Симметрия и хиральность. Мезо-формы

51 задание

Плоскость симметрии и мезо-формы

linkОпора

Урок 56. Диастереомеры — рисовать все стереоизомеры с двумя и более стереоцентрами

В уроке 60 мезо-формы оказались исключением из алгоритма. Причина исключения в том, что стереоцентры сами по себе ещё не делают молекулу хиральной: если у молекулы есть плоскость симметрии, она совпадает со своим зеркальным изображением и хиральной не является.

Как найти мезо-форму

Проверьте, одинаковы ли две половины молекулы по составу (одинаковые заместители у центров).
Нарисуйте молекулу в заслонённой конформации или в проекции Фишера.
Если есть плоскость, делящая молекулу на зеркальные половины, — это мезо-форма, она ахиральна.
У мезо-формы центры имеют противоположные конфигурации: (R,S).

(2R,3R)-винная кислота — (2R,3R)- и (2S,3S)-винные кислоты — энантиомеры, (2R,3S) — мезо

(2S,3S): энантиомер — (2R,3R)- и (2S,3S)-винные кислоты — энантиомеры, (2R,3S) — мезо

Примеры

1. Мезо-винная кислота (2R,3S). В проекции Фишера обе группы OH стоят с одной стороны, и горизонтальная плоскость между C2 и C3 делит молекулу на две зеркальные половины. Хиральные изомеры (2R,3R) и (2S,3S) такой плоскости не имеют.

2. Мезо-2,3-дибромбутан. Половины молекулы одинаковы (метил и бром у каждого центра), центры имеют противоположные конфигурации. Именно он образуется при анти-присоединении брома к транс-бут-2-ену.

транс-бут-2-ен — Транс-бут-2-ен и мезо-2,3-дибромбутан

мезо-2,3-дибромбутан (2R,3S): анти-присоединение — Транс-бут-2-ен и мезо-2,3-дибромбутан

3. Цис-1,2-диметилциклогексан. Плоскость симметрии проходит через середину связи C1–C2 и через противоположную сторону кольца — это мезо-форма, хотя у молекулы два стереоцентра.

цис-1,2-диметилциклогексан: мезо-форма — Плоскость симметрии делит кольцо пополам между двумя метилами

errorМезо-форма ахиральна

У мезо-формы есть стереоцентры, но нет ни оптической активности, ни энантиомера: её зеркальное изображение — она сама. Поэтому при подсчёте стереоизомеров мезо-форму считают один раз, а не как пару.

edit_noteПопробуйте сами

Есть ли мезо-форма у 2,3-дихлорпентана?

expand_moreПоказать решение

Нет: половины молекулы разные (метил и этил на концах).

Сколько стереоизомеров с учётом мезо

Формула \(2^n\) из урока 56 даёт наибольшее возможное число стереоизомеров. Если среди комбинаций есть мезо-формы, о которых шла речь в первой части урока, часть комбинаций совпадает друг с другом, и изомеров получается меньше.

Как посчитать стереоизомеры

Найдите стереоцентры и выпишите все комбинации R/S.
Отметьте комбинации, которые совпадают из-за симметрии молекулы: (2R,3S) = (2S,3R) у симметричных.
Число изомеров = число различных комбинаций.

\[N = 2^n - (\text{число совпавших комбинаций})\]

пентан-2,3,4-триол: C2 и C4 — стереоцентры, C3 — псевдоасимметрический — Пентан-2,3,4-триол: C3 стереогенен только при разных конфигурациях C2 и C4

гекса-2,4-диен-1-ол: две связи с E/Z-изомерией — Пентан-2,3,4-триол: C3 стереогенен только при разных конфигурациях C2 и C4

Примеры

1. Бутан-2,3-диол. Два центра с одинаковыми заместителями. Комбинации RR и SS — пара энантиомеров, а RS и SR — одна и та же мезо-форма. Всего три стереоизомера.

(2R,3R)-бутан-2,3-диол — Три стереоизомера вместо четырёх: комбинации RS и SR совпали

(2S,3S): его энантиомер — Три стереоизомера вместо четырёх: комбинации RS и SR совпали

2. 2,3-Дихлорбутан. Та же картина: пара энантиомеров (2R,3R)/(2S,3S) и одна мезо-форма — три изомера.

(2R,3R)-2,3-дихлорбутан — Симметричная молекула с двумя центрами — три стереоизомера

мезо-2,3-дихлорбутан — Симметричная молекула с двумя центрами — три стереоизомера

3. Пентан-2,3,4-триол. Центры C2 и C4 обычные, а C3 — псевдоасимметрический: он становится стереоцентром только тогда, когда C2 и C4 имеют разные конфигурации. Получается четыре изомера — две мезо-формы и одна пара энантиомеров.

errorСимметричный состав ещё не даёт мезо-формы

Мезо-форма — это конкретный стереоизомер с плоскостью симметрии. (2R,3R)-Винная кислота симметрична по составу, но плоскости симметрии у неё нет (у неё есть ось), и она хиральна. Проверяйте симметрию именно у того изомера, о котором идёт речь.

edit_noteПопробуйте сами

Сколько стереоизомеров у 2,4-дихлорпентана?

expand_moreПоказать решение

Три: (2R,4R), (2S,4S) и мезо (2R,4S).

push_pinГлавное

Молекула с плоскостью (или центром) симметрии ахиральна, даже если у неё есть стереоцентры: такие соединения — мезо-формы. Мезо-форма возникает, когда половины молекулы одинаковы по составу и противоположны по конфигурации (R,S). Число стереоизомеров меньше \(2^n\): у винной кислоты и 2,3-дибромбутана их три.

Закрепите теорию: 51 задание с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.