Bestemmelse af R- og S-konfigurationer af Newman-projektioner
Hvordan bestemmer man R- og S-konfigurationer på Newman-projektioner? Nøglen er at være i stand til hurtigt at konvertere Newman-projektioner til linjediagrammer og derefter bruge de velkendte CIP-regler til at bestemme R/S på linjediagrammerne.
Så hvordan konverterer man Newman-projektioner til linjediagrammer? Det er det, vi kommer til at dække i denne artikel.
Indholdsfortegnelse
- Bestemmelse af (R) og (S) på Newman-projektioner: En god ting at vide til en stereokemisk eksamen
- De fleste mennesker er faktisk OK til at visualisere velkendte ting i 3D. Problemet for nybegyndere i organisk kemi er, at molekyler ikke er velkendte
- Katte er velkendte. Så lad os tegne “Newman-projektionen” af en kat
- Newman-projektionen: Eclipsed and Staggered Conformations
- Eclipsed and Staggered Conformations Are Interconverted By Rotation Of 60° Along The Central C-C Bond
- Hvordan man konverterer en Newman-projektion til et linjediagram
- Et snydeark til at gå fra et Newman- til et linjediagram: Der er kun 4 skabeloner at overveje
- Bestemmelse af R- og S-konfiguration på Newman-projektioner: Eksempel nr. 1
- Bestemmelse af R- og S-konfiguration på Newman-projektioner: Eksempel nr. 2
- Bestemmelse af R og S på en Newman med en form med formørket konformation: Eksempel nr. 3.
- Konklusion: Bestemmelse af R- og S-konfigurationer i Newman-projektioner
1. Bestemmelse af (R) og (S) på Newman-projektioner
I to nylige indlæg diskuterede vi, hvordan vi kan bruge Cahn-Ingold-Prelog (CIP)-reglerne til at tildele (R/S) til konfigurationer af chirale kulbrinter i en række forskellige situationer, både enkle og mere komplekse.
Så vidt jeg ved, har alle spørgsmålene hidtil bedt dig om at tildele (R/S) på molekyler, der er tegnet som bindingslinjediagrammer, som f.eks. molekylet vist nederst til venstre.
Det er fint. Men en gang imellem – som f.eks. ved en eksamen, hint hint – kan det være, at du kan blive kastet ud i en uoverskuelig situation. Hvordan bestemmer man f.eks. R/S, når molekylet er tegnet som en Newman? (nederst til højre)
Tricket er at konvertere Newman-projektionen til obligationslinjediagrammet og derefter tildele R/S.
Dette indlæg forklarer, hvordan man gør det.
Dette indlæg er skrevet sammen med Matt Pierce fra Organic Chemistry Solutions. Spørg Matt om planlægning af en online vejledningssession her.
2. De fleste mennesker er faktisk ret gode til at visualisere velkendte ting i 3D. Problemet for folk, der starter organisk kemi, er, at molekyler ikke er velkendte
En almindelig ting, jeg hører fra studerende om, hvorfor organisk kemi er svært, er, at de siger, at de har “svært ved at visualisere ting i 3D”.
Jeg tror faktisk ikke, at det er sandt.
Jeg tror, at de fleste mennesker har det fint med at visualisere ting i 3D.
Problemet er, at visualisering af molekyler er ukendt.
Givet denne hypotese, lad os tage noget, der er velkendt, og lave nogle visualiseringsøvelser.
Her er et billede af en sulten gade-kat fra Jerusalem.
Kunne du visualisere, hvordan den ville se ud fra siden?
Næsten helt sikkert, fordi du er meget bekendt med, hvordan katte ser ud fra de fleste vinkler.
Hvis du skulle lave en tegning (pindefigurer er fine), ville den sandsynligvis se nogenlunde sådan ud:
Bemærk, at vi har taget os nogle friheder. Benene, der vender mod os, er tegnet som kiler, og dem, der peger væk, er streger.
3. “Newman-projektionen” af en kat
Lad os nu lave den samme slags øvelse, men omvendt.
Lad os tage den pegefigur, vi lige har tegnet, og prøve at forestille os, hvordan den ville se ud forfra (dvs. se fra venstre) og bagfra (se fra højre).
Af grunde, der snart vil fremgå, tilføjer vi en smule detaljer: Lad os give katten nogle farvede “sokker” (orange og blå).
Da du sandsynligvis har en meget god mental 3D-model af en kat, burde du ikke have fundet øvelsen her for svær.
Håber du fik noget i stil med dette, herunder. For enkelhedens skyld har jeg undladt at tegne øjnene ind.
Cirklen repræsenterer kattens krop, da den forreste og bageste hofte blokerer for hinanden.
Måske har du bemærket denne nyttige korrespondance:
- Når vi kiggede på katten fra venstre (dvs.dvs. forfra) endte grupperne på kilerne (orange) i højre side.
- Når vi kiggede på katten fra højre (dvs. bagfra) endte grupperne på kilerne (orange) i venstre side.
4. Newman-projektionen: Eclipsed and Staggered Conformations
Det hele har selvfølgelig bare været en omvej til at gennemgå Newman-projektionen, samt en øvelse i at forsøge at hjælpe dig til at indse, at du er bedre til at visualisere molekyler i 3D, end du måske tidligere har troet.
Det hjælper, at katte kortlægger på molekyler ret godt!
Husk, at Newman-projektioner er en praktisk måde at vise konformationer i molekyler på. F.eks. var den kat, vi lige har tegnet, i den “formørkede” konformation, hvor hoved og hale begge er på linje med hinanden, ligesom time- og minutviserne på et ur, der slår midnat. De forreste og bageste ben er også på linje.
Den anden betydningsfulde konformation af betydning er den “forskudte” konformation, hvor de tre forreste grupper er forskudt 60 grader i forhold til de tre bageste grupper.
5. Eclipsed og Staggered konformationer omdannes ved en rotation på 60° langs den centrale C-C-binding
I nedenstående eksempel roterer vi det bageste kulstof 60 grader med uret (CW) i forhold til det forreste kulstof, langs den centrale kulstof-kulstof-binding. Når dette er gjort, kan du bemærke, hvordan de grønne hydrogener er flyttet fra henholdsvis 12:00 til 2:00, 4:00 til 6:00 og 8:00 til 10:00.
Når vi ser på dette “forskudte” molekyle fra siden, får vi et bindingslinjediagram, hvor bindingerne i sidens plan har en zig-zag-konfiguration (nederst til højre).
Hvis vi ser på dette “forskudte” bindingslinjediagram fra venstre, får vi den “forskudte” Newman, tegnet øverst til højre.
6. Sådan konverteres en Newman-projektion til et linjediagram
Så hvordan konverterer vi et Newman-diagram til et obligationslinjediagram? Dette afsnit vil gennemgå alle trinene.
Den første ting at erkende er, at der i obligationslinjediagrammer kun er 4 mulige mønstre, som obligationerne i sidens plan vil følge.
Der er to mulige “zig-zag”-former, der svarer til den “forskudte” konformation, og der er også to mulige “C-former”, der svarer til den “formørkede” konformation. .
Hvis vi ser fra venstre på hvert af disse 4 linjediagramm-mønstre, kan vi se, at de hver især genererer et forskelligt Newman-projektionsmønster.
Der er 4 Newman-projektionsmønstre:
- forside nedad/bagud op,
- forside opad/bagud ned,
- forside opad/bagud op,
- og front nedad/bagud ned.
Nu har vi set, hvordan mønstrene fungerer i den fremadgående retning, så lad os nu anvende disse mønstre i den bagudgående retning.
7. Et snydeblad til at gå fra et Newman- til et linjediagram: Der er kun 4 skabeloner at tage hensyn til
Med disse skabeloner kan vi tage en hvilken som helst Newman-projektion og arbejde baglæns for at få den tilsvarende obligationslinjeskabelon, og derefter tegne stregerne og kilerne ind.
Her er de 4 Newman-projektionsmønstre, konverteret til linjediagrammer. (Til højre kan du se, hvordan det ser ud, når det er vippet 30°). 
En vigtig ting er vigtig at bemærke. Som vi så med katten, når vi ser fra venstre side af molekylet:
- Alle grupper på højre side (R) bliver til kiler, og
- alle grupper på venstre side (L) bliver til streger
Hvis du følger mønsteret med at se på molekylet fra venstre perspektiv, skal du blot huske at tegne kilerne på højre side af Newman-diagrammet.
8. Bestemmelse af R- og S-konfiguration på Newman-projektioner: Eksempel #1
Lad os anvende dette på et par specifikke eksempler.
Først skal vi tildele R/S til en Newman, der er tegnet i en forskudt konformation med et enkelt stereocenter.
Denne er tegnet som (foran op, bagud ned), så vi vil bruge skabelon nr. 2 fra ovenfor.
I dette eksempel har vi tegnet den (foran op, bagud ned) forskudte skabelon og derefter udfyldt bindingerne. Bemærk, at grupperne til højre for Newman (Br og CH3) blev knyttet til kiler i linjediagrammet.
Du bør få (R) som konfiguration.
9. Bestemmelse af R- og S-konfiguration på Newman-projektioner: Eksempel nr. 2
Næst skal vi gå tilbage og lave vores oprindelige eksempel (2-bromo-3,4-dimethylpentan).
Det er også tegnet i den forskudte konformation (forsiden nedad, ryggen opad). Så her vil vi bruge skabelon nr. 1.
Med samme metode skulle du få (R) for stereocenteret indeholdende Br og (S) for stereocenteret på kulstof nr. 3. For detaljer om, hvordan dette blev gjort, er her billedet.
10. Bestemmelse af R og S på en newman med en formørket konformation: Eksempel nr. 3.
Hvad sker der, hvis molekylet er i en eclipsed konformation? Prøv denne.
Dette følger (foran nedad, bagud nedad)-mønsteret, så følg skabelon #4
Du bør få (3R, 4R). For at se detaljer om, hvordan det blev gjort, klik her.
Slutning: Bestemmelse af R- og S-konfigurationer i Newman-projektioner
Hvis du kan visualisere, hvordan en kat ville se ud forfra og fra siden, så burde du være i stand til at konvertere en Newman-projektion til et linjediagram. Dette er det første skridt til at bestemme R/S på en Newman-projektion.
Det gør det nemmere at vide, at der kun er nogle få skabeloner.
Når du gør det nok gange, har du ikke engang brug for skabelonerne, og du vil måske opdage, at det er nemmere bare at gøre det i dit hoved.