Molekulák Világa – bevezetés a szerves kémiába
A TIC10 története, 2014 Fájdalomcsillapító vagy rákellenes szer, na de melyik a jó szerkezet? Fent: 70-es évekbeli szintetikus leírás alapján szabadalmaztatott szerkezet DE: Független eljárással előállítva: inaktív Alsó: a szintézissel ténylegesen előállított, biológialag aktív vegyület, melyet az eltérést feltárók szabadalmaztattak Eredmény: ígéretes rákellenes vegyület egy beláthatatlan jogi útvesztőben Tanulság: mindig ellenőrizzük, mi van a kezünkben!
Vegyületek reprezentációja - Minden leírás a valóság valamilyen modelljének felel meg! - Szerkezeti képlet jó (=”a” reprzentáció), de sokszor nem praktikus - Elvárások: - Legyen informatív - Egyértelműség (leírás →1 vegyület) - Egyediség (vegyület → 1 leírás) - Jól definiált (algoritmizálható) szabályok - Képes legyen a vegyületről meglévő tudásunkat hűen visszaadni - Számítógépes támogatás - Jelenleg elterjedt leírások: - Szabályos nevezéktan - SMILES - InChi
Teljes Lewis-képlet és ún, gyökcsoportos képlet
Teljes Lewis-képlet és ún, gyökcsoportos képlet
Gyökcsoportos képlet és vonalas képlet
SMILES alapok
•1986, David Weininger •Az atomokat vegyjelük reprezentálja •Hidrogénatomok impliciten (szabad vegyértékeket telítik) •Szomszédos atomok egymás mellett •Kettős és hármas kötések jele: ‘=‘ és ‘#’ •Elágazások jelzése zárójelekkel •Aromás kötések jele: ‘:’, sp2-es atomok: kisbetűs vegyjel •Gyűrűk leírásához az összekötendő atomok számot kapnak •Részletes szabályok: http://www.daylight.com/dayhtml/doc/theory/theory.smiles.html •Gyakorlás után gyorsabban lehet szerkezeteket így begépelni, mint berajzolni!
SMILES példák
CCCC
bután
[2H]O[2H]
deutérium-oxid
O=C=O
széndioxid
CC(=O)O
ecetsav
C#C
etin
[NH4+]
ammóniumion
CN(C)C
trimetilamin
NC(C)C(=O)O
alanin
C1CCCCC1
ciklohexán
c1ccccc1
benzol
SMILES: atomok
[S]
elemi kén
alapértelmezés: tömeg nem meghatározott, töltés 0, hidrogének száma 0
S
hidrogén-szulfid
A kén legkisebb normál vegyértéke 2
Cl
hidrogén-klorid
A klór legkisebb normál vegyértéke 1
C
metán
A szén legkisebb normál vegyértéke 4
[OH-] vagy [OH-1]
hidroxidion
[Fe+2] vagy [Fe++]
vas(II)ion
A töltésjel ismételhető (‘++’ = ‘+2’)
[235U]
Urán-235
A vegyjel előtti szám tömegszámként értelmezett
[*+2]
ismeretlen kation
Egy +2 töltésű, ismeretlen atomszámú ion
Töltésszám hiányában a töltés egységnyi (‘+’ = ‘+1’, ‘-’ = ‘-1’)
SMILES: kötések
CC vagy C-C
etán
Szomszédos alifás atomok között az alapértelmezés az egyszeres kötés
C=O vagy O=C
formaldehid
A kettős kötés jele ‘=‘, atomsorrend nem számít
C#N vagy N#C
hidrogén-cianid
A hármas kötés jele ‘#’ (jobb híján)
etén
Rendesen az etén ‘C=C’, de nem aromás sp2 atomok között az alapértelmezett kötés lehet kettős!
C=C vagy cc C=CC=C vagy cccc OO
butadién
hidrogén-peroxid
De! itt az ellenpélda, a butadiént rendesen ‘C=CC=C’ – nek írjuk A szabályok nem csak szénatomokra vonatkoznak!
SMILES: elágazások
HO O
CC(C)C(=O)O
izobutánsav FC(F)F vagy C(F)(F)F O=Cl(=O)(=O)[O-] vagy Cl(=O)(=O)(=O)[O-]
F F fluoroform
F O O Cl O O
CCCC(C(=O)O)CCC
A kötések szükség esetén az elágazáson belülre tehetők Egy atomhoz több elágazás is kapcsolódhat, az atomok sorrendje nem számít Még több elágazás
perklorátion
OH O
2-propilpentánsav
Az elágazások egymásba ágyazhatóak
SMILES: gyűrűk
C1CCCCC1 ciklohexán C1=CCCCC1 vagy C1CCCCC=1 c1cc2ccccc2cc1 vagy c12c(cccc1)cccc2
ciklohexén
naftalin
c1ccccc1c2ccccc2 vagy c1cccc1c1ccccc1
Ha nincs külön jelezve, a gyűrűzáródáshoz az alapértelmezett kötéstípus ugyanaz, mint bármilyen más kötés esetében A gyűrűt záró kötést többféleképpen is megadhatjuk, de egyértelműnek kell lennie! Egy atomon több gyűrű is záródhat
A gyűrűzáráshoz használt számok újra felhasználhatóak bifenil
InChI alapok
•A IUPAC 2001-ben indította el a kidolgozását •A kidolgozásban részt vett a NIST (National Institute of Standards and Technology) •A cél egy valóban egységes és általánosan használható azonosító kidolgozása volt •Eredmény: szabadon hozzáférhető (forráskód szinten is) alkalmazás, mely az ember számára már nem olyan könnyen olvasható formátumot készít •A kémiai szerkezeteket 5 ún. rétegben (layers) írja le: konnektivitás, tautoméria, izotópösszetétel, sztereokémia, elektronikus szerkezet •Az InChI algoritmusnak 3 fő lépése van •normalizálás (redundáns információk eltávolítása) •kanonizálás (egyértelmű atomazonosítók hozzárendelése) •szerializálás (karakterlánc hozzárendelése) •Ma már számos adatbázis használja, több program támogatja (pl. ChemSketch) •Hivatalos oldal: http://www.iupac.org/inchi (ingyenes program + API forráskód)
InChI alapok
InChI=1/C7H6O2/c8-7(9)6-4-2-1-3-5-6/h1-5H,(H,8,9) összegképlet
hidrogének
benzoesav
O OH
konnektivitás • •
Az egyes rétegek és alrétegek azonosítását a ‘/’ jel és az utána álló karakter biztosítja A legelső karakter az InChI verziószám HO
L-glutaminsav
O
+
H3N
13
OH O
H
InChI=1/C5H9NO4/c6-3(5(9)10)1-2-4(7)8/h3H,1-2,6H2,(H,7,8)(H,9,10)/p+1/t3-/m0/s1/i4+1
Atomok gyakori kötésmintázatai szerves vegyületekben
Lewis-képletek dióhéjban: - oktett-szabály (mindenhol, ahol releváns) - minden kötés lokalizált (két atom között) - minden atom egész töltést hordoz (-1,0,+1 reális)
A Lewis-képletek korlátai: rezonanciaszerkezetek
Ha a molekula elektronszerkezete nagyon rosszul modellezhető egyetlen Lewisszerkezettel, akkor több szerkezettel közelítjük annak leírását, ezeket rezonanciaszerkezeteknek nevezzük. Másik megoldás, hogy kilépünk a Lewisszerkezetek korélátai közül.
A Lewis-képletek korlátai: rezonanciaszerkezetek
A rezonanciaszerkezetek nem valódi kémiai átalakulást jelölnek, és csupán ábrázolástechnikai fogásnak tekinthetőek! Ez még akkor is így van, ha meg tudjuk becsülni, a szerkezetek milyen arányú kombinációja közelíti legjobban a valódi elektroneloszlást.
Rezonanciaszerkezetekre vonatkozó szabályok és megfontolások
A 4. és az 5. pont a rezonanciaszerkezetek és az ábrzolni kívánt valóság kapcsolatáról szól!
Rezonanciaszerkezetekre vonatkozó szabályok és megfontolások 1) Minden rezonanciaszerkezetnek érvényes Lewis-képletnek kell lennie 2) A rezonanciaszerkezetek csak az elektronok elhelyezkedésében különböznek, az atomok száma, kapcsolódása és helyzete (kötészögek sem) változnak az egyes szerkezetek között 3) minden rezonanciaszerkezet ugyanannyi párosítatlan elektront tartalmaz (ez általában 0. ez jellemző a slegstabilabb szerkezetekre leginkább) 4) Annak megítélésekor, hogy a rezonanciaszerkezetek közül melyik a domináns, azaz melyik áll önmagéban legközelebb a tényléeges elektroneloszlás leírásához, az egyes rezonanciaszerkezetek energiájét vehetjük alapul (a legalacsonabb energiájú a domináns, már ha van ilyen). Fotnso szempont ennek megítélésekor, hogy az adott rezonanciaszerkezetben az oktettszabáély teljesüljön, minél több kötés jelenlen meg, a töltésszeparáció minimális legyen, illetve hogy negatív töltést lehetőleg nagy elektronegativitésú atom (O, N, S) hordozzon (ezek teljesülésekor stabilabb a szerkezet) 5) A rezonanciaszerkezetek segítségével következtethetünk egy molekula (ion) stabilitására, ez különösen akkor van így, ha egy töltés több atomon is megjelenik az egyes szerkezetekben, ekkor ún. Rezonancia.stabilizálásról beszélünk (lásd pl. a karboxilát esetében a két oxigén egyikén megjelenő negatív töltést).
Alkánok
Cikloalkánok
A szubsztitúciós nevezéktan alapjai
1. Keresd meg a leghosszabb szénláncot. Ha ez nem egyértelmű, azt kell választani, amelyikhez több szubsztituens kapcsolódik. (A leghosszabb lánc ritkán teljesen vízszintes vagy függőleges)
A szubsztitúciós nevezéktan alapjai
2. Számozd meg a láncot attól a végétől kezdve, amelyikhez közelebb esnek a szubsztiuensek (holtverseny esetén amelyikhez a második közelebb esik stb.)
A szubsztitúciós nevezéktan alapjai
3. Nevezd el az alkilcsoportokat
A szubsztitúciós nevezéktan alapjai
4. A csoportokat ABCsorrendben soroljuk fel, mindegyik elé odaírjuk, melyik pozícióhoz kapcsolódik. A többször jelen lévő csoportok di-, tri-, tetra- stb. Előtagot kapnak.
A szubsztitúciós nevezéktan alapjai
