lunedì 18 luglio 2016

Conformeri

Consideraimo ora anche la stereoisomeria delle conformazioni, che sono arrangiamenti delle posizioni tridimensionali dei vari gruppi di una molecola ottenuti PER ROTAZIONE INTERNA intorno ai legami singoli. Anche dei conformeri bisogna tenere conto per le varie simmetrie. Per esempio, consideriamo il 2,3 butan diolo:





Ecco le sue proiezioni di Newman:


Si nota che la presenza percentuale dei conformeri è diversa. 


Research Projects

from: https://www.csustan.edu/drake/research-projects


Conformational Analysis

Structure leads to function.  This is true, not only througout biology, but in chemistry as well.  The macroscale function of a molecule is directly tied to the atomic scale structure that molecule adopts.  The function of a complexly folded protein, or the physical properties of a simple water molecule are quick examples.  For a molecule with intramolecular rotational freedom, there are an infinite number of structures, or conformations, it may adopt.  Are there preferred conformations?  If so, what are they?  And what drives the molecule to adopt these conformations?  These are the questions we try to answer.
To fully appreciate the purpose of this project, it is necessary that you first understand the chemist's visual perspective of molecules and molecular rotation.  Below are two representations of meso-2,3-butanediol.

 


 

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The first picture uses the wedge (coming out) and dash (going in) notation to present a three-dimensional perspective.  The animation clearly shows the 3-D structure of the molecule.  This molecule can adopt many conformations via rotation about each bond, but we are primarily concerned with rotation about the C2-C3 bond.  This particular rotation is represented by each of the three images below.


(showing your eye's perspective and the bond to rotate)


(a side-angled perspective of the rotation)


(a classic Newman projection perspective)

The previous animations are quite simple representations of intramolecular rotation.  In reality, the molecule is twisting and bending, back and forth in all directions, with respect to each bond.  The animation to the right presents a slightly more realistic picture of molecular rotation, although we are still focusing only on the C2-C3 bond.  As the C2-C3 bond rotates, the molecule will experience conformations of high energy, and conformations of low energy.  It is logical that the molecule will prefer to exist in conformations of low energy.  How can we experimentally determine which conformations are low energy and preferred?  The answer, as is often the case, is NMR!
A nuclear magnetic resonance (NMR) spectrum of our compound can give us conformational information.  The coupling constant between the vicinal protons A and B is directly related to their dihedral angle, which is directly related to the rotational conformation of the molecule.

acquire NMR spectrum

1H NMR spectrum of protons
A and B in CD3OD at 50 °C
reproduce the NMR spectrum in a computer program to extract the coupling constant
computer simulated NMR spectrum
(JA-B = 5.1 Hz)

Results


In the absence of any conformational influence, each low energy rotamer shown to the left would comprise 33%.  The results show the first rotamer is slightly favored.  Why?  For the typical Organic Chemistry student, the answer is the steric repulsion of the vicinal methyl groups.  While that may be true in this case, there are many other possible explanations.  Steric bulk is not the be-all and end-all.  Other conformational influences may include:
  1. coulombic repulsion of the electronegative oxygen atoms and their lone pair electrons.
  2. potential intramolecular hydrogen bonding between the vicinal hydroxyl groups.
  3. potential intermolecular hydrogen bonding between the molecule and the solvent.
  4. the polarity of the conformer and the polarity of the solvent in which it is dissolved.
  5. hyperconjugation among vicinal sigma-bonding and sigma*-antibonding orbitals.
Why is any of this important?  The conformational influences that dictate the structure of small molecules like that shown above, are the same influences which affect larger molecules like proteins.  Small molecules are easier to analyze than proteins, and serve as nice model systems.  If we can understand why a small molecule adopts the structure it does, we can understand better why a protein chain twists and folds the way it does.  A deeper understanding of conformational structure provides chemists the information needed to choose a better solvent to achieve higher reaction yields, or perhaps build a better, more effective drug.  The implications and applications of the knowledge gained from comformational analysis are broad and far-reaching across the scientific community.

Reazioni degli isomeri otticamente attivi.

Consideriamo un esempio di aminoacido e cioè l'alanina (ALA). Possiamo chimarla anche acido alfa-amino-propionico. L'alanina ha un antipodo ottico, come si vede nell'immagine:

 Quando l'alanina viene fatta reagire con una base otticamente attiva (previa protezione del gruppo aminico) che potrebbe essere la seguente molecola:

si nota che la velocità di reazione per formare il sale è diversa per i due isomeri ottici. I sali che si ottengono sono dei diasteroisomeri ed hanno livelli energetici diversi e proprietà chimico-fisiche diverse, infatti per ottenerli si passa attraverso intermedi di reazione diversi. 

giovedì 14 luglio 2016

I flavoni

I flavoni sono una sottoclasse di composti chimici di origine naturale appartenenti alla classe dei FLAVONOIDI. La struttura chimica è basata su uno scheletro C15 di atomi di carbonio composto da due anelli aromatici ed uno eterociclico; un anello aromatico (anello A) risulta condensato con l'eterociclico (anello C) ed il terzo (anello aromatico B) collegato all'anello C in posizione 2. Dei fenoli sono la classe più numerosa, contando diverse centinaia solo come aglicone, tanto che spesso ci si riferisce ai flavoni con il termine flavonoidi comprendendo anche gli isoflavonoidi. Sono presenti perlopiù nella forma glicosidica.


Rutina


La rutina o rutoside è una sostanza naturale, un glicoside flavonoico presente in piante appartenenti a diverse famiglie, soprattutto a quella delle Rutacee (non a caso prende il nome dalla ruta (Ruta graveolens). Le fonti più sfruttate per il loro contenuto in rutina sono i germogli di Sophora japonica (15-20%), le foglie di Eucalyptus macrorhyncha (circa il 10%) e quelle di Fagopyrum esculentum (grano saraceno5-8%).

Tra gli alimenti di uso comune ricchi in rutina ricordiamo gli asparagi, gli agrumi (soprattutto la loro scorza) ed i frutti di bosco come more e mirtilli. Rutina e rutoside sono talvolta chiamati impropriamente vitamina P, a sottolinearne la grande efficacia nel regolare la Permeabilità dei capillari sanguigni.

Non a caso la rutina impiego anche in specialità medicinali registrate per mantenere la fisiologica permerabilità e trofismo dei capillari; in particolari condizioni, come ad esempio le emorroidi, la capacità di agire come antiemorragico ed antiedemigeno può quindi avere un importante ruolo terapeutico. La rutina condivide in tal senso le medesime proprietà della quercitina, un flavonoide contenuto nella sua molecola (come aglicone) insieme ad una parte zuccherina (rutinosio).

Oltre che nel trattamento antiemorroidario, la rutina viene utilizzata anche per fornire sollievo dai sintomi legati alla cattiva circolazione negli arti inferiori (edemi, pruriti, arrossamenti, varici).

Come antiossidante, la rutina è in grado di legarsi al ferro bivalente (Fe2+) prevenendo il suo legame con il perossido di idrogeno (H202); tale reazione genererebbe radicali liberi altamente reattivi. Per le sue proprietà antiossidanti, antiaggreganti piastriniche ed antitrombotiche (rende il sangue "più fluido"), la rutina viene inclusa in una grande varietà di integratori destinati a promuovere la salute vascolare, ad esempio in presenza di colesterolo alto, obesità o ridotta tolleranza al glucosio.

La sua capacità di agire come inibitore dell'angiogenesi (sviluppo di nuovi vasi sanguigni a partire da altri già esistenti), rende la rutina un attuale oggetto di studio per le possibili proprietà antitumorali.
Tratto da http://www.my-personaltrainer.it/integratori/rutina-rutoside.html


tratto da my-personaltrainer.it

venerdì 8 luglio 2016

Escina

L'escina è una mistura di saponine, sostanze dotate di attività antinfiammatoria, vasoprotettrice e vasocostrittrice. Viene estratta dall'ippocastano (Aesculus hippocastanum)[2] e successivamente purificata per essere adatta all'uso orale e per via endovenosa.[3] La β-escina in particolar modo è considerata la molecola principale responsabile degli effetti vasoprottettori. In Italia viene venduta dalla società Istituto biochimico italiano Giovanni Lorenzini con il nome commerciale di Edevexin, nella forma di soluzione per infusione endovenosa alla concentrazione di 1 mg/ml e di compresse rivestite contenenti 40 mg di principio attivo.
Il farmaco trova indicazione nel trattamento di diversi stati di fragilità capillare, in particolare in caso di presenza di macchie emorragiche, petecchie, ecchimosi ed ematomi, specialmente sul viso e sugli arti (ESSAVEN GEL). È stato anche utilizzato nel trattamento della malattia emorroidaria sia per via rettale sia come crema per applicazione topica.[8][9][10] La somministrazione per via endovenosa viene spesso riservata alla prevenzione ed al trattamento dell'edema postoperatori.

 

Diastereoisomeri

Il potere rotatorio specifico è un parametro fondamentale per classificare le sostanze organiche chirali ed è indipendente dallo stato fisico perchè le sostanze prsentano questa caratteristica in tutti gli stati fisici, anche se ci sono delle eccezioni. Per esempio, se si fonde una sostanza otticamente attiva, allo stato liquido potremmo avere il fenomeno della RACEMIZZAZIONE. Significa che avremo la presenza di entrambi gli isomeri ottici, in uguali percentuali. In questo caso il racemo non presenta il fenomeno della deviazione della luce polarizzata in quanto si verifica la COMPENSAZIONE ESTERNA, cioè un antipodo ottico compensa l'altro.
In certe molecole possono coesistere sia isomeria ottica che geometrica. Per esempio consideriamo un ciclopropano disostituito del tipo 1,2-dimetil-ciclopropano:



Si nota chiaramente che c'è isomeria cis-trans, inoltre ci saranno delle immagini speculari non sovrapponibili. Entriamo nel campo dei DIASTEREOISOMERI. I diasteroisomeri hanno proprietà chimico-fisiche completamente diverse l'uno dall'altro, al contrario degli enantiomeri che hanno tutte le proprietà chimico-fisiche uguali tranne la rotazione della luce polarizzata. La cosa significativa è che i distareoisomeri reagiscono in maniera differente con reagenti che siano anch'essi otticamente attivi. 


ALTRO DA WIKIPEDIA:
In chimica sono diastereoisomeri, o diastereomeri, due stereoisomeri che non sono l'uno l'immagine speculare dell'altro. Spesso e in modo equivalente si definiscono diastereoisomeri due stereoisomeri che non sono enantiomeri. I diastereoisomeri di una molecola possiedono quindi la stessa formula molecolare e connettività fra gli atomi ma hanno un orientamento nello spazio diverso, pur non essendo immagini speculari.
Nell'esempio a lato esiste un rapporto di diastereoisomeria fra il D-Treosio e il D-Eritrosio: ogni stereoisomero possiede 2 centri stereogenici, aventi configurazioni assolute rispettivamente R,S e R,R. Ognuna delle due molecole possiede anche un enantiomero, rappresentato dalle configurazioni S,R e S,S rispettivamente, nella quale vengono modificati tutti i centri stereogenici.




Considerando una molecola con n stereocentri, questa ammetterà 2(n) stereoisomeri.
Due diastereoisomeri che differiscono per configurazione solamente in uno degli stereocentri che possiedono (come nell'esempio) sono anche chiamati epimeri.

giovedì 7 luglio 2016

Potere rotatorio specifico

Fin dai primi studi di isomeria ottica si verificava che la proprietà di uno stereoisomero di ruotare il piano della luce polarizzata derivava da diversi fattori, per esempio per una certa sostanza questa proprietà dipendeva dalla lunghezza d'onda della luce usata, dalla temperatura, dalla concentrazione della sostanza e ancora dal solvente in cui l'isomero era disciolto, questo anche per solventi apparentemente inerti. Ovviamente questo potere rotatorio variava da sostanza a sostanza. Si era anche osservato che il potere rotatorio, che chimeremo α (alfa), era proporzionale in maniera lineare alla lunghezza della cella in cui veniva posto il campione (l)  e alla concentrazione della soluzione del campione (c):
α= c * l * K

In questa formula compare una costante di proporzionalità K che è stata poi definita come il POTERE ROTATORIO SPECIFICO della sostanza. Ogni sostanza otticamente attiva ha un suo potere rotatorio specifico. Per convenzione, il potere rotatorio specifico viene misurato a 20°C e alla lunghezza d'onda di 589 nanometri, che è la frequenza di assorbimento della linea D del sodio (giallo). Questi parametri fanno da riferimento. Il potere rotatorio specifico viene inoltro indicato tra parentesi quadrate. Dalla formula precedente, si avrà quindi: