Stereokimya

İzomeri Türleri

• Yapı (konstitüsyon) izomerleri: Aynı molekül formülü, farklı atom bağlanma sırası (zincir, konum, fonksiyonel grup izomerleri).
• Stereoizomerler: Atomlar aynı sırayla bağlı, uzaydaki dizilişleri farklı. İki gruba ayrılır: enantiyomerler (ayna görüntüsü, çakışmayan) ve diastereomerler (ayna görüntüsü olmayan stereoizomerler; cis-trans izomerleri de diastereomerdir).
• Konformasyonlar: Tekli bağ etrafında dönmeyle oluşan, birbirine kolayca dönüşen düzenlemeler (izomer sayılmaz).

Konformasyon Analizi

• Etan: Çapraz (staggered; en kararlı) ve çakışık (eclipsed; burulma gerginliği) konformasyonlar; Newman izdüşümü ile gösterilir.
• Bütan: Anti (en kararlı, metiller 180°), gauche (60°; sterik etkileşim), çakışık konformasyonlar.
• Siklohekzan: Sandalye konformasyonu en kararlıdır (açı ve burulma gerginliği yok); kayık konformasyonu daha az kararlıdır. Sübstitüentler ekvatoryal konumu tercih eder (aksiyal konumda 1,3-diaksiyal etkileşimler). Halka dönüşümüyle aksiyal ↔ ekvatoryal yer değiştirir; büyük gruplar (tert-bütil) ekvatoryalde kilitlenir.

Geometrik (cis-trans) İzomeri

• İkili bağ etrafında dönme kısıtlı olduğundan, her iki karbonda da farklı iki grup varsa görülür. Cis: Benzer gruplar aynı tarafta; trans: zıt tarafta. Halkalı bileşiklerde de görülür (cis/trans-1,2-dimetilsiklohekzan).
• E/Z sistemi: Cahn-Ingold-Prelog (CIP) öncelik kurallarına göre yüksek öncelikli gruplar aynı taraftaysa Z (zusammen), zıt taraftaysa E (entgegen).
• Trans izomerler genellikle daha kararlı ve simetrik olduklarından daha yüksek erime noktalı, cis izomerler daha polar ve daha yüksek kaynama noktalıdır.

Optik İzomeri ve Kiralite

• Kiral molekül: Ayna görüntüsüyle çakışmayan molekül (el gibi). Kiralitenin en yaygın kaynağı, dört farklı gruba bağlı stereojenik (kiral, asimetrik) karbon atomudur. Simetri düzlemi veya simetri merkezi olan moleküller akiraldir.
• Enantiyomerler: Fiziksel ve kimyasal özellikleri (erime noktası, çözünürlük) aynıdır; yalnız düzlem polarize ışığı eşit miktarda zıt yönlere çevirir ve kiral ortamlarla (enzimler, kiral reaktifler) farklı etkileşir.
• Optik aktiflik: Polarimetreyle ölçülür. Sağa çeviren (+) dekstrorotator (d), sola çeviren (−) levorotator (l). Özgül çevirme [α] = α/(l·c). İşaret (+/−) ile R/S konfigürasyonu arasında doğrudan ilişki yoktur.
• R/S (CIP) gösterimi: Gruplara atom numarasına göre öncelik verilir (yüksek atom numarası önceliklidir; eşitlikte bir sonraki atomlara bakılır; çoklu bağ atomları tekrarlanmış sayılır). En düşük öncelikli grup gözlemciden uzakta iken 1 → 2 → 3 saat yönünde ise R (rectus), tersi ise S (sinister).
• Rasemik karışım: İki enantiyomerin eşit miktardaki karışımı; optikçe inaktiftir (dış dengeleme). Ayırma işlemine rezolüsyon denir (kiral reaktifle diastereomer oluşturma).
• Enantiyomerik fazlalık (ee): (|R − S|/(R + S)) × 100.

Birden Fazla Stereomerkez

• n stereomerkezli bir molekül en fazla 2ⁿ stereoizomere sahip olabilir.
• Mezo bileşik: Stereomerkezleri olduğu hâlde iç simetri düzlemi nedeniyle akiral olan bileşik (mezo-tartarik asit); optikçe inaktiftir (iç dengeleme). Mezo bileşik varsa stereoizomer sayısı 2ⁿ'den azdır (tartarik asidin 3 stereoizomeri vardır).
• Fischer izdüşümü: Yatay çizgiler gözlemciye doğru, düşey çizgiler gözlemciden uzağa uzanan bağlar. Şekerlerde D/L gösterimi (en alttaki stereomerkezde –OH sağdaysa D).

Biyolojik ve Farmasötik Önem

Enzimler ve reseptörler kiral olduğundan enantiyomerler farklı biyolojik etkiler gösterebilir. Talidomit trajedisi (bir enantiyomer sakinleştirici, diğeri doğum kusurlarına neden olabilir; vücutta birbirine dönüşebilirler) ve ilaçların tek enantiyomer olarak üretilmesi (asimetrik sentez, kiral kataliz) bu nedenle önemlidir. Doğadaki amino asitler çoğunlukla L, şekerler çoğunlukla D konfigürasyonundadır.