Bestimmung von R- und S-Konfigurationen von Newman-Projektionen
Wie bestimmt man R- und S-Konfigurationen auf Newman-Projektionen? Der Schlüssel liegt darin, Newman-Projektionen schnell in Liniendiagramme umzuwandeln und dann die bekannten KVP-Regeln zu verwenden, um R/S auf den Liniendiagrammen zu bestimmen.
Wie wandelt man also Newman-Projektionen in Liniendiagramme um? Das werden wir in diesem Artikel behandeln.
Inhaltsverzeichnis
- Bestimmung von (R) und (S) in Newman-Projektionen: Gut zu wissen für eine Stereochemie-Prüfung
- Die meisten Menschen sind eigentlich ganz gut darin, vertraute Dinge in 3-D zu visualisieren. Das Problem für Anfänger in der organischen Chemie ist, dass Moleküle nicht vertraut sind
- Katzen sind vertraut. Also lass uns die „Newman-Projektion“ einer Katze zeichnen
- Die Newman-Projektion: Eclipsed and Staggered Conformations
- Eclipsed and Staggered Conformations Are Interconverted By Rotation Of 60° Along The Central C-C Bond
- How To Convert A Newman Projection To A Line Diagram
- A Cheat Sheet For Going From A Newman To A Line Diagram: Es sind nur 4 Schablonen zu berücksichtigen
- Bestimmen der R- und S-Konfiguration bei Newman-Projektionen: Beispiel 1
- Bestimmung der R- und S-Konfiguration bei Newman-Projektionen: Beispiel #2
- Bestimmung von R und S auf einem Newman mit einer verdeckten Konformation: Beispiel Nr. 3
- Abschluss: Bestimmung von R- und S-Konfigurationen in Newman-Projektionen
1. Bestimmung von (R) und (S) in Newman-Projektionen
In zwei kürzlich erschienenen Beiträgen haben wir erörtert, wie man die Cahn-Ingold-Prelog (CIP)-Regeln verwendet, um (R/S)-Konfigurationen von chiralen Kohlenstoffen in einer Vielzahl von Situationen, sowohl einfachen als auch komplexeren, zuzuordnen.
Bislang wurden Sie in allen Fragen aufgefordert, (R/S) an Molekülen zuzuordnen, die als Bindungsliniendiagramme gezeichnet sind, wie das unten links abgebildete Molekül.
Das ist in Ordnung. Aber hin und wieder – zum Beispiel in einer Prüfung – kann es vorkommen, dass man auf dem falschen Fuß erwischt wird. Wie bestimmt man zum Beispiel R/S, wenn das Molekül als Newman gezeichnet ist? (unten rechts)
Der Trick besteht darin, die Newman-Projektion in das Bindungsliniendiagramm umzuwandeln und dann R/S zuzuordnen.
Dieser Beitrag erklärt, wie man das macht.
Dieser Beitrag wurde gemeinsam mit Matt Pierce von Organic Chemistry Solutions verfasst. Fragen Sie Matt nach einem Termin für eine Online-Nachhilfestunde hier.
2. Die meisten Menschen sind eigentlich ziemlich gut darin, vertraute Dinge in 3-D zu visualisieren. Das Problem für Leute, die mit organischer Chemie anfangen, ist, dass Moleküle nicht vertraut sind
Eine häufige Sache, die ich von Studenten höre, warum organische Chemie schwer ist, ist, dass sie sagen, dass sie „eine harte Zeit haben, Dinge in 3D zu visualisieren“.
Ich glaube nicht, dass das wahr ist.
Ich denke, die meisten Leute sind gut darin, Dinge in 3D zu visualisieren.
Das Problem ist, dass die Visualisierung von Molekülen ungewohnt ist.
Angesichts dieser Hypothese nehmen wir etwas Bekanntes und machen einige Visualisierungsübungen.
Hier ist ein Bild einer hungrigen Jerusalemer Straßenkatze.
Könnten Sie sich vorstellen, wie sie von der Seite aussieht?
Mit ziemlicher Sicherheit, denn du bist mit dem Aussehen von Katzen aus den meisten Blickwinkeln sehr vertraut.
Wenn du eine Zeichnung anfertigen müsstest (Strichmännchen sind in Ordnung), würde sie wahrscheinlich ungefähr so aussehen:
Beachte, dass wir uns einige Freiheiten genommen haben. Die Beine, die uns zugewandt sind, sind als Keile gezeichnet und die, die von uns wegzeigen, sind Striche.
3. Die „Newman-Projektion“ einer Katze
Nun wollen wir die gleiche Übung machen, aber in umgekehrter Richtung.
Nehmen wir das Strichmännchen, das wir gerade gezeichnet haben, und versuchen wir uns vorzustellen, wie es von vorne (d.h. von links) und von hinten (von rechts) aussehen würde.
Aus Gründen, die bald deutlich werden, fügen wir noch ein paar Details hinzu: Geben wir der Katze ein paar farbige „Socken“ (orange und blau).
Da du wahrscheinlich ein sehr gutes mentales 3-D-Modell einer Katze hast, sollte dir diese Übung nicht allzu schwer fallen.
Hoffentlich hast du so etwas wie das hier unten bekommen. Der Einfachheit halber habe ich die Augen nicht eingezeichnet.
Der Kreis stellt den Körper der Katze dar, da sich die vordere und die hintere Hüfte gegenseitig blockieren.
Vielleicht ist dir diese hilfreiche Entsprechung aufgefallen:
- Wenn wir die Katze von links (d. h. von vorne) betrachten, sind die Gruppen auf der linken Seite und die auf der rechten Seite auf der linken Seite.
- Wenn wir die Katze von links (d.h. von vorne) betrachten, landen die Gruppen auf den Keilen (orange) auf der rechten Seite.
4. Die Newman-Projektion: Eclipsed and Staggered Conformations
Natürlich war das alles nur ein Umweg, um die Newman-Projektion zu besprechen, sowie eine Übung, die dir helfen soll, zu erkennen, dass du Moleküle besser in 3-D darstellen kannst, als du bisher gedacht hast.
Es hilft, dass Katzen ziemlich gut auf Molekülen abgebildet werden können!
Erinnere dich daran, dass Newman-Projektionen eine bequeme Art sind, Konformationen in Molekülen zu zeigen. Die Katze, die wir gerade gezeichnet haben, befand sich zum Beispiel in der „verfinsterten“ Konformation, bei der Kopf und Schwanz in einer Linie liegen, wie die Stunden- und Minutenzeiger einer Uhr, die Mitternacht schlägt. Die Vorder- und Hinterbeine stehen ebenfalls in einer Linie.
Die andere wichtige Konformation ist die „gestaffelte“ Konformation, bei der die drei vorderen Gruppen um 60 Grad im Verhältnis zu den drei hinteren Gruppen versetzt sind.
5. Eclipsed and Staggered Conformations Are Interconverted By Rotation Of 60° Along The Central C-C Bond
Im folgenden Beispiel wird das hintere Kohlenstoffatom um 60 Grad im Uhrzeigersinn (CW) gegenüber dem vorderen Kohlenstoffatom gedreht, und zwar entlang der zentralen Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindung. Beachten Sie, dass die grünen Wasserstoffatome von 12:00 Uhr auf 2:00 Uhr, von 4:00 Uhr auf 6:00 Uhr und von 8:00 Uhr auf 10:00 Uhr verschoben wurden.
Betrachten wir dieses „gestaffelte“ Molekül von der Seite, so erhalten wir ein Bindungsliniendiagramm, in dem die Bindungen in der Ebene der Seite eine Zick-Zack-Konfiguration haben (unten rechts).
Betrachten wir dieses „gestaffelte“ Bindungsliniendiagramm von links, so erhalten wir das „gestaffelte“ Newman-Diagramm, gezeichnet oben rechts.
6. Wie konvertiert man eine Newman-Projektion in ein Liniendiagramm
Wie konvertiert man nun ein Newman-Diagramm in ein Bond-Linien-Diagramm? In diesem Abschnitt werden wir alle Schritte durchgehen.
Das erste, was man erkennen muss, ist, dass es in einem Linien-Diagramm nur 4 mögliche Muster gibt, denen die Bindungen in der Ebene der Seite folgen.
Es gibt zwei mögliche „Zick-Zack“-Formen, die der „gestaffelten“ Konformation entsprechen, und es gibt auch zwei mögliche „C-Formen“, die der „verfinsterten“ Konformation entsprechen. .
Wenn wir von links auf jedes dieser 4 Liniendiagramm-Muster schauen, können wir sehen, dass jedes ein anderes Newman-Projektionsmuster erzeugt.
Es gibt 4 Newman-Projektionsmuster:
- vorne unten/hinten oben,
- vorne oben/hinten unten,
- vorne oben/hinten oben,
- und vorne unten/hinten unten.
Nachdem wir nun gesehen haben, wie die Muster in Vorwärtsrichtung funktionieren, wollen wir diese Muster nun in Rückwärtsrichtung anwenden.
7. ein Spickzettel für den Übergang von einem Newman zu einem Liniendiagramm: Es sind nur 4 Schablonen zu berücksichtigen
Mit Hilfe dieser Schablonen können wir eine beliebige Newman-Projektion nehmen und rückwärts arbeiten, um die entsprechende Bond-Linien-Schablone zu erhalten, und dann die Striche und Keile einzeichnen.
Hier sind die 4 Newman-Projektionsmuster, umgewandelt in Liniendiagramme. (Rechts sehen Sie, wie es aussieht, wenn es um 30° gekippt ist). 
Eine wichtige Sache ist zu beachten. Wie wir bei der Katze gesehen haben, werden bei der Betrachtung von der linken Seite des Moleküls:
- alle Gruppen auf der rechten Seite (R) werden zu Keilen und
- alle Gruppen auf der linken Seite (L) werden zu Strichen
Wenn du dem Muster folgst, das Molekül aus der linken Perspektive zu betrachten, dann musst du dir nur merken, dass du die Keile auf der rechten Seite des Newman-Diagramms zeichnen musst.
8. Bestimmung der R- und S-Konfiguration auf Newman-Projektionen: Beispiel 1
Wenden wir dies auf ein paar konkrete Beispiele an.
Zunächst ordnen wir R/S einem Newman zu, der in einer gestaffelten Konformation mit einem einzigen Stereozentrum gezeichnet ist.
Dieser ist als (vorne oben, hinten unten) gezeichnet, also verwenden wir Vorlage Nr. 2 von oben.
In diesem Beispiel haben wir die (vorne oben, hinten unten) gestaffelte Vorlage gezeichnet und dann die Bindungen ausgefüllt. Beachten Sie, dass die Gruppen auf der rechten Seite des Newman (Br und CH3) im Liniendiagramm mit Keilen verbunden wurden.
Sie sollten (R) als Konfiguration erhalten.
9. Bestimmung der R- und S-Konfiguration bei Newman-Projektionen: Beispiel #2
Als Nächstes gehen wir zurück zu unserem ursprünglichen Beispiel (2-Brom-3,4-dimethylpentan).
Es ist ebenfalls in der gestaffelten Konformation (vorne unten, hinten oben) gezeichnet. Daher werden wir hier die Vorlage 1 verwenden.
Mit der gleichen Methode sollten Sie (R) für das Stereocenter mit Br und (S) für das Stereocenter am Kohlenstoff #3 erhalten. Einzelheiten zu dieser Methode finden Sie in der Abbildung.
10. Bestimmung von R und S an einem Newman mit einer eclipsierten Konformation: Beispiel #3.
Was ist, wenn das Molekül eine eclipsierte Konformation hat? Versuchen Sie dies.
Dies folgt dem Muster (vorne unten, hinten unten), also folgen Sie der Vorlage #4
Sie sollten (3R, 4R) erhalten. Um Details zu sehen, wie es gemacht wurde, klicken Sie hier.
Abschluss: Bestimmung von R- und S-Konfigurationen in Newman-Projektionen
Wenn du dir vorstellen kannst, wie eine Katze von vorne und von der Seite aussieht, dann solltest du in der Lage sein, eine Newman-Projektion in ein Liniendiagramm umzuwandeln. Dies ist der erste Schritt bei der Bestimmung von R/S in einer Newman-Projektion.
Wenn man weiß, dass es nur ein paar Vorlagen gibt, ist es einfacher.
Wenn man es oft genug macht, braucht man die Vorlagen gar nicht mehr, und man wird feststellen, dass es einfacher ist, es einfach im Kopf zu machen.