Stereochimica: come viene scoperta “L’inversione di Walden”-Seconda parte

Il lavoro di verifica di Paul Walden. 

 In un articolo sul Berichte der Deutschen chemischen Gesellschaft del 1895 , 1) Walden riprende l’indagine iniziata tre anni prima :

Qualche tempo fa ho fornito in questi rapporti, Diese Berichte 1892,  2) un piccolo contributo alla questione se ogni differenza di gruppo sul carbonio sia sufficiente a determinare l’attività ottica, oppure se in un corpo intrinsecamente attivo la sostituzione di un gruppo (ad esempio, l’idrossile) con un alogeno elimini necessariamente l’attività. La discussione di questa questione, così importante per la validità generale della teoria di Van’t Hoff sull’atomo di carbonio asimmetrico, sembrava necessaria, poiché ai fatti precedenti si sono recentemente aggiunti nuovi dati, tutti i quali hanno portato alla conclusione che in particolare la sostituzione del gruppo idrossile con un alogeno comporta una racemizzazione.

Dopo queste parole, che rimarcano il suo obbiettivo, ricorda il lavoro di chimici importanti, che ha già considerato nel precedente rapporto, come Kekulé, Easterfield, Fileti, Fischer. Aggiunge le osservazioni di altri due  chimici, non citati precedentemente, Arnold Eiloart ( 1862-1923) il quale  nel suo saggio  A guide to stereochemistry 1892,  3) afferma che  l’unico composto alogeno derivato che mostra attività ottica è lo ioduro di amile, e Arthur Rudolf Hantzsch (1857-1935) che nel suo trattato Grundriss der Stereochemie 1893, 4) ha una posizione che apre ad una nuova prospettiva  :

L’inversione della frase c), [ L’attività ottica scompare contemporaneamente all’atomo di carbonio asimmetrico] secondo cui l’attività ottica di una sostanza rotante dovrebbe essere mantenuta in tutti quei derivati in cui la formula di asimmetria rimane invariata, è generalmente valida, ma non senza eccezioni. Così, quasi tutti i sali, esteri, amidi, ecc. degli acidi lattico, malico, tartarico e mandelico attivi sono anch’essi attivi, ma gli acidi alogenati ottenuti da questi mediante introduzione di alogeni al posto del gruppo ossidrilico, ad esempio l’acido α-bromopropionico, CH₃CHBrCOOH, gli acidi mono- e dibromosuccinici, COOHCHBrCH₂COOH, COOHCHBrCHBrCOOH, l’acido fenilbromacetico, C₆H₅CHBrCOOH, sono finora sempre risultati inattivi nonostante la formula di asimmetria sia mantenuta. Simili fenomeni hanno sollevato la questione se la semplice differenza dei quattro gruppi legati al carbonio sia sufficiente da sola a generare la capacità di rotazione, oppure se essa non sia influenzata anche da altri fattori, ad esempio dalla natura di questi radicali, e possa eventualmente essere ridotta a zero. Una prova certa in un senso o nell’altro manca ancora al momento. Tuttavia, poiché in altri composti con una differenza molto ridotta dei radicali, e proprio anche nella sostituzione del gruppo ossidrilico con alogeni, la capacità di rotazione si mantiene, ad esempio nello ioduro di amile attivo, CH₃CHJ (C₃H₇), oppure nell’esacloroesano che cristallizza e risulta fortemente attivo, derivato dal mannitolo, CH₂OH(CHOH)₄CH₂OH, probabilmente la sola differenza dei quattro gruppi legati al carbonio è sufficiente a generare l’attività. Le eccezioni sopra menzionate si spiegano quindi probabilmente in altro modo, ad esempio mediante la formazione spontanea di una miscela inattiva [il corsivo del traduttore]

Sia Fileti, la cui posizione è riportata nel primo articolo di Walden, che Hantzsch, ora, suggeriscono la possibilità che si possa spiegare la scomparsa dell’attività ottica nei composti alogeno sostituiti con la formazione di miscele racemiche. Il programma di verifica sperimentale di Walden diviene esplicito:

Nel frattempo, il numero dei prodotti alogenati attivi è diventato notevolmente più grande, e di conseguenza van’t Hoff non esita affatto a sostenere che in realtà solo la differenza dei quattro radicali sia una condizione essenziale per l’attività. Considerando il peso dei fatti contrari e l’autorità delle voci  dubbiose contrarie, così come per il carattere delle opere in cui tali dubbi legittimi sono stati sollevati, sembrava utile per chiarire questo problema della stereochimica determinare, attraverso la ripetizione e la variazione di quelle reazioni negative, se l’inattivazione nella sostituzione dei gruppi ossidrilici con cloro e bromo fosse una conseguenza delle proprietà specifiche di questi alogeni, o se fossero state solo le condizioni precedenti dell’esperimento a causare la racemizzazione e quindi le eccezioni osservate fossero solo apparenti. Ho quindi proseguito gli esperimenti iniziati nel 1892 in questa direzione, modificandoli e migliorandoli in vari modi, e intendo qui riportare solo alcuni dei derivati alogenati attivi ottenuti in gran numero.

Riporta i risultati ottenuti dalla clorurazione  e bromurazione dell’ acido malico, acido tartarico, acido lattico e acido mandelico, impiegando pentacloruro e pentabromuro  di fosforo , invece dei rispettivi idracidi. Le sue conclusioni sono senza ambiguità:

1. Partendo dall’acido I-malico comune, è possibile ottenere acido cloro- o bromosuccinico attivo o i suoi derivati tramite l’introduzione di cloro o bromo al posto del gruppo ossidrile.
2. È possibile sostituire un gruppo idrossilico con cloro o bromo nell’acido tartarico (o nel suo estere), senza che venga persa l’attività del carbonio asimmetrico ora legato all’alogeno.
3. Allo stesso modo, nella l-acido lattico riesce anche la sostituzione dell’idrossile con cloro o bromo, poiché i derivati clorurati o bromurati dell’acido α-cloropropionico o α-bromopropionico sono otticamente attivi.
4. È possibile ottenere l’acido d-fenilcloroacetico e l’acido d-fenilbromoacetico dall’acido l-mandelico.
5. Tutti questi casi sono stati finora considerati irrealizzabili, perché le sostituzioni con cloro o bromo effettuate avevano sempre prodotto composti inattivi. L’inattività osservata in passato non è quindi dovuta a una presunta lacuna della teoria di van ‘t Hoff, ma solo alle condizioni sperimentali favorevoli alla racemizzazione.
6. Sembra quindi giustificato affermare che è generalmente possibile legare l’alogeno, invece di altri gruppi (ad esempio l’idrossile), a un carbonio asimmetrico attivo in corpi otticamente attivi, senza provocare la perdita della loro attività.

Con ciò è anche dimostrato che, per la produzione del potere rotatorio, la condizione essenziale è in realtà solo la diversità dei quattro gruppi legati al carbonio, mentre la natura specifica di questi gruppi determina solo l’entità e la direzione della rotazione.

Biografia

1) WLDEN Paul, Ueber optisch active Halogenverbindungen, Berichte der Deutschen chemischen Gesellschaft 1895

2) WALDEN Paul, Ueber die vermeintliche optische Activitat der Chlorfumarsanre und uber optisch active Halogenbernsteinsaure. 1893

3) EILOART Arnold,  A guide to stereochemistry pag. 6, 1892

4)HANTZSCH Arthur Rudolf, Grundriss der Stereochemie  pag.16,  1893

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La terza parte è contenuta nel post:

La prima prova di inversione di configurazione di Paul Walden-Parte terza – Roberto Poeti Chimica

La prima parte è contenuta nel  post :

Stereochimica: come viene scoperta “L’inversione di Walden”- Prima parte – Roberto Poeti Chimica