Určení R a S konfigurací Newmanových projekcí
Jak určit R a S konfigurace na Newmanových projekcích? Klíčem je umět rychle převést Newmanovy projekce na liniové diagramy a pak použít známá pravidla CIP k určení R/S na liniových diagramech.
Jak tedy převést Newmanovy projekce na liniové diagramy? Právě tím se budeme zabývat v tomto článku.
Obsah
- Určení (R) a (S) na Newmanových projekcích:
- Většina lidí je vlastně v pohodě při vizualizaci známých věcí ve 3D. Problémem začátečníků v organické chemii je, že molekuly nejsou známé
- Kočky jsou známé. Nakresleme tedy „Newmanovu projekci“ kočky
- Newmanova projekce: Zatmělé a rozložené konformace
- Zatmělé a rozložené konformace se vzájemně převádějí otočením o 60° podél centrální vazby C-C
- Jak převést Newmanovu projekci na čárový diagram
- Tahák, jak přejít z Newmanovy projekce na čárový diagram: Je třeba vzít v úvahu pouze 4 šablony
- Určení konfigurace R a S na Newmanových projekcích: Příklad č. 1
- Určení konfigurace R a S na Newmanových projekcích: Příklad #2
- Určení R a S na novotvaru se zastíněnou konformací:
- Závěr: Určení konfigurací R a S v Newmanových projekcích
1. Určování (R) a (S) v Newmanových projekcích
V posledních dvou příspěvcích jsme se zabývali tím, jak použít Cahn-Ingold-Prelogova (CIP) pravidla k přiřazení (R/S) konfiguracím chirálních uhlíků v různých jednoduchých i složitějších situacích.
Dosud jste ve všech otázkách měli za úkol přiřadit (R/S) na molekulách nakreslených jako diagramy vazebných čar, jako je například molekula zobrazená vlevo dole.
To je v pořádku. Ale jednou za čas – například při zkoušce, nápověda nápověda – se vám může stát, že budete vyvedeni z omylu. Jak například určíte R/S, když je molekula nakreslena jako Newman? (vpravo dole)
Trik spočívá v tom, že Newmanovu projekci převedete na diagram vazebných linií a pak přiřadíte R/S.
Tento příspěvek vysvětluje, jak na to.
Tento příspěvek byl napsán společně s Mattem Piercem z Organic Chemistry Solutions. Zeptejte se Matta na možnost naplánování online doučování zde.
2. Většina lidí je vlastně docela dobrá ve vizualizaci známých věcí ve 3D. Problémem pro lidi, kteří začínají s organickou chemií, je, že molekuly nejsou známé
Jednou z častých věcí, které slýchám od studentů ohledně toho, proč je organická chemie těžká, je, že říkají, že mají „problém s vizualizací věcí ve 3D“.
Vlastně si nemyslím, že je to pravda.
Myslím si, že většina lidí si umí dobře vizualizovat věci ve 3D.
Problém je, že vizualizace molekul je neznámá.
Vzhledem k této hypotéze si vezměme něco, co je známé, a proveďme několik vizualizačních cvičení.
Tady je obrázek hladové jeruzalémské pouliční kočky.
Dokázali byste si představit, jak by vypadala z boku?
Téměř jistě, protože dobře víte, jak kočky vypadají z většiny úhlů.
Pokud byste měli nakreslit obrázek (tyčinky jsou v pořádku), vypadal by pravděpodobně nějak takto:
Všimněte si, že jsme si dovolili trochu volnosti. Nohy směřující k nám jsou nakresleny jako klíny a ty, které směřují pryč, jsou čárky.
3. „Newmanova projekce“ kočky
Nyní provedeme stejný druh cvičení, ale obráceně.
Vezměme si tu tyčovou postavu, kterou jsme právě nakreslili, a zkusme si představit, jak by vypadala zepředu (tj. pohled zleva) a zezadu (pohled zprava).
Z důvodů, které se brzy ukáží, přidáme trochu detailů: dejme kočce barevné „ponožky“ (oranžovou a modrou).
Protože pravděpodobně máte velmi dobrý trojrozměrný mentální model kočky, nemělo by pro vás být toto cvičení příliš těžké.
Doufejme, že vám vyšlo něco takového, jako je níže. Pro zjednodušení jsem vynechal zakreslení očí
Kruh představuje tělo kočky, protože přední a zadní boky se navzájem blokují.
Možná jste si všimli této užitečné shody:
- Když jsme se na kočku dívali zleva (tj. z boku), tak jsme se na ni podívali, jak vypadá.tj. pohled zepředu), skupiny na klínech (oranžové) skončily na pravé straně.
- Když jsme se na kočku dívali zprava (tj. pohled zezadu), skupiny na klínech (oranžové) skončily na levé straně.
4. Když jsme se na kočku dívali zprava (tj. pohled zezadu), skupiny na klínech (oranžové) skončily na levé straně. Newmanova projekce: Tohle všechno byl samozřejmě jen oklikou k přehledu Newmanovy projekce a také cvičením, které vám má pomoci uvědomit si, že si umíte lépe představit molekuly ve 3D, než jste si možná dříve mysleli.
Pomůže vám, že kočky se na molekuly mapují docela dobře!
Připomeňte si, že Newmanova projekce je pohodlný způsob zobrazení konformací v molekulách. Například kočka, kterou jsme právě nakreslili, byla v konformaci „zatmění“, kdy hlava i ocas jsou v jedné linii jako hodinová a minutová ručička na hodinách odbíjejících půlnoc. Přední a zadní nohy jsou také v jedné linii.
Další významnou konformací, kterou je třeba zmínit, je konformace „šachovnicová“, kde jsou přední tři skupiny posunuty o 60 stupňů vzhledem k zadním třem skupinám.
5. Kočka je v konformaci „šachovnicová“. Konformace „Eclipsed“ a „Staggered“ se vzájemně převádějí otočením o 60° podél centrální vazby C-C
V níže uvedeném příkladu otočíme zadní uhlík o 60° ve směru hodinových ručiček (CW) vzhledem k přednímu uhlíku podél centrální vazby uhlík-uhlík. Poté si všimněte, jak se zelené vodíky posunuly z 12:00 na 2:00, ze 4:00 na 6:00, respektive z 8:00 na 10:00.
Pokud se na tuto „rozkročenou“ molekulu podíváme z boku, získáme diagram vazebných linií, kde mají vazby v rovině strany klikatou konfiguraci (vpravo dole).
Podíváme-li se na tento „šachovnicový“ diagram vazebných linií zleva, získáme „šachovnicový“ Newmanův diagram, nakreslený vpravo nahoře.
6. Vazbový diagram v konfiguraci „cik-cak“. Jak převést Newmanovu projekci na liniový diagram
Jak tedy převést Newmanův diagram na liniový diagram vazeb? V této části si projdeme všechny kroky.
První věc, kterou je třeba si uvědomit, je, že v liniových diagramech vazeb existují pouze 4 možné obrazce, kterými se budou vazby v rovině stránky řídit.
Existují dva možné „cik-cak“ tvary, které odpovídají „rozložené“ konformaci, a také dva možné „C-tvary“ odpovídající „zatmělé“ konformaci. .
Podíváme-li se zleva na každý z těchto 4 obrazců čárového diagramu, vidíme, že každý z nich vytváří jiný Newmanův projekční obrazec.
Existují 4 Newmanovy projekční obrazce:
- předem dolů/zpět nahoru,
- předem nahoru/zpět dolů,
- předem nahoru/zpět nahoru,
- a předem dolů/zpět dolů.
Když jsme si ukázali, jak fungují vzory ve směru dopředu, použijme nyní tyto vzory ve směru dozadu.
7. Tahák pro přechod od Newmanova k liniovému diagramu:
Tady jsou 4 Newmanovy projekční vzory převedené na liniové diagramy:
Pomocí těchto vzorů můžeme vzít libovolný Newmanův projekční vzor a zpětným postupem získat odpovídající vazbový liniový vzor, a pak do něj zakreslit pomlčky a klíny.
Tady jsou 4 Newmanovy projekční vzory převedené na liniové diagramy. (Vpravo uvidíte, jak vypadají při naklonění o 30°). 
Jednu důležitou věc je třeba si uvědomit. Jak jsme viděli u kočky, když se na molekulu díváme z levé strany:
- všechny skupiny vpravo (R) se stanou klíny a
- všechny skupiny vlevo (L) se stanou čárkami
Pokud se budete řídit vzorem, že se na molekulu díváte z levé perspektivy, pak si stačí zapamatovat, že klíny se kreslí na pravé straně Newmanova diagramu.
8. Určení konfigurace R a S na Newmanových projekcích:
Nejprve přiřaďme R/S Newmanovi nakreslenému v rozložené konformaci s jedním stereocentrem.
Tento je nakreslen jako (vpředu nahoru, vzadu dolů), takže použijeme šablonu č. 2 z výše uvedeného příkladu.
V tomto příkladu jsme nakreslili šablonu (vpředu nahoru, vzadu dolů) se šachovnicovým uspořádáním a poté jsme doplnili vazby. Všimněte si, že skupiny vpravo od Newmana (Br a CH3) se v liniovém diagramu připojily ke klínům.
Měli byste získat konfiguraci (R).
9. Jaká je konfigurace? Determining R and S Configuration On Newman Projections:
Příklad č. 2
Dále se vrátíme k našemu původnímu příkladu (2-brom-3,4-dimethyl pentan).
Také je nakreslen v rozložené konformaci (předek dolů, zadek nahoru). Zde tedy použijeme šablonu č. 1.
Stejnou metodou byste měli získat (R) pro stereocentrum obsahující Br a (S) pro stereocentrum na uhlíku č. 3.
Stejnou metodou byste měli získat (R) pro stereocentrum obsahující Br. Podrobnosti o tom, jak to bylo provedeno, naleznete na obrázku.
10. V případě, že se vám to nepodařilo, můžete se podívat na obrázek. Determining R and S On A Newman With An Eclipsed Conformation:
Co když je molekula v zatmělé konformaci? Zkuste tento.
Ten se řídí vzorem (vpředu dolů, vzadu dolů), takže postupujte podle Šablony č. 4
Měli byste získat (3R, 4R). Chcete-li se podívat na podrobnosti postupu, klikněte zde.
Závěr: Určování konfigurací R a S v Newmanových projekcích
Pokud si dokážete představit, jak by kočka vypadala zepředu a z boku, pak byste měli být schopni převést Newmanovu projekci na čárový diagram. To je první krok při určování R/S v Newmanově promítání.
Vědět, že existuje jen několik šablon, vám usnadní práci.
Jakmile to uděláte dostatečně často, nebudete šablony ani potřebovat a možná zjistíte, že je jednodušší dělat to prostě v hlavě.