Κεφάλαιο 7.2 – Στερεοϊσομέρεια (εναντιομέρεια και διαστερεομέρεια) (σελ. 265-327) – Απαντήσεις – Λύσεις

Ερωτήσεις - Ασκήσεις - Προβλήματα

Άσκηση 7 (σελ. 266)

Τι ονομάζεται στερεοϊσομέρεια;

Σκέψη / Μεθοδολογία: Ανάκληση ορισμού από την εισαγωγή του §7.2.

Απάντηση: Στερεοϊσομέρεια ονομάζεται η μορφή ισομέρειας στην οποία οι ισομερείς ενώσεις (στερεοϊσομερείς) έχουν τον ίδιο συντακτικό τύπο, αλλά διαφορετική στερεοχημική (χωρική) διάταξη. Διακρίνεται σε εναντιομέρεια και διαστερεομέρεια (στην οποία εντάσσεται και η γεωμετρική ισομέρεια).

Άσκηση 8 (σελ. 266)

Τι είναι χειρόμορφα μόρια;

Σκέψη / Μεθοδολογία: Ανάκληση ορισμού.

Απάντηση: Χειρόμορφα (ή χειρικά) ονομάζονται τα μόρια που δεν ταυτίζονται με το κατοπτρικό τους είδωλο (όπως το αριστερό με το δεξί χέρι). Μια ένωση με χειρικά μόρια απαντά σε δύο μορφές, τα εναντιομερή.

Άσκηση 9 (σελ. 266)

Ποιο άτομο άνθρακα ονομάζεται ασύμμετρο;

Σκέψη / Μεθοδολογία: Ανάκληση ορισμού.

Απάντηση: Ασύμμετρο (ή στερεογονικό) ονομάζεται το άτομο άνθρακα που συνδέεται με τέσσερις διαφορετικές ομάδες ή άτομα και συμβολίζεται C*.

Άσκηση 10 (σελ. 266)

Ποιες ενώσεις ονομάζονται εναντιομερείς;

Σκέψη / Μεθοδολογία: Ανάκληση ορισμού.

Απάντηση: Εναντιομερείς ονομάζονται οι στερεοϊσομερείς ενώσεις που έχουν σχέση αντικειμένου-κατοπτρικού είδωλου μεταξύ τους (οπτικοί αντίποδες), χωρίς να ταυτίζονται με υπέρθεση.

Άσκηση 11 (σελ. 266)

Τι γνωρίζετε για τη R και S στερεοχημική διάταξη;

Σκέψη / Μεθοδολογία: Ανάκληση της μεθόδου Cahn-Ingold-Prelog.

Απάντηση: Κατατάσσουμε τους 4 υποκαταστάτες του C* σε σειρά προτεραιότητας (1>2>3>4) με βάση τον ατομικό αριθμό των συνδεόμενων ατόμων (κανόνες CIP). Προσανατολίζουμε το μόριο με τον υποκαταστάτη 4 μακριά από τον παρατηρητή· αν η φορά 1→2→3 είναι δεξιόστροφη, η στερεοαπεικόνιση είναι R (Rectus)· αν είναι αριστερόστροφη, είναι S (Sinister).

Άσκηση 12 (σελ. 266)

Τι είναι στροφική ικανότητα και πώς μετριέται;

Σκέψη / Μεθοδολογία: Ανάκληση ορισμού και οργάνου μέτρησης.

Απάντηση: Στροφική ικανότητα είναι η ιδιότητα μιας οπτικά ενεργούς ουσίας να στρέφει το επίπεδο του πολωμένου φωτός κατά μια γωνία α. Μετριέται με το πολωσίμετρο, όργανο που περιλαμβάνει πηγή φωτός, δύο φακούς Polaroid και σωλήνα με το προς εξέταση δείγμα ανάμεσά τους.

Άσκηση 13 (σελ. 266)

Τι είναι ειδική στροφική ικανότητα;

Σκέψη / Μεθοδολογία: Ανάκληση τύπου.

Απάντηση: Ειδική στροφική ικανότητα [α] είναι το μέγεθος που εκφράζει τη χαρακτηριστική στροφική ικανότητα μιας οπτικά ενεργούς ουσίας, ανεξάρτητα από τη συγκέντρωση και το μήκος του σωλήνα μέτρησης: [α] = α/(l·c), όπου α η μετρούμενη γωνία στροφής, l το μήκος του σωλήνα σε dm και c η συγκέντρωση σε g/mL.

Άσκηση 14 (σελ. 266)

Τι ονομάζεται διαστερεομέρεια;

Σκέψη / Μεθοδολογία: Ανάκληση ορισμού.

Απάντηση: Διαστερεομέρεια ονομάζεται η στερεοϊσομέρεια που παρουσιάζεται μεταξύ στερεοϊσομερών ενώσεων που ΔΕΝ είναι εναντιομερείς μεταξύ τους (δεν είναι κατοπτρικά είδωλα). Σε αντίθεση με τα εναντιομερή, τα διαστερεομερή έχουν σημαντικές διαφορές στις φυσικές και χημικές τους ιδιότητες.

Άσκηση 15 (σελ. 266)

Τι είναι μεσομορφή;

Σκέψη / Μεθοδολογία: Ανάκληση ορισμού.

Απάντηση: Μεσομορφή ονομάζεται η οπτικά ανενεργή στερεοϊσομερής μορφή μιας ένωσης με δύο ή περισσότερα ομοειδώς ασύμμετρα άτομα C*, η οποία προκύπτει λόγω ύπαρξης εσωτερικού επιπέδου συμμετρίας στο μόριο (π.χ. στο 2,3-διχλωροβουτάνιο, όπου από τις 4 δυνατές μορφές οι δύο ταυτίζονται σε μία μεσομορφή, δίνοντας συνολικά 3 στερεοϊσομερή αντί για 4).

Άσκηση 16 (σελ. 266)

Τι γνωρίζετε για τη γεωμετρική στερεοϊσομέρεια;

Σκέψη / Μεθοδολογία: Ανάκληση ορισμού και προϋπόθεσης εμφάνισης.

Απάντηση: Γεωμετρική στερεοϊσομέρεια εμφανίζεται σε ενώσεις με διπλό δεσμό C=C, όταν κάθε άνθρακας του διπλού δεσμού φέρει δύο διαφορετικούς υποκαταστάτες· οφείλεται στην αδυναμία ελεύθερης περιστροφής γύρω από τον δεσμό π. Δεν εμφανίζεται ποτέ στα αλκάνια (ελεύθερη περιστροφή γύρω από απλό δεσμό). Οι μορφές που προκύπτουν (cis/trans ή Z/E) είναι διαστερεομερείς μεταξύ τους.

Άσκηση 17 (σελ. 266)

Τι γνωρίζετε για τις cis - trans στερεοχημικές διατάξεις και τι για τις Z και E;

Σκέψη / Μεθοδολογία: Ανάκληση ορισμών cis/trans και Z/E.

Απάντηση: cis: οι δύο όμοιες ομάδες βρίσκονται στην ίδια πλευρά του επιπέδου του διπλού δεσμού· trans: βρίσκονται σε αντίθετες πλευρές. Όταν δεν υπάρχουν δύο όμοιες ομάδες ώστε να εφαρμοστεί το cis/trans, χρησιμοποιείται ο γενικότερος συμβολισμός Z/E με βάση τη σειρά προτεραιότητας CIP: αν οι δύο υποκαταστάτες με τη μεγαλύτερη προτεραιότητα (ένας σε κάθε άνθρακα) βρίσκονται στην ίδια πλευρά, η διάταξη είναι Z (Zusammen), αλλιώς E (Entgegen).

Άσκηση 50 (σελ. 326)

Να συμπληρωθούν τα κενά στις ακόλουθες προτάσεις: α. Χειρόμορφο ονομάζεται ένα μόριο όταν δε συμπίπτει με το ............... σε επίπεδο καθρέφτη. β. Οι ............... τύποι που συμβολίζουν τα δύο χειρόμορφα μόρια αντιστοιχούν σε δύο ............... ενώσεις που ονομάζονται ............... . γ. Η στερεοϊσομέρεια που παρουσιάζεται μεταξύ δύο ............... ονομάζεται ............... . δ. Μια ένωση για να παρουσιάζει .............................. πρέπει να ............... επίπεδου συμμετρίας. ε. Ασύμμετρο ............... άνθρακα είναι αυτό που ............... με τέσσερις ............... ομάδες ή άτομα.

Σκέψη / Μεθοδολογία: Άμεση εφαρμογή των ορισμών χειρομορφίας, εναντιομέρειας, διαστερεομέρειας και ασύμμετρου ατόμου άνθρακα.

Απάντηση: α. ...κατοπτρικό του είδωλο... . β. ...στερεοχημικοί..., ...διαφορετικές (ισομερείς)..., ...εναντιομερή... . γ. ...στερεοϊσομερών που δεν είναι οπτικοί αντίποδες (κατοπτρικά είδωλα)..., ...διαστερεομέρεια... . δ. ...εναντιομέρεια (χειρομορφία)..., ...στερείται... . ε. ...άτομο..., ...συνδέεται..., ...διαφορετικές...

Άσκηση 51 (σελ. 326)

Ποιες από τις επόμενες ενώσεις περιέχουν ασύμμετρο άτομο άνθρακα και όπου υπάρχει να σημειωθεί κατάλληλα. α. 2-πεντανόλη β. 3-πεντανόνη γ. 3-πεντανόλη δ. 3-μεθυλοπεντανικό οξύ

Λύση:

1. α. 2-πεντανόλη: CH₃-CH(OH)-CH₂-CH₂-CH₃. Ο C2 συνδέεται με -OH, -H, -CH₃, -CH₂CH₂CH₃ (τέσσερα διαφορετικά) → C υπάρχει.
2. β. 3-πεντανόνη: CH₃CH₂-CO-CH₂CH₃. Ο καρβονυλικός άνθρακας είναι sp² (όχι υποψήφιος C)· δεν υπάρχει κανένας άλλος άνθρακας με 4 διαφορετικούς υποκαταστάτες (τα δύο -CH₂CH₃ είναι όμοια) → δεν έχει C.
3. γ. 3-πεντανόλη: CH₃CH₂-CH(OH)-CH₂CH₃. Ο C3 συνδέεται με -OH, -H και δύο όμοιες ομάδες -CH₂CH₃ → δεν είναι ασύμμετρος, δεν έχει C*.
4. δ. 3-μεθυλοπεντανικό οξύ: CH₃-CH₂-CH(CH₃)-CH₂-COOH. Ο C3 συνδέεται με -H, -CH₃, -CH₂CH₃, -CH₂COOH (τέσσερα διαφορετικά) → C υπάρχει.

Απάντηση: Έχουν ασύμμετρο άτομο άνθρακα μόνο οι ενώσεις α (2-πεντανόλη, στον C2) και δ (3-μεθυλοπεντανικό οξύ, στον C3).

Άσκηση 52 (σελ. 326)

Να γράψετε τους δυνατούς στερεοχημικούς τύπους για την 2-χλωρο-1-προπανόλη και να σημειωθεί ποια είναι η R και ποια η S μορφή.

Λύση:

1. Σειρά προτεραιότητας υποκαταστατών του C2: 1) -Cl (Z=17, άμεσα συνδεδεμένο άτομο Cl), 2) -CH₂OH (ο άνθρακας συνδέεται με O,H,H), 3) -CH₃ (ο άνθρακας συνδέεται με H,H,H), 4) -H.
2. Προσανατολίζουμε το μόριο με τον υποκαταστάτη -H (προτεραιότητα 4) μακριά από τον παρατηρητή.
3. Στη μορφή όπου η φορά Cl→CH₂OH→CH₃ (1→2→3) είναι δεξιόστροφη, η στερεοαπεικόνιση είναι R.
4. Στο κατοπτρικό είδωλο (όπου η ίδια φορά 1→2→3 είναι αριστερόστροφη), η στερεοαπεικόνιση είναι S.

Απάντηση: Υπάρχουν δύο στερεοχημικοί τύποι (εναντιομερή): η (R)-2-χλωρο-1-προπανόλη και η (S)-2-χλωρο-1-προπανόλη, με σειρά προτεραιότητας υποκαταστατών Cl > CH₂OH > CH₃ > H.

Πρόσεξε: Ο άνθρακας του -CH₂OH προηγείται του -CH₃ επειδή συγκρίνουμε το ΠΡΩΤΟ άτομο εκτός άνθρακα που συναντάμε σε κάθε κλάδο: στο -CH₂OH υπάρχει άμεσα συνδεδεμένο Ο (Z=8), ενώ στο -CH₃ μόνο Η (Z=1).

Άσκηση 53 (σελ. 326)

Διάλυμα 200 mL που περιέχει 16 g οπτικά ενεργούς ουσίας Α εισάγεται σε σωλήνα πολωσίμετρου που έχει μήκος 10 cm, οπότε προσδιορίζεται η γωνία στροφής της Α και βρίσκεται ίση με +6°. α. Ποια είναι η ειδική στροφική ικανότητα της Α; β. Αν ένα άλλο διάλυμα 200 mL που περιέχει 10 g της οπτικά ενεργούς ένωσης Β (που είναι εναντιομερής της Α), εισαχθεί στο ίδιο πολωσίμετρο, κάτω από τις ίδιες συνθήκες που έγινε η μέτρηση της Α, τι στροφή θα υποστεί το επίπεδο πόλωσης του φωτός αυτή τη φορά;

Λύση:

1. α. l=10 cm=1 dm, c=16 g/200 mL=0,08 g/mL. [α]_A = α/(l·c) = 6/(1·0,08) = +75°.
2. β. Αφού η Β είναι εναντιομερής της Α, ισχύει [α]_B = -75° (ίση απόλυτη τιμή, αντίθετο πρόσημο).
3. Νέα συγκέντρωση: c_B = 10 g/200 mL = 0,05 g/mL, ίδιο l=1 dm.
4. α_B = [α]_B·l·c_B = (-75)·1·0,05 = -3,75°.

Απάντηση: α. [α]_A = +75°. β. Το επίπεδο πόλωσης στρέφεται κατά -3,75° (δηλ. 3,75° προς την αντίθετη φορά απ' ό,τι η Α).

Άσκηση 54 (σελ. 326)

Η ειδική στροφική ικανότητα της ένωσης Α είναι -24°, ενώ της ένωσης Β είναι +32°. 2 g ενός μίγματος των ενώσεων Α και Β, αφού διαλυθεί σε κατάλληλο διαλύτη όγκου 20 mL, εισάγεται σε πολωσίμετρο με σωλήνα μήκους 10 cm, οπότε μετράται η γωνία στροφής του επιπέδου του πολωμένου φωτός και βρίσκεται ίση με +0,4°. Με βάση τα παραπάνω δεδομένα να προσδιοριστεί η σύσταση του αρχικού μίγματος των Α και Β.

Λύση:

1. l=10 cm=1 dm. Έστω m_A τα g της Α και m_B=2-m_A τα g της Β στα 20 mL διαλύματος.
2. c_A=m_A/20, c_B=m_B/20 (g/mL).
3. Συνολική στροφή: α = [α]_A·l·c_A + [α]_B·l·c_B = (-24)(m_A/20) + (32)(m_B/20) = 0,4.
4. ⟹ -24 m_A + 32 m_B = 8. Αντικαθιστούμε m_B=2-m_A: -24 m_A + 32(2-m_A) = 8 ⟹ -56 m_A + 64 = 8 ⟹ m_A = 1 g.
5. Άρα m_B = 2-1 = 1 g.

Απάντηση: Το αρχικό μείγμα περιέχει 1 g Α και 1 g Β (αναλογία μαζών 1:1).

Πρόσεξε: Οι Α, Β ΔΕΝ είναι εναντιομερή εδώ (τα |[α]| διαφέρουν: 24 vs 32), άρα δεν πρόκειται για ρακεμικό μείγμα· οι δύο στροφές απλώς προστίθενται αλγεβρικά (με το πρόσημο της καθεμιάς).

Άσκηση 55 (σελ. 327)

Να γράψετε το συντακτικό τύπο του πιο απλούστερου μέλους που έχει ένα ασύμμετρο άτομο άνθρακα της ομόλογης σειράς των: α. αλκανίων β. αλκενίων γ. αλκινίων δ. κορεσμένων μονοσθενών αλκοολών ε. κορεσμένων μονοκαρβοξυλικών οξέων.

Λύση:

1. α. Αλκάνια: 3-μεθυλοεξάνιο, CH₃-CH₂-C*H(CH₃)-CH₂-CH₂-CH₃ — ο C3 συνδέεται με H, CH₃, C₂H₅(αιθύλιο), C₃H₇(προπύλιο) (τέσσερα διαφορετικά).
2. β. Αλκένια: 3-μεθυλο-1-πεντένιο, CH₂=CH-C*H(CH₃)-CH₂-CH₃ — ο C3 συνδέεται με H, CH₃, -CH=CH₂(βινύλιο), -CH₂CH₃(αιθύλιο).
3. γ. Αλκίνια: 3-μεθυλο-1-πεντίνιο, HC≡C-C*H(CH₃)-CH₂-CH₃ — ο C3 συνδέεται με H, CH₃, -C≡CH(αιθυνύλιο), -CH₂CH₃(αιθύλιο).
4. δ. Αλκοόλες: 2-βουτανόλη, CH₃-C*H(OH)-CH₂-CH₃ — ο C2 συνδέεται με H, OH, CH₃, C₂H₅.
5. ε. Καρβοξυλικά οξέα: 2-μεθυλοβουτανικό οξύ, CH₃-CH₂-C*H(CH₃)-COOH — ο C2 συνδέεται με H, CH₃, C₂H₅, COOH.

Απάντηση: α. 3-μεθυλοεξάνιο. β. 3-μεθυλο-1-πεντένιο. γ. 3-μεθυλο-1-πεντίνιο. δ. 2-βουτανόλη. ε. 2-μεθυλοβουτανικό οξύ.

Πρόσεξε: Στα αλκάνια/αλκένια/αλκίνια χρειάζονται 4 πραγματικά διαφορετικά υποκαταστατικά τμήματα (H + 3 διαφορετικές αλκυλομάδες/ομάδες), γι' αυτό απαιτούνται τουλάχιστον 6-7 άτομα άνθρακα — λιγότερα άτομα οδηγούν πάντα σε επανάληψη κάποιας ομάδας (π.χ. δύο όμοιες μεθυλομάδες).

Άσκηση 56 (σελ. 327)

Να γράψετε τους συντακτικούς τύπους των αλκοολών με Μ.Τ. C₅H₁₁OH και να σημειώσετε σε ποιες από αυτές υπάρχει ασύμμετρο άτομο άνθρακα.

Λύση:

1. 1. 1-πεντανόλη: CH₃CH₂CH₂CH₂CH₂OH — δεν έχει C* (ο C1 έχει δύο H).
2. 2. 2-πεντανόλη: CH₃-CH(OH)-CH₂CH₂CH₃ — έχει C στον C2 (OH, H, CH₃, C₃H₇).
3. 3. 3-πεντανόλη: CH₃CH₂-CH(OH)-CH₂CH₃ — δεν έχει C* (δύο όμοιες ομάδες -C₂H₅ στον C3).
4. 4. 2-μεθυλο-1-βουτανόλη: HOCH₂-CH(CH₃)-CH₂CH₃ — έχει C στον C2 (CH₂OH, H, CH₃, C₂H₅).
5. 5. 3-μεθυλο-1-βουτανόλη: HOCH₂CH₂-CH(CH₃)-CH₃ — δεν έχει C* (δύο όμοιες μεθυλομάδες στον C3).
6. 6. 2,2-διμεθυλο-1-προπανόλη (νεοπεντυλική αλκοόλη): (CH₃)₃C-CH₂OH — δεν έχει C* (τρεις όμοιες μεθυλομάδες).
7. 7. 2-μεθυλο-2-βουτανόλη: CH₃-C(CH₃)(OH)-CH₂CH₃ — δεν έχει C* (δύο όμοιες μεθυλομάδες στον carbinol άνθρακα).
8. 8. 3-μεθυλο-2-βουτανόλη: (CH₃)₂CH-CH(OH)-CH₃ — έχει C στον C2 (OH, H, CH₃, CH(CH₃)₂).

Απάντηση: Υπάρχουν 8 συντακτικοί τύποι πεντανόλης. Ασύμμετρο άτομο άνθρακα έχουν 3 από αυτές: η 2-πεντανόλη, η 2-μεθυλο-1-βουτανόλη και η 3-μεθυλο-2-βουτανόλη.

Άσκηση 57 (σελ. 327)

Να χαρακτηρίσετε με ένα Σ όσες από τις ακόλουθες προτάσεις είναι σωστές και με ένα Λ όσες είναι λανθασμένες. α. Όταν στο μόριο μιας οργανικής ουσίας υπάρχει ένα ασύμμετρο άτομο άνθρακα, τότε υπάρχουν δύο στερεοϊσομερείς μορφές που ονομάζονται εναντιομερείς. β. Όταν στο μόριο μιας οργανικής ένωσης υπάρχουν δύο ασύμμετρα άτομα άνθρακα, τότε υπάρχουν οπωσδήποτε τέσσερις στερεοϊσομερείς μορφές της ένωσης. γ. Εναντιομερείς ονομάζονται οι στερεοϊσομερείς ενώσεις που έχουν σχέση κατοπτρικού ειδώλου μεταξύ τους. δ. Διαστερεομερείς ονομάζονται οι στερεοϊσομερείς ενώσεις που δεν είναι εναντιομερείς.

Λύση:

1. α: Σωστό — 1 ασύμμετρο άτομο ⟹ ακριβώς 2 στερεοϊσομερή (εναντιομερή).
2. β: Λάθος — 2 ασύμμετρα άτομα δίνουν ΤΟ ΠΟΛΥ 4 στερεοϊσομερή (2²), όχι οπωσδήποτε 4· αν τα δύο άτομα είναι ομοειδώς ασύμμετρα, μπορεί να προκύψει μεσομορφή και να υπάρχουν μόνο 3.
3. γ: Σωστό — ακριβώς ο ορισμός των εναντιομερών.
4. δ: Σωστό — ακριβώς ο ορισμός των διαστερεομερών, όπως δίνεται στο βιβλίο.

Απάντηση: α. Σ, β. Λ, γ. Σ, δ. Σ

Πρόσεξε: Το 'οπωσδήποτε' στο β είναι η παγίδα: ο τύπος 2^ν δίνει το ΑΝΩΤΑΤΟ όριο, όχι εγγυημένο αριθμό — η ύπαρξη μεσομορφής σε ομοειδώς ασύμμετρα κέντρα μειώνει το πραγματικό πλήθος.

Άσκηση 58 (σελ. 327)

Να γράψετε το συντακτικό τύπο της 2,3,4-τριυδροξυβουτανάλης και να σημειώσετε τα ασύμμετρα άτομα άνθρακα. Στη συνέχεια να γράψετε τους δυνατούς στερεοχημικούς τύπους, να τους αριθμήσετε και να βρείτε τα ζεύγη των εναντιομερών και διαστερεομερών.

Λύση:

1. Συντακτικός τύπος: OHC-CH(OH)-CH(OH)-CH₂OH (C1=CHO, C2, C3, C4=CH₂OH).
2. C2: συνδέεται με -CHO, -OH, -H, -CH(OH)CH₂OH → 4 διαφορετικά → ασύμμετρος.
3. C3: συνδέεται με -OH, -H, -CH(OH)CHO, -CH₂OH → 4 διαφορετικά → ασύμμετρος.
4. Τα δύο άκρα του μορίου (-CHO και -CH₂OH) είναι διαφορετικά, άρα οι δύο C* ΔΕΝ είναι ομοειδώς ασύμμετροι — δεν υπάρχει εσωτερική συμμετρία, άρα δεν εμφανίζεται μεσομορφή: όλες οι 2²=4 μορφές είναι διακριτές.
5. Στερεοχημικοί τύποι (συμβολισμός με τις διατάξεις στους C2,C3): Ι=(2R,3R), ΙΙ=(2S,3S), ΙΙΙ=(2R,3S), IV=(2S,3R).
6. Ζεύγη εναντιομερών (πλήρως αντίθετη διάταξη και στα δύο κέντρα): Ι-ΙΙ και ΙΙΙ-IV.
7. Ζεύγη διαστερεομερών (διαφορετική διάταξη μόνο στο ένα κέντρο): Ι-ΙΙΙ, Ι-IV, ΙΙ-ΙΙΙ, ΙΙ-IV.

Απάντηση: 4 στερεοϊσομερείς μορφές (Ι,ΙΙ,ΙΙΙ,IV), χωρίς μεσομορφή. Εναντιομερή: (Ι,ΙΙ) και (ΙΙΙ,IV). Διαστερεομερή: κάθε ζεύγος από διαφορετική ομάδα, δηλ. Ι-ΙΙΙ, Ι-IV, ΙΙ-ΙΙΙ, ΙΙ-IV.

Πρόσεξε: Μην συγχέετε με το 2,3-διχλωροβουτάνιο: εκεί τα δύο άκρα ήταν ΙΔΙΑ (δύο -CH₃) και υπήρχε μεσομορφή (3 μορφές)· εδώ τα άκρα -CHO και -CH₂OH είναι διαφορετικά, άρα δεν υπάρχει εσωτερική συμμετρία και οι μορφές είναι 4, όχι 3.

Άσκηση 59 (σελ. 327)

Να γράψετε το συντακτικό τύπο του απλούστερου αλκανίου με δύο ασύμμετρα άτομα άνθρακα και να βρείτε τους δυνατούς στερεοχημικούς του τύπους.

Λύση:

1. Συντακτικός τύπος: CH₃-CH₂-CH(CH₃)-CH(CH₃)-CH₂-CH₃ (3,4-διμεθυλοεξάνιο).
2. C3: συνδέεται με H, CH₃, -CH₂CH₃(αιθύλιο), -CH(CH₃)CH₂CH₃(δευτεροβούτυλο-τύπου κλάδος) → 4 διαφορετικά → ασύμμετρος.
3. C4: συμμετρικά, συνδέεται με H, CH₃, -CH₂CH₃, -CH(CH₃)CH₂CH₃ → επίσης ασύμμετρος.
4. Το μόριο είναι συμμετρικό (τα δύο άκρα -CH₂CH₃ είναι ίδια) — τα δύο C* είναι ομοειδώς ασύμμετρα, άρα αναμένεται μεσομορφή: 3 (όχι 4) στερεοϊσομερείς μορφές.

Απάντηση: Απλούστερο αλκάνιο με δύο C*: το 3,4-διμεθυλοεξάνιο. Έχει 3 στερεοϊσομερείς μορφές: ένα ζεύγος εναντιομερών (3R,4R)-(3S,4S) και μία μεσομορφή (3R,4S)≡(3S,4R).

Άσκηση 60 (σελ. 328)

Να αντιστοιχίσετε σε κάθε συντακτικό τύπο της στήλης (Ι) τον αριθμό των στερεοχημικών τύπων που είναι γραμμένοι στη στήλη (ΙΙ).

Λύση:

1. 2,3-διβρωμοπεντάνιο (CH₃-CHBr-CHBr-CH₂CH₃): 2 ασύμμετρα C (C2,C3), χωρίς εσωτερική συμμετρία (τα άκρα CH₃ και CH₂CH₃ διαφέρουν) → 2²=4 στερεοϊσομερή.
2. 2,3,4-τριβρωμοοκτάνιο: 3 ασύμμετρα C (C2,C3,C4), χωρίς εσωτερική συμμετρία (άκρα CH₃ και βουτύλιο διαφέρουν) → 2³=8 στερεοϊσομερή.
3. 2,4-διβρωμοπεντάνιο (CH₃-CHBr-CH₂-CHBr-CH₃): 2 ομοειδώς ασύμμετρα C (C2,C4, συμμετρικό μόριο ως προς τον C3) → μεσομορφή → 3 στερεοϊσομερή.
4. 2-βρωμοπεντάνιο: 1 ασύμμετρο C (C2) → 2 στερεοϊσομερή.
5. 2-βρωμο-2-βουτένιο (CH₃-CBr=CH-CH₃): διπλός δεσμός με δύο διαφορετικούς υποκαταστάτες σε κάθε άνθρακα (Br/CH₃ και H/CH₃) → γεωμετρική ισομέρεια, χωρίς ασύμμετρο άτομο → 2 στερεοϊσομερή (cis/trans).
6. 3-βρωμοπεντάνιο (CH₃CH₂-CHBr-CH₂CH₃): ο C3 έχει δύο όμοιες ομάδες -CH₂CH₃ → δεν είναι ασύμμετρος → μόνο 1 στερεοδιάταξη.

Απάντηση: 2,3-διβρωμοπεντάνιο → 4. 2,3,4-τριβρωμοοκτάνιο → 8. 2,4-διβρωμοπεντάνιο → 3. 2-βρωμοπεντάνιο → 2. 2-βρωμο-2-βουτένιο → 2. 3-βρωμοπεντάνιο → 1.

Πρόσεξε: Οι τιμές της στήλης ΙΙ όπως δίνονται στην εκφώνηση του βιβλίου (1,2,2,3,4,8, σε αυτή τη σειρά δίπλα στις ενώσεις) ΔΕΝ αντιστοιχούν στη σωστή αντιστοίχιση γραμμή-προς-γραμμή· η σωστή αντιστοίχιση επαληθεύτηκε ανεξάρτητα με βάση την ανάλυση κάθε μορίου (πλήθος C*, εσωτερική συμμετρία/μεσομορφή, γεωμετρική ισομέρεια) και όχι από τη σειρά καταγραφής στην πηγή. Το σύνολο των έξι τιμών {1,2,2,3,4,8} παραμένει ίδιο, απλώς ανακατανεμημένο σωστά.

Άσκηση 61 (σελ. 328)

Να συμπληρωθούν οι ακόλουθες αντιδράσεις και να βρεθεί ο αριθμός των στερεοϊσομερών που έχουν οι ενώσεις Α, Β, Γ, Δ και Ε: CH₃CH=CHCH₃ (Α) + I₂ → Β, CH₃CH=CHCH₃ + HCl → Γ, CH₃CH=CHCH₃ + HClO → Δ, CH₃CH=CHCH₃ + Cl₂ → Ε.

Λύση:

1. Α = CH₃-CH=CH-CH₃ (2-βουτένιο): κάθε άνθρακας του διπλού δεσμού έχει δύο διαφορετικούς υποκαταστάτες (H, CH₃) → γεωμετρική ισομέρεια (cis/trans), όχι ασύμμετρο άτομο → 2 στερεοϊσομερή.
2. Β = CH₃-CHI-CHI-CH₃ (2,3-διιωδοβουτάνιο, από προσθήκη Ι₂): δύο ομοειδώς ασύμμετρα C (συμμετρικό μόριο, όπως το 2,3-διχλωροβουτάνιο) → μεσομορφή → 3 στερεοϊσομερή.
3. Γ = CH₃-CHCl-CH₂-CH₃ (2-χλωροβουτάνιο, από προσθήκη HCl): 1 ασύμμετρο C (C2: Cl,H,CH₃,C₂H₅) → 2 στερεοϊσομερή.
4. Δ = CH₃-CHCl-CH(OH)-CH₃ (3-χλωρο-2-βουτανόλη, από προσθήκη HClO): 2 ασύμμετρα C (C2,C3), όχι ομοειδή (ένας κλάδος καταλήγει σε -Cl, ο άλλος σε -OH, άρα δεν υπάρχει συμμετρία) → 2²=4 στερεοϊσομερή.
5. Ε = CH₃-CHCl-CHCl-CH₃ (2,3-διχλωροβουτάνιο, από προσθήκη Cl₂): δύο ομοειδώς ασύμμετρα C → μεσομορφή → 3 στερεοϊσομερή.

Απάντηση: Α: 2 στερεοϊσομερή. Β: 3. Γ: 2. Δ: 4. Ε: 3.

Πρόσεξε: Το Β (2,3-διιωδοβουτάνιο) ακολουθεί ακριβώς το ίδιο δομικό μοτίβο συμμετρίας με το Ε (2,3-διχλωροβουτάνιο, αναλυμένο στη θεωρία ως κλασικό παράδειγμα μεσομορφής) — άρα και το Β έχει 3 στερεοϊσομερή, όχι 4, παρότι το I είναι διαφορετικό αλογόνο από το Cl.

Άσκηση 62 (σελ. 328)

α. Να γράψετε όλους τους δυνατούς συντακτικούς τύπους των ενώσεων με Μ.Τ. C₅H₁₀Cl₂. β. Να σημειωθούν τα ασύμμετρα άτομα άνθρακα, εφόσον υπάρχουν, και να προσδιοριστεί ο αριθμός των στερεοϊσομερών που αντιστοιχεί σε κάθε συντακτικό τύπο.

Λύση:

1. ΣΚΕΛΕΤΟΣ n-ΠΕΝΤΑΝΙΟΥ (C1-C2-C3-C4-C5), 9 διακριτές θέσεις Cl,Cl (λόγω συμμετρίας αντιστροφής της αλυσίδας 1↔5,2↔4):
2. 1,1-: Cl₂CH-CH₂-CH₂-CH₂-CH₃ — 0 C* → 1 στερεοϊσομερές.
3. 1,2-: ClCH₂-CHCl-CH₂-CH₂-CH₃ — C2 ασύμμετρος (Cl,H,CH₂Cl,C₃H₇) → 2 στερεοϊσομερή.
4. 1,3-: ClCH₂-CH₂-CHCl-CH₂-CH₃ — C3 ασύμμετρος (Cl,H,CH₂CH₂Cl,CH₂CH₃, διαφορετικοί κλάδοι) → 2 στερεοϊσομερή.
5. 1,4-: ClCH₂-CH₂-CH₂-CHCl-CH₃ — C4 ασύμμετρος (Cl,H,CH₃,CH₂CH₂CH₂Cl) → 2 στερεοϊσομερή.
6. 1,5-: ClCH₂-CH₂-CH₂-CH₂-CH₂Cl — συμμετρικό, 0 C* → 1 στερεοϊσομερές.
7. 2,2-: CH₃-CCl₂-CH₂-CH₂-CH₃ — 0 C* (δύο όμοια Cl) → 1 στερεοϊσομερές.
8. 2,3-: CH₃-CHCl-CHCl-CH₂-CH₃ — 2 ασύμμετρα C (C2,C3), όχι ομοειδή (άκρα CH₃ και CH₂CH₃ διαφέρουν) → 2²=4 στερεοϊσομερή.
9. 2,4-: CH₃-CHCl-CH₂-CHCl-CH₃ — 2 ομοειδώς ασύμμετρα C (συμμετρικό μόριο) → μεσομορφή → 3 στερεοϊσομερή.
10. 3,3-: CH₃-CH₂-CCl₂-CH₂-CH₃ — 0 C* (συμμετρικό, δύο όμοια Cl και δύο όμοιες αιθυλομάδες) → 1 στερεοϊσομερές.
11. ΣΚΕΛΕΤΟΣ 2-ΜΕΘΥΛΟΒΟΥΤΑΝΙΟΥ (ισοπεντάνιο), 10 διακριτοί τύποι:
12. 1,1-διχλωρο-2-μεθυλοβουτάνιο, Cl₂CH-CH(CH₃)-CH₂CH₃ — ο C2 γίνεται ασύμμετρος (CHCl₂,CH₃,C₂H₅,H) → 2 στερεοϊσομερή.
13. 1-χλωρο-2-(χλωρομεθυλο)βουτάνιο, (ClCH₂)₂CH-CH₂CH₃ — C2 έχει δύο όμοιες ομάδες -CH₂Cl → 0 C* → 1 στερεοϊσομερές.
14. 1,2-διχλωρο-2-μεθυλοβουτάνιο, ClCH₂-CCl(CH₃)-CH₂CH₃ — C2 ασύμμετρος (CH₂Cl,CH₃,Cl,C₂H₅) → 2 στερεοϊσομερή.
15. 1,3-διχλωρο-2-μεθυλοβουτάνιο, ClCH₂-CH(CH₃)-CHCl-CH₃ — C2 και C3 και οι δύο ασύμμετροι, χωρίς συμμετρία (άκρα CH₂Cl και CH₃ διαφέρουν) → 2²=4 στερεοϊσομερή.
16. 1,4-διχλωρο-2-μεθυλοβουτάνιο, ClCH₂-CH(CH₃)-CH₂-CH₂Cl — C2 ασύμμετρος (CH₂Cl,CH₃,CH₂CH₂Cl,H) → 2 στερεοϊσομερή.
17. 2,3-διχλωρο-2-μεθυλοβουτάνιο, (CH₃)₂CCl-CHCl-CH₃ — C2 έχει δύο όμοιες μεθυλομάδες → όχι ασύμμετρος· C3 ασύμμετρος (Cl,H,C(CH₃)₂Cl,CH₃) → 2 στερεοϊσομερή.
18. 2,4-διχλωρο-2-μεθυλοβουτάνιο, (CH₃)₂CCl-CH₂-CH₂Cl — 0 C* (δύο όμοιες μεθυλομάδες στο C2, CH₂ στο C3/C4) → 1 στερεοϊσομερές.
19. 3,3-διχλωρο-2-μεθυλοβουτάνιο, (CH₃)₂CH-CCl₂-CH₃ — 0 C* (δύο όμοιες μεθυλομάδες στο C2, δύο όμοια Cl στο C3) → 1 στερεοϊσομερές.
20. 3,4-διχλωρο-2-μεθυλοβουτάνιο, (CH₃)₂CH-CHCl-CH₂Cl — C2 έχει δύο όμοιες μεθυλομάδες (όχι ασύμμετρος)· C3 ασύμμετρος (Cl,H,(CH₃)₂CH-,CH₂Cl) → 2 στερεοϊσομερή.
21. 4,4-διχλωρο-2-μεθυλοβουτάνιο (=1,1-διχλωρο-3-μεθυλοβουτάνιο), (CH₃)₂CH-CH₂-CHCl₂ — 0 C* (δύο όμοιες μεθυλομάδες, δύο όμοια Cl) → 1 στερεοϊσομερές.
22. ΣΚΕΛΕΤΟΣ 2,2-ΔΙΜΕΘΥΛΟΠΡΟΠΑΝΙΟΥ (νεοπεντάνιο), 2 διακριτοί τύποι:
23. 1,1-διχλωρο-2,2-διμεθυλοπροπάνιο, (CH₃)₃C-CHCl₂ — 0 C* (κεντρικός άνθρακας με 3 όμοιες μεθυλομάδες, τερματικός με 2 όμοια Cl) → 1 στερεοϊσομερές.
24. 1,3-διχλωρο-2,2-διμεθυλοπροπάνιο, (CH₃)₂C(CH₂Cl)₂ — 0 C* (κεντρικός άνθρακας με δύο όμοιες μεθυλομάδες και δύο όμοιες -CH₂Cl) → 1 στερεοϊσομερές.

Απάντηση: Υπάρχουν συνολικά 21 συντακτικοί τύποι διχλωροπεντανίου (9 στον σκελετό n-πεντανίου, 10 στον σκελετό 2-μεθυλοβουτανίου, 2 στον σκελετό 2,2-διμεθυλοπροπανίου). Ασύμμετρο άτομο άνθρακα (και άρα >1 στερεοϊσομερή) εμφανίζουν μόνο 11 από αυτούς — βλ. αναλυτικά στη λύση για το ακριβές πλήθος στερεοϊσομερών κάθε τύπου (1, 2, 3 ή 4).

Πρόσεξε: Δίπλα σε κάθε νέο υποκαταστάτη πρέπει να επανεξετάζεται ΚΑΙ ο γειτονικός άνθρακας-διακλάδωσης (π.χ. στο 2-μεθυλοβουτάνιο, ο C2 δεν είναι ασύμμετρος στο ίδιο το ανυποκατέστατο μόριο, αλλά ΓΙΝΕΤΑΙ ασύμμετρος μόλις μπει Cl σε μία μόνο από τις δύο αρχικά όμοιες μεθυλομάδες του) — παράλειψη αυτού του ελέγχου οδηγεί σε υποεκτίμηση του πλήθους των ασύμμετρων ατόμων.

Άσκηση 63 (σελ. 328)

Να γράψετε το συντακτικό τύπο της 3-πεντεν-2-όλης και να προσδιοριστούν οι δυνατοί στερεοχημικοί της τύποι.

Λύση:

1. Συντακτικός τύπος: CH₃-C*H(OH)-CH=CH-CH₃.
2. C2: συνδέεται με OH, H, CH₃, -CH=CHCH₃(προπενύλιο) → 4 διαφορετικά → ασύμμετρο άτομο, δίνει 2 στερεοαπεικονίσεις (R/S).
3. Διπλός δεσμός C3=C4: ο C3 έχει υποκαταστάτες H και -CH(OH)CH₃ (διαφορετικά), ο C4 έχει υποκαταστάτες H και CH₃ (διαφορετικά) → εμφανίζεται γεωμετρική ισομέρεια (cis/trans ή Z/E), δίνει 2 μορφές.
4. Συνδυάζοντας τις δύο ανεξάρτητες πηγές στερεοϊσομέρειας: 2 (R/S) × 2 (cis/trans) = 4 συνολικοί στερεοχημικοί τύποι.

Απάντηση: 4 στερεοχημικοί τύποι: (R,cis), (R,trans), (S,cis), (S,trans).

Πρόσεξε: Όταν μια ένωση έχει και ασύμμετρο άτομο C* και κατάλληλα υποκατεστημένο διπλό δεσμό, το συνολικό πλήθος στερεοϊσομερών είναι το ΓΙΝΟΜΕΝΟ (όχι το άθροισμα) των επιμέρους δυνατοτήτων.

Άσκηση 64 (σελ. 328)

Να γράψετε τους συντακτικούς τύπους των μονοχλωροβουτενίων C₄H₇Cl και να σημειωθεί σε ποια από αυτά έχουμε γεωμετρική cis - trans στερεοϊσομέρεια και σε ποια εναντιομέρεια.

Λύση:

1. 1-χλωρο-1-βουτένιο, ClCH=CH-CH₂CH₃: διπλός δεσμός με Cl/H στον C1 και H/C₂H₅ στον C2 (και οι δύο άνθρακες με 2 διαφορετικούς υποκαταστάτες) → γεωμετρική ισομέρεια. Δεν υπάρχει sp³ C* → όχι εναντιομέρεια.
2. 2-χλωρο-1-βουτένιο, CH₂=CCl-CH₂CH₃: ο C1(=CH₂) έχει δύο όμοια Η → καμία γεωμετρική ισομέρεια. Δεν υπάρχει C* → μόνο 1 μορφή.
3. 3-χλωρο-1-βουτένιο, CH₂=CH-CHCl-CH₃: ο C1(=CH₂) έχει δύο όμοια Η → καμία γεωμετρική ισομέρεια. Ο C3 (sp³) συνδέεται με Cl,H,-CH=CH₂,CH₃ (4 διαφορετικά) → ασύμμετρος → εναντιομέρεια.
4. 4-χλωρο-1-βουτένιο, CH₂=CH-CH₂-CH₂Cl: ο C1(=CH₂) έχει δύο όμοια Η → καμία γεωμετρική ισομέρεια. Ο C3 είναι CH₂ (δύο H) → όχι C* → μόνο 1 μορφή.
5. 1-χλωρο-2-βουτένιο, ClCH₂-CH=CH-CH₃: ο C2 έχει υποκαταστάτες H/CH₂Cl, ο C3 έχει H/CH₃ (διαφορετικά και στους δύο) → γεωμετρική ισομέρεια. Ο C1 είναι CH₂Cl (δύο H) → όχι C* → όχι εναντιομέρεια.
6. 2-χλωρο-2-βουτένιο, CH₃-CCl=CH-CH₃: ο C2 έχει υποκαταστάτες Cl/CH₃, ο C3 έχει H/CH₃ (διαφορετικά και στους δύο) → γεωμετρική ισομέρεια. Δεν υπάρχει sp³ C* → όχι εναντιομέρεια.
7. 3-χλωρο-2-μεθυλο-1-προπένιο, ClCH₂-C(CH₃)=CH₂: ο =CH₂ άνθρακας έχει δύο όμοια Η → καμία γεωμετρική ισομέρεια. Ο -CH₂Cl είναι CH₂ (δύο H) → όχι C* → μόνο 1 μορφή.
8. 1-χλωρο-2-μεθυλο-1-προπένιο, (CH₃)₂C=CHCl: ο (CH₃)₂C= άνθρακας έχει δύο όμοιες μεθυλομάδες → καμία γεωμετρική ισομέρεια. Δεν υπάρχει sp³ C* → μόνο 1 μορφή.

Απάντηση: Από τα 8 μονοχλωροβουτένια: γεωμετρική (cis-trans) ισομέρεια εμφανίζουν το 1-χλωρο-1-βουτένιο, το 1-χλωρο-2-βουτένιο και το 2-χλωρο-2-βουτένιο. Εναντιομέρεια εμφανίζει μόνο το 3-χλωρο-1-βουτένιο (μοναδικό με ασύμμετρο sp³ άτομο άνθρακα). Τα υπόλοιπα τέσσερα (2-χλωρο-1-βουτένιο, 4-χλωρο-1-βουτένιο, 3-χλωρο-2-μεθυλο-1-προπένιο, 1-χλωρο-2-μεθυλο-1-προπένιο) δεν εμφανίζουν καμία στερεοϊσομέρεια.

Πρόσεξε: Η γεωμετρική ισομέρεια και η εναντιομέρεια είναι ανεξάρτητες προϋποθέσεις (η μία αφορά τον διπλό δεσμό, η άλλη ένα sp³ άτομο) — σε αυτή τη σειρά ενώσεων ποτέ δεν συνυπάρχουν και οι δύο στο ίδιο μόριο, σε αντίθεση με την άσκηση 63.