Конфигурация R и S

55 заданий

Зачем нужна стереохимия

linkОпора

Урок 41. Клинья и штрихи: пространственные формулы — читать и рисовать формулы с клиньями и штрихами

В теме 5 мы увидели, что молекула — трёхмерный объект. Отсюда важное следствие: две молекулы с одними и теми же атомами и связями могут различаться только расположением групп в пространстве. Так различаются левая и правая рука: они построены одинаково, но совместить их нельзя.

Бромхлорфторметан и его зеркальное изображение: атомы и связи те же, но совместить молекулы нельзя

Такие пары встречаются среди органических веществ постоянно, и это не формальность. По температурам кипения и растворимости зеркальные молекулы не различаются, но живые организмы их различают: ферменты и рецепторы сами построены из зеркально несимметричных молекул и связывают одну форму прочнее другой. Поэтому один зеркальный изомер лекарства может лечить, а другой быть бесполезным или вредным. В реакциях стереохимия решает, какой продукт получится: при одних механизмах конфигурация сохраняется, при других обращается, при третьих образуется смесь.

Как построена эта тема

Сначала мы научимся описывать пространственное строение однозначно: обозначать конфигурацию стереоцентра буквами R и S (уроки 53 и 54), находить стереоцентры и хиральные молекулы (урок 55), различать энантиомеры и диастереомеры (уроки 56 и 57), обозначать конфигурацию двойной связи буквами E и Z (уроки 58 и 59). Затем разберём, как классифицировать любую пару структур и что такое мезо-формы (уроки 60 и 61), как хиральность проявляется в оптической активности и энантиомерном избытке (уроки 62–65). Вторая половина темы — проекции Фишера и Ньюмена (уроки 66–68), хиральность без стереоцентров (урок 69), перевод одного изображения в другое (урок 70), разделение энантиомеров (урок 71) и топичность групп (урок 72).

edit_noteПопробуйте сами

Можно ли совместить две молекулы на рисунке, повернув одну из них?

expand_moreПоказать решение

Нельзя. Поворот не меняет взаимного расположения групп: у левой молекулы атом фтора направлен к наблюдателю слева от водорода, а у правой — справа. Это зеркальные изображения, которые не совмещаются.

Старшинство заместителей

Клин и штрих (урок 41) показывают, как четыре группы расположены вокруг \(sp^3\)-атома. Чтобы назвать это расположение буквой R или S, заместители стереоцентра сначала нумеруют по старшинству от 1 (старший) до 4 (младший).

Как расставить старшинство

Посмотрите на атомы, непосредственно связанные со стереоцентром.
Старше атом с бо́льшим атомным номером: I > Br > Cl > S > F > O > N > C > H.
Изотопы: тяжелее — старше, D > H.
Если первые атомы одинаковы (например, два атома углерода), сравнивают атомы следующего слоя — урок 54. Простейший случай: этил старше метила, потому что при первом углероде этила есть ещё углерод, а у метила — только водороды.

Номера старшинства у атомов: 1 — старший, водород всегда 4

Примеры

1. Бромхлорфторметан. Четыре разных атома при центре: Br (35) > Cl (17) > F (9) > H (1).

бутан-2-ол: O > C(C,H,H) > C(H,H,H) > H — Первые атомы разные — решает атомный номер; у двух углеродов бутан-2-ола смотрят следующий слой

2. Бутан-2-ол \(\ce{CH3CH(OH)C2H5}\). OH — 1 (кислород). Этил и метил начинаются с углерода: у этила при первом углероде есть ещё углерод (C,H,H), у метила — только водороды (H,H,H), поэтому этил — 2, метил — 3, H — 4.

3. Аланин и 1-бромэтанол. У аланина \(\ce{NH2}\) (N, 7) — 1; COOH — 2: у его углерода три кислорода (двойная связь считается дважды); \(\ce{CH3}\) — 3. У 1-бромэтанола Br — 1, OH — 2, \(\ce{CH3}\) — 3.

errorСравнивают атомы, а не группы целиком

Решает атомный номер первого атома, а не масса или размер группы: OH (атом O, 8) старше трет-бутила (атом C, 6), хотя трет-бутил гораздо тяжелее.

edit_noteПопробуйте сами

Расставьте старшинство у стереоцентра молочной кислоты \(\ce{CH3CH(OH)COOH}\).

expand_moreПоказать решение

OH (кислород) > COOH (углерод с тремя кислородами) > \(\ce{CH3}\) > H.

Как определить R и S

Когда старшинство из первой части урока расставлено, конфигурацию читают по рисунку с клиньями.

Как определить конфигурацию

Пронумеруйте заместители: 1 — старший, 4 — младший.
Убедитесь, что младший заместитель (обычно H) направлен от наблюдателя — нарисован штрихом.
Проведите дугу 1 → 2 → 3, не обращая внимания на 4.
По часовой стрелке — R (rectus, правый), против — S (sinister, левый).

Старшинство — цифры у заместителей, обход 1 → 2 → 3 по часовой стрелке: R

Примеры

1. (R)-2-Бромбутан. Br — 1, этил — 2, метил — 3; H — 4 на штрихе, от наблюдателя. Дуга Br → этил → метил идёт по часовой стрелке: R.

(S)-2-бромбутан: зеркальный рисунок, обход против часовой — Обход 1 → 2 → 3 при младшем заместителе на штрихе: по часовой — R, против — S

2. Бутан-2-ол. OH — 1, этил — 2, метил — 3. Два зеркальных рисунка — два энантиомера, R и S.

(R)-бутан-2-ол — Один и тот же обход OH → этил → метил, но в зеркале он меняет направление

(S)-бутан-2-ол — Один и тот же обход OH → этил → метил, но в зеркале он меняет направление

3. Молочная кислота. OH — 1, COOH — 2, \(\ce{CH3}\) — 3. В природном (молочнокислое брожение) изомере обход против часовой стрелки — это (S)-молочная кислота.

(R)-молочная кислота — Стереоцентр молочной кислоты: старшинство OH > COOH > CH₃ > H

errorОбход 1 → 2 → 3 — только при H от наблюдателя

Если водород направлен к вам, направление обхода нужно обратить. Сначала проверьте, где младший заместитель.

edit_noteПопробуйте сами

У стереоцентра OH, COOH, \(\ce{CH3}\) и H; H направлен от наблюдателя, OH → COOH → \(\ce{CH3}\) идёт против часовой стрелки. Какая конфигурация?

expand_moreПоказать решение

S: против часовой стрелки при младшем заместителе за плоскостью.

push_pinГлавное

Старшинство (правила Кана — Ингольда — Прелога) определяют по атомному номеру атомов, связанных со стереоцентром: I > Br > Cl > S > F > O > N > C > H. Молекулу поворачивают так, чтобы младший заместитель смотрел от наблюдателя, и обходят 1 → 2 → 3: по часовой стрелке — R, против — S.

Закрепите теорию: 55 заданий с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.