Хиральность и энантиомеры
Как найти стереоцентры
linkОпора
- Урок 53. Конфигурация R и S — определять конфигурацию стереоцентра по правилам старшинства
Конфигурацию R/S (уроки 53–54) имеет только стереоцентр. Хиральность молекулы обычно связана со стереоцентрами, и их находят по простому признаку.
Как найти стереоцентры
- Рассматривайте только \(sp^3\)-атомы углерода. Атомы \(\ce{CH2}\) и \(\ce{CH3}\), атомы двойных и тройных связей стереоцентрами не бывают.
- Проверьте, что все четыре заместителя разные. Сравнивайте их целиком, до конца цепи.
- В кольце сравните два пути по кольцу от атома: если они различаются (заместитель по пути, двойная связь, гетероатом), атом — стереоцентр.
Примеры
1. 3-Метилгексан. У C3 четыре разных заместителя: H, метил, этил, пропил — стереоцентр. У остальных атомов есть хотя бы два одинаковых заместителя (два H).
2. Ибупрофен. Один стереоцентр — атом при COOH: H, метил, COOH и арил. Атомы кольца — \(sp^2\), а \(\ce{CH2}\) и \(\ce{CH3}\) несут по два-три водорода.
3. Ментол. Три стереоцентра в кольце: атомы с OH, с изопропилом и с метилом. У каждого из них два пути по кольцу разные — на одном пути заместитель встречается раньше, чем на другом.
4. Циклогексанол и 1-метилциклогексанол. Стереоцентров нет: у атома с OH два пути по кольцу одинаковы (\(\ce{CH2-CH2-CH2}\) в обе стороны), и метил в 1-метилциклогексаноле этого не меняет.
errorОдинаковые пути по кольцу
У атома кольца два заместителя — это два пути по кольцу. Если они одинаковы (как в циклогексаноле), стереоцентра нет, даже если два других заместителя разные.
edit_noteПопробуйте сами
Сколько стереоцентров в 2-метилциклогексаноне?
expand_moreПоказать решение
Один — C2: H, метил, группа C=O и путь через \(\ce{CH2}\)-группы кольца.
Энантиомеры
Молекула со стереоцентром из первой части урока и её зеркальное изображение — энантиомеры. Их нельзя совместить, как левую и правую руку; обмен двух групп (урок 41) и превращает одну в другую.
Как нарисовать энантиомер
- Поменяйте все клинья на штрихи и все штрихи на клинья (или нарисуйте зеркальное отражение рисунка).
- Все стереоцентры получат противоположную конфигурацию: R ↔ S.
- Название: (2R,3S) → (2S,3R).
Свойства энантиомеров
- Одинаковы: температуры плавления и кипения, растворимость, плотность, спектры.
- Различаются: знаком вращения плоскости поляризации света и взаимодействием с другими хиральными молекулами — ферментами, рецепторами, хиральными реагентами.
Примеры
1. (R)- и (S)-бутан-2-ол. Зеркальные изображения: все клинья стали штрихами. Температуры кипения одинаковы (99,5 °C), углы вращения противоположны: −13,5° у (R) и +13,5° у (S).
2. Лимонен. Один стереоцентр — атом кольца при изопропенильной группе. (R)-лимонен пахнет апельсином, (S)-лимонен — хвоей: рецепторы обоняния хиральны и связывают энантиомеры по-разному.
3. Талидомид. Один стереоцентр — атом при азоте имидного кольца. Один энантиомер — успокаивающее, другой вызывал уродства плода; в организме они взаимопревращаются через отрыв кислого α-протона, поэтому и чистый энантиомер не спас бы положение.
errorЭнантиомер — это обращение всех центров
Если поменять конфигурацию не у всех стереоцентров, получится диастереомер, а не энантиомер.
edit_noteПопробуйте сами
Какова конфигурация энантиомера (2R,3S,4S)-изомера?
expand_moreПоказать решение
(2S,3R,4R): все центры обращаются.
push_pinГлавное
Стереоцентр — \(sp^3\)-атом с четырьмя разными заместителями (заместители сравнивают целиком, в кольце — два пути по кольцу). Молекула хиральна, если не совмещается со своим зеркальным изображением; зеркальные молекулы — энантиомеры. У энантиомера все стереоцентры имеют противоположную конфигурацию. Энантиомеры одинаковы по физическим свойствам, кроме знака вращения, и различаются в хиральном окружении.
Закрепите теорию: 52 задания с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.