Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

5.4: енантіомери

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    27865

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

    Атом з чотирма прикріпленими до нього групами також може приймати чотиригранну геометрію. Така геометрія часто виникає, коли центральний атом трохи менше. Чотиригранна геометрія дозволяє сусіднім групам трохи далі один від одного. Наступна модель метану показує досить простий приклад. Сіра куля - це атом вуглецю, а чотири білі кульки - атоми водню.

    Кульково-паликова модель метану.
    Малюнок\(\PageIndex{1}\): Кульково-палична модель простого чотиригранного з'єднання: метан, СН 4.

    Перейдіть до анімації SC3.1. Тривимірна модель метану, СН 4.

    На відміну від квадратних плоских з'єднань, прості чотиригранні сполуки не мають однакового виду цис- і транс-ізомерів. Тобто дві групи не можна розміщувати на тетраедрі так, щоб вони знаходилися один навпроти одного або поруч один з одним. Взаємозв'язок між будь-якими двома групами на тетраедрі така ж, як і зв'язок між будь-якими іншими двома групами на тетраедрі.

    Дихлордиметилсилан - це з'єднання, яке можна використовувати для виготовлення силіконових полімерів. Як і платин, він має дві дві групи, прикріплені до центрального атома. Однак центральний том чотиригранний. Існує тільки один спосіб організувати ці чотири групи.

    Кульково-паликова модель центрального атома кремнію з двома метильними групами та двома хлорами.
    Малюнок\(\PageIndex{2}\): Кульково-палична модель дихлордиметилсилану.

    Перейдіть до анімації SC3.1. Тривимірна модель дихлордиметилсилану.

    Однак якщо чотири різні групи прикріплені до чотиригранного атома, чотири групи можуть бути розташовані двома можливими способами. Дві сполуки, які призводять до дзеркального відображення один одного. Ці два ізомери називаються енантіомерами.

    Наприклад, припустимо, що тетраедричний атом кремнію мав чотири різні групи: атом водню, атом хлору, метильну групу (це вуглець з трьома воднями) і гідроксигрупу (це кисень з одним воднем). Було б два дещо різні способи організувати ці чотири групи в просторі. На малюнку нижче водень білий, хлор зелений, а кисень червоний, тоді як кремній і вуглець сірі.

    Малюнок\(\PageIndex{3}\): Кульково-паликова модель R-хлоргідроксиметилсилану, одного з двох стереоізомерів.
    Кулькова молекула вуглецю з метильною групою, воднем, атомом хлору та силанової групою. Силанова група вказує на камеру.

    Перейдіть до анімації SC3.2. Тривимірна модель R-хлоргідроксиметилсилану.

    Вправа\(\PageIndex{1}\)

    Поверніть модель так, щоб прикріплений до кремнію водень був прихований за молекулою. У якому напрямку ви б подорожували, якби простежували від хлору до кисню до вуглецю: за годинниковою стрілкою чи проти годинникової стрілки?

    Відповідь

    За годинниковою

    На наступному малюнку зображена дуже схожа молекула. Ці ж групи прикріплені до центрального атома кремнію, але розташовуються дещо по-іншому.

    Малюнок\(\PageIndex{4}\): Кульково-паликова модель S -хлоргідроксиметилсилану, одного з двох стереоізомерів.
    Кулькова молекула вуглецю з метильною групою, воднем, атомом хлору та силанової групою. Силанова група вказує від камери праворуч, а хлор вказує на камеру.

    Перейдіть до анімації SC3.3. Тривимірна модель S -хлоргідроксиметилсилану.

    Вправа\(\PageIndex{2}\)

    Поверніть модель так, щоб прикріплений до кремнію водень був прихований за молекулою. У якому напрямку ви б подорожували, якби простежували від хлору до кисню до вуглецю: за годинниковою стрілкою чи проти годинникової стрілки?

    Відповідь

    проти годинникової стрілки

    Повне розкриття: молекула, на яку ми дивимося, насправді не є стабільною сполукою, яку можна було б вилити з пляшки зі складу хімії. Це тому, що одна молекула реагувала б з іншою так само, як вона, а потім інша, і так далі, утворюючи довгий ланцюг, який називається силіконовим полімером. Ось такий матеріал зустрічається в таких речах, як дурна шпаклівка та силіконова конопатка.

    Вправа\(\PageIndex{3}\)

    Спробуємо працювати без тривимірної моделі. На наступному малюнку з м'ячем і палицею зображений кремній, прикріплений до брому (червоний), хлору (зелений), фтору (жовтий) та водню. Якби ви дивилися на молекулу з прихованим за нею воднем, в якому напрямку ви б подорожували, якби простежували від брому до хлору до фтору: за годинниковою стрілкою чи проти годинникової стрілки?


    Малюнок: Відповідь проти годинникової стрілки\(\PageIndex{5}\) модель кулі та палиці атома sp3 з чотирма різними групами, прикріпленими до нього. Бром зверху, хлор - ззаду ліворуч, водень - ззаду праворуч, а фтор вказує на камеру.
    Вправа\(\PageIndex{4}\)

    Якби ви дивилися на молекулу з прихованим за нею воднем, в якому напрямку ви б подорожували, якби простежували від брому до хлору до фтору: за годинниковою стрілкою чи проти годинникової стрілки?


    Малюнок: Відповідь за годинниковою стрілкою\(\PageIndex{6}\) модель атома sp3 з чотирма різними групами, прикріпленими до нього. Бром зверху. Хлор знаходиться ззаду праворуч. Водень знаходиться ззаду зліва. Фтор вказує на камеру.

    Там не повинно бути чотирьох різних атомів, прикріплених до центрального атома, щоб отримати два стереоізомери. Там просто повинно бути чотири різні групи. Навіть якщо всі чотири атома, прикріплені до центрального, однакові, якщо до них прикріплені різні речі, то можливі дві тривимірні аранжування. Наступні сполуки ілюструють більш тонкий приклад, як це. Ця сполука, до речі, стійка і може бути виділена і зберігається; це справжня сполука.

    Малюнок\(\PageIndex{7}\): Пара енантіомерів. (-) енантіомер знаходиться зліва, а (+) енантіомер - праворуч. Зверніть увагу, що тетраедричний атом кремнію має чотири різні групи приєднаних.
    Два енантіомери молекули з кремнієм в центрі, з чотирма різними групами прикріпленими. Молекули розташовані так, що їх дзеркальне відображення схожість очевидна.
    Кульково-палична модель - енантіомер на малюнку 5.4.7, вид зверху.
    Малюнок\(\PageIndex{8}\): Інший вид (-) енантіомера; він знаходиться в іншій орієнтації від структури клина/тире вище.

    Перейдіть до анімації SC2.1. Тривимірна модель (-) енантіомера

    Малюнок\(\PageIndex{9}\): Інший вид (+) енантіомера; він знаходиться в іншій орієнтації від структури клина/тире вище.
    Кульково-паликова модель енантіомер+на малюнку 5.4.7, вид зверху, що показує зворотні (дзеркальні) позиції двох груп.

    Перейдіть до анімації SC2.1. Тривимірна модель (+) енантіомера.

    • Енантіомери - це пари сполук з точно такою ж зв'язністю, але протилежними тривимірними формами.
    • Енантіомери не однакові один з одним; один енантіомер не можна накладати на інший.
    • Енантіомери - це дзеркальне відображення один одного.

    Дві сполуки з однаковою зв'язністю, які є дзеркальним відображенням один одного, але не ідентичні один одному, називаються енантіомерами. Більш поширене визначення енантіомера полягає в тому, що він не надходить на його дзеркальне відображення. Його легко відрізнити по дзеркальному відображенню, так само, як праву руку легко ідентифікувати і відрізнити від лівої руки.

    • Сполуки, що зустрічаються в цих парах, називаються «хіральними».
    • «Хірал» походить від грецького слова, що означає «рука».

    За допомогою теорії груп, математики симетрії можна показати, що енантіомер також може бути визначений як молекула, яка не містить дзеркальної площини, тобто її не можна розділити на дві однакові та протилежні половини.

    • Енантіомери не містять дзеркальних площин.
    • Енантіомери не містять двох рівних і протилежних половинок.

    На відміну від цис- і транс-ізомерів, два енантіомера мають однакові фізичні властивості. вони мають однакову температуру плавлення, однакову розчинність і так далі. Два з'єднання, які практично ідентичні, але дзеркальні зображення один одного, мають абсолютно однакові види міжмолекулярного тяжіння, тому не може бути несподіванкою, що їх фізичні властивості ідентичні.

    • Енантіомери - ще один приклад типу стереоізомерів.
    • Два енантіомера мають однакові фізичні властивості, крім оптичного обертання.

    Оптичне обертання передбачає взаємодію плоскополяризованого світла з матеріалом. Якщо матеріал не симетричний, світло, що проходить через нього, буде обертатися. Це означає, що якщо хвилі, що складають світло, коливаються в одному напрямку, коли вони потрапляють у матеріал, вони будуть трохи нахилені, щоб коливатися в іншому напрямку, коли вони виходять з матеріалу. Ми розглянемо це явище пізніше.

    • Два енантіомери мають рівну, але протилежну обертальну дію на плоскополяризоване світло.
    • (+) енантіомери обертають світло за годинниковою стрілкою.
    • (-) енантіомери обертають світло проти годинникової стрілки.

    Наприклад, у хіральному з'єднанні кремнію, показаному вище, (+) енантіомер обертає плоскополяризоване світло за годинниковою стрілкою. Він має «стандартне оптичне обертання» [a] = +12 (+/-2) o. (-) енантіомер обертає плоскополяризоване світло в напрямку проти годинникової стрілки. Він має «стандартне оптичне обертання» [a] = -9,9 (+/-2) o.

    Вправа\(\PageIndex{5}\)

    Певна сполука існує в двох формах; енантіомер А і енантіомер B. енантіомер А має молекулярну масу 126 г/моль, щільність 0,995 г/мл, оптичне обертання [а] = 26 о, температуру плавлення 65 o С, температуру кипіння 225 o С, і запах цитрусових фруктів. Що можна сказати про відповідні властивості енантіомеру В?

    Відповідь

    Енантіомер В має молекулярну масу 126 г/моль, щільність 0,995 г/мл, оптичне обертання [а] = -26 о, температуру плавлення 65 о С і температуру кипіння 225 о С.

    Вправа\(\PageIndex{6}\)

    Чи є ці молекули хіральними?
    Намалюйте дзеркальне відображення кожного з'єднання і визначте, чи є воно супернепрохідним.


    Сім різних молекул. Зверху вниз: 2-пентен, пентан-2-амін, пентан-3-амін, пентан, 2-бром-2-пентанол, метилбутаноат. Малюнок: відповідь\(\PageIndex{10}\)
    Відповіді на вправу 5.4.6, з дзеркальними зображеннями, так/ні твердженнями для суперімпотенції та так/ні твердженнями для хіральності.
    Вправа\(\PageIndex{7}\)

    Знайдіть дзеркальну площину симетрії в наступних молекулах. Деякі можуть не мати дзеркальних площин і, таким чином, є хіральними. (Деякі можуть мати кілька дзеркальних площин, але потрібно лише знайти одну, щоб визначити, що молекула не є хіральною.) Підказка - існують низькі бар'єри для обертання щодо більшості одиночних облігацій. Якщо можна намалювати будь-який конформер, в якому молекула має дзеркальну площину, молекула не буде хіральної.

    Вправа 5.4.7, А через Н.

    Малюнок:\(\PageIndex{11}\) Відповідь А.Площина сторінки є дзеркальною площиною. Існує також один перпендикулярно сторінці, яка відображає один Н в інший.Answer B.Площина сторінки містить один P-Cl зв'язку і бісекції інший CL's.answer C.Площина сторінки є дзеркальною плоскою.Відповідь D.Дзеркальна площина містить P-Br зв'язку і бісекції CL's.Answer E.There немає одинокої пари на B. Тому всі атоми лежать у дзеркальній площині. Відповідь F.Немає дзеркальних площини—молекула, отже, хіральна.Відповідь G.Існує площина, перпендикулярна сторінці, яка містить Br і Cl і бісекції циклопропанового кільця.Відповідь H.No дзеркальних площин - молекула, отже, хіральна.Відповідь I.Є площина перпендикулярно сторінці, яка містить Br і Cl і бісекції циклопропанового кільця.Відповідь J.C-C зв'язок може бути повернута на 60 градусів так, що є площина, перпендикулярна осі зв'язку C-C. Відповідь K.C-C зв'язку в одному з хлормістять зброї можна повернути так, що є дзеркальна площина, яка проходить через етилову групу (без Cl) і P, і один хлор, що містить руку є відображенням other.Answer L. Оскільки подвійний зв'язок плоский, є дзеркальна площина, яка містить всі шість атомів.Відповідь М.Існує дзеркальна площина, яка містить два С і бісекції двох Cls.Answer N.N.Немає дзеркальних площин —Тому молекула є хіральною. Кільця знаходяться не в одній площині завдяки групам CH3 і NH2, які натикаються один на одного. Вони також перешкоджають обертанню навколо C-C зв'язку між кільцями.












    Вправа\(\PageIndex{8}\)

    Виберіть малюнок, який ілюструє дзеркальну площину симетрії в наступному з'єднанні.


    Малюнок: відповідьКартинка\(\PageIndex{12}\) (а) Можливі відповіді на вправу 5.4.8, що показує різні дзеркальні площини між молекулою (3S, 7S) -3,7-диметилнонан-4,6-діону
    Вправа\(\PageIndex{9}\)

    Виберіть малюнок, який ілюструє дзеркальну площину симетрії в наступному з'єднанні.


    Малюнок: відповідьКартинка\(\PageIndex{13}\) (b) Можливі відповіді на вправу 5.4.9, що показує різні дзеркальні площини між молекулою платини з двома атомами хлору і двома групами аміаку.
    Вправа\(\PageIndex{10}\)

    Виберіть малюнок, який ілюструє дзеркальну площину симетрії в наступному з'єднанні.


    Малюнок: відповідаКартинка\(\PageIndex{14}\) (d) Можливі відповіді на вправу 5.4.10, що показує різні дзеркальні площини між молекулою кобальту з двома атомами хлору, двома групами аміаку, нітратною групою та приєднаною групою OH2.
    Вправа\(\PageIndex{11}\)

    Виберіть малюнок, який ілюструє дзеркальну площину симетрії в наступному з'єднанні.


    Малюнок: відповідаКартинка\(\PageIndex{15}\) (c) Можливі відповіді на вправу 5.4.11, що показує різні дзеркальні площини між молекулою кобальту з нітратною групою, двома групами води, двома групами аміаку та атомом хлору.

    Фотографії моделей, отриманих за допомогою Spartan 14 від Wavefunction, Inc., Ірвін, Каліфорнія.