non-racemic dextrogir

non-racemic levogir

Din punct de vedere matematic, curba estetotdeauna pozitiva: semnul (-) are sensfizic si nu matematic

In absenta absorbtiei de radiatie electromagnetica plan polarizata, diferenta intre radiatia incidenta si cea emergenta consta doar din rotirea planului de polarizare cu un unghi α = f(λ).

Mircea Darabantu Sinteza organica fina a compusilor chirali C-6 8

EiCPD

Cum vede un observatorradiatia UV INCIDENTA si

PLAN POLARIZATA, perpendicular pe directia de

propagare

EiCPS

CPDCPS Solutia unui compusenantiopur sau non-racemicMEDIU CIRCULARBIREFRINGENT asadarOPTIC ACTIV

i el (cm) in Δt

PLANUL DE POLARIZAREal radiatiei INCIDENTE (i)(contine rezultanta vectoriala)

α

b

a

ψ

ELIPSA DE POLARIZAREa radiatiei EMERGENTE (e)ELIPTIC POLARIZATE

Cum vede un observatorradiatia UV EMERGENTA si ELIPTIC POLARIZATA,

perpendicular pe directia de propagareLegea Lambert & Beer se scrie diferit pentru cele doua radiatii, CPD si CPS deoarece ele sunt absorbite inegal de catremediul birefringent, e.g. CPS a fost absorbita mai mult decat CPD (non-racemicul este, asadar, dextrogir):

(EiCPS - Ee

CPS) > (EiCPD-Ee

CPD)

EeCPS Ee

CPD

Drept care absorbantele, A sunt inegale: ACPS = εCPS × c × l > ACPD = εCPD × c × l

Variatia Δε = εCPS - εCPD = f(λ) se numeste DICROISM CIRCULAR (D.C.)

Rezulta imediat si inegalitatea coeficientilor molari de extinctie ε : Δε = εCPS - εCPD > 0 Ordinea scaderii termenilor este luata astfel prin definitie.

Directia de propagare a EPD

Parametrii elipsei: a ≠ b ≠ 0axa mare: aaxa mica: belipticitatea: tg ψ = b/a ψ = arctg (b/a)

Radiatia emergenta nu mai este un “racemic electromagnetic” ci un “non-racemic”, eliptic polarizat dreapta EPD.

Mircea Darabantu Sinteza organica fina a compusilor chirali C-6 9 Daca mediul non-racemic absoarbe radiatia electromagnetica plan polarizata in domeniul UV-VIS, se inregistreaza asa numitele curbe D.O.R. anomale (“anormale”).

λ (nm) λ (nm)

[Φ] > 0sauA

sau Δε

λo λo

[Φ] > 0sauA

sau Δε

[Φ] < 0 [Φ] < 0

Amax. (UV) Amax. (UV)A = f(λ) A = f(λ)

[Φ] = f(λ)Effect CottonPOZITIV

Δε = f(λ): D.C. (Dicroism Circular)pozitiv

[Φ] = f(λ)Effect CottonNEGATIV

Δε= f(λ): D.C. (Dicroism Circular)negativ

λM

λMλm

λm

(+) non-racemicdextrogir

(-) non-racemiclevogir

In cazul curbelor D.O.R. anomale se constata:

[Φ] =M

100K

λ2- λo2×

λo: "punctul de nul" la care [Φ] isi schimba semnul K : constanta specifica compusului analizatM: masa molara a compusului analizat (g × mol-1)

ii) Variatia brusca a semnului [Φ] = f(λ) in jurul lui λo se numeste Efect Cotton, caracterizat tocmai prin existenta curbelor D.O.R. anomale si anume:- efect Cotton pozitiv: [Φ]max. > 0 la valoarea λM- efect Cotton negativ: [Φ]max. > 0 la valoarea λm

a =|[Φ]M-[Φ]m|

100

[Φ]M

[Φ]m

[Φ]M

[Φ]m

iii) Amplitudinea (molara) a curbei D.O.R.:

i) Variatia rotatiei molare [Φ] in functie de lungimea de unda λ, [Φ] = f(λ): este data de ecuatia lui Drude:

A: absorbanta(absorbitivitatea molara)conform legii Lambert & Beer:

A = ε × c × lε = coeficientul molar de extinctie (dm3 × mol-1 × cm-1)c = concentratia solutiei probei (mol × dm-3)l = lungimea cuvei care contine solutia (cm)

[Φ] : rotatia molara a solutiei (10-3 × grad × cm2 × mol-1)

λmax. λmax.

Valoarea λo ("punctul de nul") la care [Φ] = 0 (determinat cu radiatie UV plan polarizata) este foarte apropiatadar nu coincide cu valoarea λmax. (maximul de absorbtie al non-racemicului determinat cu radiatie UVobisnuita).

lim [Φ] = - ∞ λ →λoλ<λo

lim [Φ] = + ∞ λ →λoλ>λo

Δε = εCPS - εCPD > 0

Δε = εCPS - εCPD < 0

Mircea Darabantu Sinteza organica fina a compusilor chirali C-6 10

α

b

a

ψ

ELIPSA DE POLARIZAREa radiatiei EMERGENTE (e)ELIPTIC POLARIZATE

EeCPS

EeCPD

Directia de propagare a radiatiei emergente(ceea ce vede observatorul)

Parametrii elipsei: a ≠ b ≠ 0Absorbtie inegala de radiatie

α

EeCPS

EeCPD

EiCPD = Ei

CPS > EeCPD > Ee

CPScircular

polarizatadreapta

circularpolarizata

stanga

circularpolarizatadreapta

circularpolarizata

stanga

Incidenta EmergentaPlan Polarizata Eliptic Polarizata Dreapta

Parametrii elipsei: a ≠ 0, b = 0Absorbtie egala de radiatie

PLANUL DE POLARIZAREa radiatiei EMERGENTE (e)PLAN POLARIZATE

EiCPD = Ei

CPS > EeCPD = Ee

CPScircular

polarizatadreapta

circularpolarizata

stanga

circularpolarizatadreapta

circularpolarizata

stanga

Incidenta EmergentaPlan Polarizata Plan Polarizata

a

Ei

Ei

Directia de propagare a radiatiei emergente(ceea ce vede observatorul)

Mircea Darabantu Sinteza organica fina a compusilor chirali C-6 11

α

EeCPD

Parametrii elipsei: a = b ≠ 0Absorbtie inegala de radiatieCPS absorbita totalCPD absorbita partial

CERCUL DE POLARIZAREa radiatiei EMERGENTE (e)CIRCULAR POLARIZATE

EiCPD = Ei

CPS > EeCPD > Ee

CPS = 0circular

polarizatadreapta

circularpolarizata

stanga

circularpolarizatadreapta

circularpolarizata

stanga

Incidenta EmergentaPlan Polarizata Circular Polarizata Dreapta

Eia = b

Directia de propagare a radiatiei emergente(ceea ce vede observatorul)

Mircea Darabantu Sinteza organica fina a compusilor chirali C-6 12 In cazul curbelor D.O.R. anomale si a D.C. se definesc urmatoarele marimi: - elipticitatea: ψ (unghiul de elipticitate, analog celui α in cazul rotatiei)

Ψ = 32.982 × ΔAmax. = 32.982 × Δεmax. × c’ × l

ΔA max.: diferenta intre maximele celor doua absorbante (Amax.CPS - A max.

CPD > 0, in exemplul nostru) Δε max.: diferenta intre maximele coeficientilor molari de extinctie (e.g. ε max.

CPS-ε max.CPD > 0) in dm3 × mol-1 × cm-1

c’: concentratia probei dar exprimata in mol × dm-3 l: lungimea cuvei care contine solutia probei de analizat, 10 cm. - elipticitatea specifica: [Ψ] (grad × cm2 × g-1, considerand 1 mL = 1cm3) (analog rotatiei specifice, [α])

[ψ] =ψ

c × l l : lungimea cuvei (cm) care contine solutia substantei de analizat (standardizata la 1 dm).

c : concentratia solutiei (g non-racemica / 100 mL solvent achiral) implica operarea analitica: - cantitate cantarita cu precizie de 4 (patru) zecimale - volum de solutie determinat la balon cotat Prin intermediul elipticitatii Ψ, elipticitatea specifica [Ψ] depinde de temperatura (oC) la care s-a facut

determinarea (proba termostatata) si, evident, lungimea de unda λ (nm, care se specifica totdeauna).

- elipticitatea molara: [θ] (analog rotatiei molare, [Ф]), in grad × cm2 × mol-1

[θ] =[ψ] × M

100 M (g × mol-1) masa molara a non-racemicului

Mircea Darabantu Sinteza organica fina a compusilor chirali C-6 13 Legatura intrinseca intre curbele D.O.R. ca si [Ф] = f(λ) si cele de D.C. Δε = f(λ) este data de catre ecuatia

Kronig-Kramers:

EXEMPLUL 66

λ (nm)

λo

[Φ] > 0sauA

sau Δε

[Φ] < 0

Amax. (UV)A = f(λ)

[Φ] = f(λ)Effect CottonNEGATIV

Δε= f(λ): D.C.λMλm

[Φ]M

[Φ]m

[Φ(λo)] λmax

[Φ(λmax.)]

[Φ(λ)] = 2099.6

λ=0

λ=∞

Δε(λ) λλ2

o − λdλ

Δε(λ) =

λ=0

λ=∞

[Φ(λ)] λλ2

o − λdλ1.9303 × 10-4

λo

Δεmax.

Forme simplificate ale ecuatiei Kronig - Kramers:

a = = 40.28 Δεmax. = 40.28 (εmax.CPS - εmax.

CPD)|[Φ]M-[Φ]m|

100

H3C CH3

OH3C 1 2

4

[Φ]M

[Φ]m

+ 3080

- 3320

[Φ]=0

UV normalλmax.=292 nm ε =32

312274294

200 300 400λ (nm)

a = = 643080 - (-3320)

100

Curba D.O.R. anomala cuun singur efect Cotton, pozitiv

(1R,4R)-(+)-Camfor

Mircea Darabantu Sinteza organica fina a compusilor chirali C-6 14 6.2.3.2. Aplicatii ale D.O.R. si D.C. la deducerea semiempirica a configuratiei absolute Curbele D.O.R. si D.C. pot fi utilizate cu succes la deducerea configuratiei absolute a unui non-racemic daca: i) non-racemicul prezinta, de regula, un singur maxim de absorbtie, clar si net, in spectrul UV normal. ii) in cazul prezentei unui singur asemenea maxim, curba D.O.R. prezinta un singur efect Cotton clar si net, al carui sens (pozitiv sau negativ) se poate determina fara ambiguitate.

Evident, asemenea determinari se pot face doar in cazul non-racemicilor activi in UV datorita prezentei unor cromofori clasici: >C=O (tranzitie utila π → π*, carbonil), >C=C< (tranzitie utila π → π*, vinil), Ar (π → π*, aril) etc.

In asemenea cazuri, se aplica asa numitele “reguli sectoriale”.

R e g u l a o c t a n t u l u i (octantilor) Metoda semiempirica de atribuire a configuratiei absolute a unui compus non-racemic, activ in UV, indiferent de numarul de centre chirale, cu conditia cunoasterii curbei sale D.O.R. si, deci, a sensului efectului sau Cotton.

y

x

z

o

O-I (+)spate

O-II (-)spate

O-III (-)spate

O-IV (+)spate

O-V (-)fata

O-VI (+)fata

O-VII (+)fata

O-VIII (-)fata

Semnul fiecaruia dintre cei opt octanti este dat de produsul semnelor coordonatelor caredefinesc pozitia oricarui punct din acel octant:e.g. O-I este (-z) × (+x) × (-y) > 0

y

O-I (+)spate

O-II (-)spate

O-IV (+)spate

O-III (-)spate

De regula, octantii din fataO-V-VIII nu au nici osemnificatie la aplicarearegulei octantului

Octantii vazuti dindirectia axei Oz

(modul de lucru la aplicarearegulei octantului)

o

x

Observa orientarea axelor de coordonate !

Mircea Darabantu Sinteza organica fina a compusilor chirali C-6 15 EXEMPLUL 67 : Aplicarea regulei octantului in cazul unei molecule achirale: ciclohexanona

x

y

z

O-I (+)

O-II (-)

O-III (-)O-IV (+)O

2

3

45

6

Directia de privire

y

I (+) II (-)

IV (+)III (-)

x

O 26

35 4

i) cromoforul (>C=O) este amplasat exact pe axa Oz, cu atomul de C in originea sistemului de axe de coordonate carteziene. ii) se aranjeaza inelul de 6 atomi inspre octantii O-I si O-II (orientat "in sus").iii) se priveste molecula din directia axei Oziv) se constata ocuparea egala a octantilor O-I si O-II si se conchide: molecula achirala.

Imaginea proiectiei ciclohexanoneiin planul de coordonate carteziene xOy

11

EXEMPLUL 68: Aplicarea regulei octantului in cazul enantiomerilor 5-izopropil-2-metilciclohexanonei

x

y

z

O-I (+)

O-II (-)

O-III (-)O-IV (+)O

2

3

45

6

Directia de privire

y

I (+) II (-)

IV (+)III (-)

x

O26

35 4

Imaginea proiectiei in planul de coordonate

carteziene xOy

O

CH(CH3)2

CH31

2

3

45

6

Enantiomerul2R,5R

Me

(H3C)2HC

CH3

Atribuirea configuratiei absolute:

i) (hetero)atomii si grupele de atomi plasati in plane de simetrie, nu contribuie la crearea Efectului Cotton: O, C-1, C-2, C-4, C-6 si CH3. ii) atomii (grupele de atomi) aduc contributii pozitive sau negative in functie de semnul octantului pe care il ocupa e.g. C-5 > 0 iar C-3 < 0)

i-Pr

iii) deoarece octantul cel mai ocupat este I-(+) (contine gruparea i-Pr si, per global, cea mai mare parte a moleculei), sensul efectului Cotton dat de catre acest enantiomer este pozitiv: curba sa D.O.R. trebuie sa fie pozitiva.

Practic, se compara rezultatele curbelor D.O.R. cu cele date de regula octantului:

Mircea Darabantu Sinteza organica fina a compusilor chirali C-6 16

y

I (+) II (-)

IV (+)III (-)

x

O26

35 4

(H3C)2HC

CH3 O

CH(CH3)2

CH31

2

3

45

6

Enantiomerul2R,5R

O

(H3C)2HC

CH31

2

3

4 5

6

Enantiomerul2S,5S

y

I (+) II (-)

IV (+)III (-)

x

O2 6

3 4

H3C

CH(CH3)2

1

5

1

Effect Cotton POZITIV Effect Cotton NEGATIV

λ (nm)

Amax. (UV)A = f(λ)

[Φ] = f(λ)Effect CottonPOZITIV

λ (nm)

Amax. (UV)A = f(λ)

[Φ] = f(λ)Effect CottonNEGATIV

? ?

A T E N T I E ! 5-izopropil-2-metilciclohexanona este, din punct de vedere conformational, o molecula rigida, conformerii trans e-e fiind larg majoritari fata de cei trans a-a. Neglijarea acestui aspect prin aplicarea regulei octantului asupra conformerului trans a-a duce la rezultate eronate !

O

Mei-Pr

O

Me

i-Pr

Enantiomerul 2R,5Rca si diastereomer

conformational trans e-eSTABIL

O

Me

i-Pr

O

H

R

H

R H

H5

2

2 525 i-Pr

5

Me120o

in plan vertical

180o

in plan orizontal

y

I (+) II (-)

IV (+)III (-)

x

O2 6

354

H3C

CH(CH3)2

1

1

6

2

3 4

Enantiomerul 2R,5Rca si diastereomer

conformational trans a-aINSTABIL (URME)

Effect Cotton NEGATIV ???

Regula octantului se aplica, totdeauna, acolo unde este cazul, asupra conformerului dominant, cel mai stabil.

Mircea Darabantu Sinteza organica fina a compusilor chirali C-6 17 EXEMPLUL 69: In cazul in care nu exista ambiguitati conformationale (asupra carui conformer non-racemic sa se aplice regula octantului ?), aplicarea regulei este simpla si expeditiva:

H3C

HO

(4aS,8aS)-8a-methyl-octahydronaphthalen-2(1H)-one

H

Orientarea cerutade regula octantului

CH3OCH3

H

O 1

2

3

4 5

6

788a4a

H

H3C

ODirectia

de privire

O2 3

4

4a5

67

8

8a1

1 32

48a 4a

8

576

x

y

O-I-(+) O-II-(-)

O-IV-(+)O-III-(-)

30o

Octantul cel mai ocupat esteO-I-(+). Efectul Cotton va fi pozitiv. Acest compus, ca si enantiomer (S,S) trebuie sa dea o curba D.O.R. pozitiva, este asadar (+) adica Dextrogir.

Dispunerea in trans diaxial a liganzilor Me (la C-8a) si H (la C-4a) nu are alternative conformationale, ea fiind dictata de condensarea in trans a celor doua carbocicluri hexaatomice.