Bestämning av R- och S-konfigurationer i Newman-projektioner
Hur bestämmer man R- och S-konfigurationer i Newman-projektioner? Nyckeln är att snabbt kunna omvandla Newman-projektioner till linjediagram och sedan använda de välkända CIP-reglerna för att bestämma R/S på linjediagrammen.
Hur omvandlar man då Newman-projektioner till linjediagram? Det är vad vi kommer att ta upp i den här artikeln.
Innehållsförteckning
- Bestämma (R) och (S) på Newman-projektioner: En bra sak att veta inför en stereokemisk undersökning
- De flesta människor är faktiskt okej på att visualisera bekanta saker i 3D. Problemet för nybörjare i organisk kemi är att molekyler inte är bekanta
- Katter är bekanta. Så låt oss rita ”Newman-projektionen” av en katt
- Newman-projektionen: Eclipsed and Staggered Conformations
- Eclipsed and Staggered Conformations Are Interconverted By Rotation Of 60° Along The Central C-C Bond
- Hur man omvandlar en Newman-projektion till ett linjediagram
- Ett fusklappsblad för att gå från ett Newman- till ett linjediagram: Det finns bara fyra mallar att ta hänsyn till
- Bestämning av R- och S-konfiguration på Newman-projektioner: Exempel 1
- Bestämning av R- och S-konfiguration på Newman-projektioner: Exempel 2
- Bestämning av R och S på en Newman med förmörkad konformation: Exempel 3.
- Slutsats: Bestämning av R- och S-konfigurationer i Newman-projektioner
1. Bestämning av (R) och (S) i Newmanprojektioner
I två nyligen publicerade inlägg diskuterade vi hur man använder Cahn-Ingold-Prelog-reglerna (CIP-reglerna) för att tilldela (R/S) till konfigurationer av chirala kolväten i en mängd olika situationer, både enkla och mer komplexa.
Här har alla frågor hittills bett dig att tilldela (R/S) på molekyler som är ritade som bindningslinjediagram, såsom molekylen som visas längst ner till vänster.
Detta är bra. Men då och då – som till exempel på ett prov, tips, tips – kan det hända att du blir förvirrad. Hur bestämmer man till exempel R/S när molekylen är ritad som en Newman? (längst ner till höger)
Tricket är att omvandla Newman-projektionen till bindningslinjediagrammet och sedan tilldela R/S.
Det här inlägget förklarar hur man gör det.
Det här inlägget har skrivits tillsammans med Matt Pierce från Organic Chemistry Solutions. Fråga Matt om att boka en handledningssession online här.
2. De flesta människor är faktiskt ganska bra på att visualisera bekanta saker i 3D. Problemet för människor som börjar med organisk kemi är att molekylerna inte är bekanta
En vanlig sak som jag hör från studenter om varför organisk kemi är svårt är att de säger att de har ”svårt att visualisera saker i 3D”.
Jag tror faktiskt inte att detta stämmer.
Jag tror att de flesta människor klarar av att visualisera saker i 3D.
Problemet är att visualisering av molekyler är obekant.
Med tanke på denna hypotes kan vi ta något som är bekant och göra några visualiseringsövningar.
Här är en bild på en hungrig gatukatt från Jerusalem.
Kan du visualisera hur den skulle se ut från sidan?
Nästan säkert, eftersom du är mycket bekant med hur katter ser ut från de flesta vinklar.
Om du var tvungen att göra en teckning (streckgubbar går bra) skulle den förmodligen se ut ungefär så här:
Notera att vi tog oss vissa friheter. De ben som vetter mot oss är ritade som kilar och de som pekar bort är streck.
3. ”Newmanprojektionen” av en katt
Nu ska vi göra samma typ av övning, men i omvänd ordning.
Låt oss ta det där streckgubben som vi just har ritat och försöka föreställa oss hur den skulle se ut framifrån (dvs. titta från vänster) och bakifrån (titta från höger).
Av skäl som snart kommer att bli uppenbara lägger vi till lite detaljer: låt oss ge katten några färgade ”strumpor” (orange och blå).
Då du troligen har en mycket bra mental 3D-modell av en katt borde du inte ha tyckt att det var så svårt att öva på det här.
Förhoppningsvis har du fått något som liknar det här, nedan. För enkelhetens skull har jag låtit bli att rita in ögonen
Cirkeln representerar kattens kropp, eftersom de främre och bakre höfterna blockerar varandra.
Kanske har du lagt märke till den här hjälpsamma korrespondensen:
- När vi tittade på katten från vänster (dvs.När vi tittade på katten från vänster (dvs. framifrån) hamnade grupperna på kilarna (orange) på höger sida.
- När vi tittade på katten från höger (dvs. bakifrån) hamnade grupperna på kilarna (orange) på vänster sida.
4. Newman-projektionen: Detta har förstås bara varit ett omvägen sätt att gå igenom Newman-projektionen, samt en övning för att försöka få dig att inse att du är bättre på att visualisera molekyler i 3D än du tidigare kanske har trott.
Det underlättar att katter kartlägger molekyler ganska bra!
Håll dig i minnet att Newman-projektioner är ett bekvämt sätt att visa konformationer i molekyler. Katten som vi just ritade var till exempel i den ”förmörkade” konformationen, där huvudet och svansen står i linje med varandra som tim- och minutvisarna på en klocka som slår midnatt. De främre och bakre benen står också i linje.
Den andra viktiga konformationen av betydelse är den ”förskjutna” konformationen, där de tre främre grupperna är förskjutna med 60 grader i förhållande till de tre bakre grupperna.
5. Eclipsed och Staggered Konformationer är interkonverterade genom rotation av 60° längs den centrala C-C-bindningen
I exemplet nedan roterar vi det bakre kolet 60 grader medurs (CW) i förhållande till det främre kolet, längs den centrala kol-kol-bindningen. När detta är gjort, notera hur de gröna väteämnena har flyttats från 12:00 till 2:00, 4:00 till 6:00 respektive 8:00 till 10:00.
När vi tittar på denna ”förskjutna” molekyl från sidan får vi ett bindningslinjediagram där bindningarna i sidans plan har en zick-zack-konfiguration (nederst till höger).
Om vi tittar på detta ”förskjutna” bindningslinjediagram från vänster får vi den ”förskjutna” Newman, ritad uppe till höger.
6. Hur konverterar man en Newmanprojektion till ett linjediagram
Hur konverterar vi då ett Newmandiagram till ett bondlinjediagram? Det här avsnittet kommer att gå igenom alla steg.
Det första man måste inse är att i obligationslinjediagram finns det bara fyra möjliga mönster som bindningarna i sidans plan kommer att följa.
Det finns två möjliga ”zick-zack”-former, som motsvarar den ”förskjutna” konformationen, och det finns också två möjliga ”C-former” som motsvarar den ”förskjutna” konformationen. .
Om vi tittar från vänster på vart och ett av dessa 4 linjedragningsmönster kan vi se att vart och ett genererar ett annat Newman-projektionsmönster.
Det finns 4 Newman-projektionsmönster:
- framsida nedåt/bakåt,
- framsida uppåt/bakåt nedåt,
- framsida uppåt/bakåt uppåt,
- och framsida nedåt/bakåt nedåt.
När vi nu har sett hur mönstren fungerar i framåtriktad riktning ska vi nu tillämpa dessa mönster i bakåtriktad riktning.
7. En fusklapp för att gå från en Newman till ett linjediagram: Det finns bara fyra mallar att ta hänsyn till
Med hjälp av dessa mallar kan vi ta vilken Newman-projektion som helst och arbeta bakåt för att få fram motsvarande obligationslinjemall, och sedan rita in streck och kilar.
Här är de fyra Newman-projektionsmönstren, omvandlade till linjediagram. (Till höger ser du hur det ser ut när det lutas 30°). 
En viktig sak att notera. Som vi såg med katten, när vi tittar från den vänstra sidan av molekylen:
- Alla grupper till höger (R) blir kilar, och
- Alla grupper till vänster (L) blir streck
Om du följer mönstret med att titta på molekylen från vänsterperspektivet, behöver du bara komma ihåg att rita in kilarna på den högra sidan av Newman-diagrammet.
8. Bestämning av R- och S-konfiguration på Newmanprojektioner: Exempel #1
Låt oss tillämpa detta på några specifika exempel.
Först ska vi tilldela R/S till en Newman som ritats i en förskjuten konformation med ett enda stereocentrum.
Denna är ritad som (front up, back down) så vi kommer att använda mall nr 2 från ovan.
I det här exemplet ritade vi den (front up, back down) staggerade mallen och fyllde sedan i bindningarna. Observera att grupperna till höger om Newman (Br och CH3) blev knutna till kilar i linjediagrammet.
Du bör få (R) som konfiguration.
9. Bestämning av R- och S-konfiguration på Newman-projektioner: Exempel #2
Nästan, låt oss gå tillbaka och göra vårt ursprungliga exempel (2-bromo-3,4-dimetylpentan).
Det är också ritat i den förskjutna konformationen (framsidan nedåt, baksidan uppåt). Så här kommer vi att använda mall nr 1.
Med samma metod bör du få fram (R) för stereocentret som innehåller Br och (S) för stereocentret på kol nr 3. För detaljer om hur detta gjordes finns här bilden.
10. Bestämning av R och S på en Newman med en eklipsformad konformation: Exempel #3.
Vad händer om molekylen är i en eklipsad konformation? Prova den här.
Detta följer mönstret (framsida ner, baksida ner), så följ mall #4
Du bör få fram (3R, 4R). För att se detaljer om hur det gjordes, klicka här.
Slutsats: Bestämning av R- och S-konfigurationer i Newman-projektioner
Om du kan visualisera hur en katt skulle se ut framifrån och från sidan bör du kunna omvandla en Newman-projektion till ett linjediagram. Detta är det första steget för att bestämma R/S på en Newman-projektion.
Att veta att det bara finns några få mallar gör det lättare.
När du gör det tillräckligt många gånger kommer du inte ens att behöva mallarna, och du kanske upptäcker att det är lättare att bara göra det i ditt huvud.