Б) Стереохимическая номенклатура

В настоящее время в правилах ИЮПАК для названий энантиомеров используют R,S-систему Канна – Ингольда – Прелога (R,S-номенклатуру).

В R,S-системе для составления названия стереоизомеров прежде всего необходимо определить старшинство заместителей у асимметрического атома углерода. В основу определения старшинства положен простой и объективный критерий – атомный номер элементов. Старшим считается заместитель, у которого атом, непосредственно связанный с асимметрическим атомом углерода (первый атом), имеет наибольший атомный номер. Если первые атомы одинаковые, то рассматривают заместители, связанные с ними (второй слой), и т.д. При этом, если атом связан двойной связью, его считают за два атома (или за три в случае тройной связи). Рассмотрим принцип определения старшинства заместителей, который принят в настоящее время.

Задача 4. Расположите в порядке уменьшения старшинства следующие заместители: ОН, СНО, СООН, СН₂Сl.

Решение.

1.Покажем строение заместителей (цифры 1, 2, 3 над атомами означают порядковый номер слоя, асимметрический атом углерода отмечен звездочкой):

2. Рассмотрим первый слой атомов. В заместителе (а) с асимметрическим атомом углерода непосредственно связан атом кислорода, в остальных случаях – атомы углерода. Кислород имеет больший атомный номер, чем углерод. Следовательно, заместитель (а) является самым старшим в данном ряду.

3. Для остальных трех заместителей рассмотрим второй слой атомов, для чего в скобках распишем атомы в порядке уменьшения элементов:

(б) – С (О, О, Н);

(в) – С (О, О, О);

(г) – С (Cl, Н, Н).

В заместителе (г) на первом месте в скобках стоит хлор, в остальных – кислород. Поскольку хлор имеет больший порядковый номер, заместитель (г) будет старшим. В заместителе (в) на третьем месте в скобках стоит кислород, а в заместителе (б) – водород. Следовательно, заместитель (б) – младший.

Итак, ряд старшинства заместителей будет следующим:

ОН > СН₂Сl > СООН > СНО.

Определение конфигурации асимметрического атома углерода и составление названия энантиомера может быть выполнено из пространственной модели.

Задача 5. Определите конфигурацию и назовите согласно R,S- номенклатуре стереоизомеры 1-бромо-1-хлороэтана, используя их пространственные формулы.

Решение.

1. Определим старшинство заместителей у асимметрического атома углерода:

Br > Сl > СН₃ > Н

2. Изобразим тетраэдрическую модель энантиомеров этого соединения таким образом, чтобы младший заместитель (Н) был удален от наблюдателя, а остальные три, находясь в основании тетраэдра, были приближены к нему:

3. Определим конфигурацию асимметрического атома углерода. В изомере (1) старшинство заместителей уменьшается по часовой стрелке. Следовательно, этот атом углерода (и соответственно энантиомер) обладает R-конфигурацией, его название – (R)-1-бромо-1-хлорэтан. В изомере (2) старшинство заместителей уменьшается против часовой стрелки. Это – (S)-конфигурация и соответственно (S)-1-бромо-1-хлорэтан.

Определение конфигурации асимметрического атома углерода и составление названия энантиомера по проекционной формуле Фишера осуществляется в таком же порядке, как и в задаче 5.

Задача 6. Определите конфигурацию и назовите согласно R,S-номенклатуре стереоизомер 2-хлоропропаналя, проекционная формула которого такова:

Решение.

1. Определим старшинство заместителей у асимметрического атома углерода: Cl > СНО > СН₃ > Н.

2. Приведем проекцию Фишера к такому виду, чтобы младший заместитель находился внизу (или вверху), т.е. в этом случае он будет удален от наблюдателя (см.задачу 5). С этой целью осуществим четное число перестановок заместителей.

3.Определим конфигурацию асимметрического атома углерода: уменьшение старшинства заместителей происходит по часовой стрелке. Значит, этот энантиомер обладает R-конфигурацией и его название (R)-2-хлорпропаналь.

Если в стереоизомере имеется несколько асимметрических атомов углерода, то для составления названия необходимо определить конфигурацию каждого из них.

Задача 7. Назовите согласно R,S-номенклатуре стереоизомеры 2,3-дихлорпентана.

Решение.

Структурная формула 2,3-дихлорпентана такова:

В молекуле этого соединения имеется два асимметрических атома углерода, поэтому число оптически активных изомеров должно быть (N = 2ⁿ) N = =2² = 4. Представим проекционные формулы Фишера для этих стереоизомеров:

Решим задачу для стереоизомера (1).

1. Определим конфигурацию асимметрического атома углерода С₂:

§ составим ряд старшинства заместителей, обозначив один из сложных заместителей через А: Cl > CH₃ > H;

§ приведем проекцию Фишера к такому виду, чтобы младший заместитель оказался внизу:

§ поскольку старшинство заместителей у асимметрического атома углерода снижается против часовой стрелки, то С₂ имеет S-конфигурацию.

2. Аналогичным образом определим конфигурацию асимметрического атома углерода С₃:

Таким образом, изомеру (1) следует дать название (2S, 3R,)- 2,3- дихлоропентан, а изомерам (2), (3), (4) соответственно (2R, 3S) – 2,3-дихлорпентан, (2R, 3S)-2,3-дихлорпентан и (2S, 3S)-2,3-дихлорпентан.

Список использованной литературы

1. Бакстон Ш., Робертс С. Введение в стереохимию органических соединений./ Пер. с англ. В.М. Демьянович. – М.: Мир, 2005. – 311с.

2. Илиел Э. Основы стереохимии. / Э.Илиел.– М.:Мир,2005. – 119с.

3.Щербина А.Э., Матусевич Л.Г., Сенько И.В. – Органическая химия. Задачи и упражнения: учебное пособие. – Минск:Новое знание, 2007. – 304с.

4.Потапов В.М. Стереохимия. – М.:Химия,1976. – 695с.

5. Илиел Э. Аллинжер Н., Энжиал С., Моррисон Г. Конформационный анализ. – М.:Мир, 1969 – 591с.

6.Галактионов С.Г. Асимметрия биологических молекул. – Минск:Высшая школа, 1978. – 176с.

7.Березин Б.Д., Березин Д.Б. Курс современной органической химии. – М.:Высшая школа, 1999. – 768с.

8.Шабартов Ю.С. Органическая химия. – М.:Химия,2002. – 847 с.

Учебное издание