5.4: Представлення органічної структури

Last updated
Save as PDF

Page ID: 106391

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

Багато проблем в органічній хімії вимагають розгляду структур у трьох вимірах, і дуже корисно використовувати молекулярні моделі для візуалізації взаємних положень атомів у просторі. На жаль, ми змушені передавати тривимірні поняття за допомогою малюнків у двох вимірах, і не всі ми однаково обдаровані виготовленням або візуалізацією таких малюнків. Очевидно, що спілкування за допомогою креслень, таких як на рисунках 5-5 і 5-7, було б непрактично складним і трудомістким, тому необхідна якась форма абревіатури.

Конформаційні креслення

Два стилю скорочення затемнених і шахових конформацій етану показані на малюнку 5-9; в кожному місце з'єднання ліній, що представляють зв'язки, приймається атомом вуглецю. Використовуючи умовність «sawhorse», ми завжди вважаємо, що розглядаємо молекулу трохи зверху і справа, і розуміється, що центральна\(C-C\) зв'язок перпендикулярна площині паперу. За допомогою конвенції «Ньюмена» ми розглядаємо молекулу безпосередньо вниз по осі\(C-C\) зв'язку, тому вуглець спереду приховує вуглець позаду. Коло - це лише наочний посібник, який допомагає відрізнити зв'язки заднього вуглецю від зв'язків переднього вуглецю. Задні атоми в затемненій конформації малюються трохи зміщеними від справді затемненого погляду, тому зв'язки з ними можна побачити.

Зліва два: коник. Ліва молекула розташована в шаховому порядку, а права - затемнюється. Праворуч два: Ньюмен; ліва молекула розташована в шаховому порядку, а права молекула затьмарена. — Малюнок 5-9: Умовності для показу шахових і затемнених конформацій етану

Шахові конформації бутану показані на малюнку 5-10 як в конвенціях sawhorse, так і в Ньюмана. Існує мало вибору між двома конвенціями для простих похідних етану, але конвенція пильного коня настійно прихильна для представлення конформацій кільцевих сполук, таких як циклогексан. Подібність між формами бутану гоше та найбільш стабільною конформацією циклогексану разюче очевидна у представленнях коня обох, як показано на малюнку 5-10. Зверніть увагу, що кільцеві вуглеці циклогексану не лежать в одній площині і що всі кути зв'язку чотиригранні. Конформації цієї цікавої і важливої молекули детально розглянуті в главі 12.

Топ: Три приклади анти або транс-бутану. Середина: три приклади син або гош бутану. Дно: циклогексан (найбільш стабільна конформація). — Малюнок 5-10: Умовності Sawhorse та Newman для показу шахових конформацій бутану. Показана лише одна форма гоше. Показано, що циклогексан підкреслює схожість його стабільної конформації з конформацією бутану.

Незважаючи на корисність креслення типу пиляного коня, циклічні молекули часто малюються площинними кільцями та спотвореними кутами зв'язку, хоча кільця насправді можуть бути не площинними. Причина цього частково полягає в тому, що плоскі кільця легше малювати і частково підкреслювати конфігурацію прикріплених груп, незалежно від конформації. Типові приклади наступні:

Зліва: транс-1,3-диметилциклопентан. Середній: олл-транс; 1,2,3,4,5,6- гексахлорциклогексан. Праворуч: бета-глюкоза.

Як правило, ми уникаємо таких малюнків і припускаємо, що набагато краще навчитися малювати молекули в максимально правильній перспективі. Після того, як пильний кінь уявлення циклогексану освоєно, його майже так само легко намалювати\(13\),\(14\) як і\(14\) набагато інформативніше про форму молекули:

Стілець конформер циклогексану. Кожен вуглець має атом хлору, приєднаний екваторіальний.

Ми вказали, як відрізняються енантіомери 2-бутанолу, малюючи їх структури\(5\) та\(6\) (Розділ 5-1D) у перспективі, щоб показати тетраедричну конфігурацію замісників у хіральному вуглеці. Ця конфігурація також може бути представлена формулами sawhorse або Newman, використовуючи будь-яку з декількох можливих шахових конформацій, таких як\(5a\) і\(6a\) або\(5b\) і\(6b\):

Зліва: конформери конформерів двох молекул. Два вуглецю, скріплені між собою єдиним зв'язком. Передній вуглець має метиловий і гідроксильний замінник, а задній вуглець має метиловий замінник. Ліва молекула має групу O H, що вказує вліво. Права молекула має O H групу, що вказує праворуч. Ці молекули розділені дзеркальною площиною. Праворуч: ті ж молекули, але у вигляді проекцій Ньюмана.

Ці малюнки чіткі, але можуть бути громіздкими, особливо для більш складних молекул, і ми коротко опишемо інші засоби представлення конфігурацій хіральних молекул.

Планарні конструкції

Плоскі молекули, такі як бензол, етен та метанал, найкраще малювати в площині паперу з кутами зв'язку приблизно\(120^\text{o}\). Коли потрібно намалювати їх, як видно на краю (поза площиною), необхідно подбати про належну перспективу. Передні зв'язки можуть бути намальовані трохи більш важкими лініями; конічна зв'язок вказує напрямок, широкий кінець спрямований на глядача і вузький кінець подалі від глядача (рис. 5-11). Тут використовуються смугові лінії для позначення задньої або відступаючої зв'язку (багато письменників використовують пунктирні лінії, але їх можна сплутати з іншими видами використання пунктирних ліній, як для часткових зв'язків).

Однак ви знайдете інші зображення плоских вуглеців з досить грубо спотвореними кутами зв'язку. Наприклад, метанова кислота плоска з майже\(120^\text{o}\) зв'язковими кутами, але часто малюється з\(H-C-O\) кутами\(90^\text{o}\) і\(180^\text{o}\):

Дві молекули метанової кислоти (мурашина кислота). Зліва: O H і водневі замінники спрямовані вниз під кутом. Праворуч: O H та водневі замінники відповідають вуглецю.

Спотворені конструкції зазвичай використовуються для економії місця, і, на жаль, нам доводиться використовувати їх дуже часто з цієї причини.

Формули проекції

The sawhorse або Newman уявлення про 2-бутанол,\(5a\) і\(5b\)\(6a\) і\(6b\), відмінно підходять для показу розташування атомів в конформаціях, але є надмірно складними для представлення стереохімічної конфігурації. Формули проекції Фішера широко використовуються для показу конфігурацій і досить прості, як тільки один отримує уявлення про те, що вони представляють..

Зліва: Дві молекули етена. Вгорі: всі водні знаходяться на суцільних лініях. Дно: кожен вуглець має водень, спрямований вгору на тире, а водень спрямований вниз на клин. Середина: дві молекули бензолу. Вгорі: всі водні на суцільних лініях. Дно: Два водню на задніх вуглецях на тире, два водню на середніх вуглецях на твердих лініях і два водню на передній самий вуглець на клини. Праворуч: дві молекули метану. Вгорі: обидва водню на суцільних лініях. Внизу: водень, спрямований вгору на тире, і водень, спрямований вниз на клин. — Малюнок 5-11: Вид спереду та збоку плоских молекул із зображенням деяких умовностей, що використовуються для позначення перспективи

Формули проекції 2-бутанолу бувають\(5c\) і\(6c\):

Зверху: проекції (+) -2-бутанолу. Позитивний тому, що О Н і С 2 Н 5 замісники вказані вправо (О Н на клині і С 2 Н 5 на тире). Дно: виступи (-) -2-бутанолу. Негативний тому, що O H і C 2 H 5 замінники вказані вліво (О Н на клині і С 2 Н 5 на тире). — Малюнок 5-12.

Малюнок 5-12: Процедура пов'язання формули проекції до конфігураційного креслення за допомогою моделі з кулькою та палицею. Зберіть модель кульки-палички над формулою проекції (тут\(5c\)) так, щоб групи були розташовані за умовністю формули (горизонтальні зв'язки назовні, вертикальні зв'язки назад), потім поверніть модель так, щоб відповідні групи\(H\), тут\(CH_3\) і, були паралельні площині паперу і зробити перспективний малюнок узгодженим з моделлю. Зворотна процедура переводить креслення перспективи у формулу проекції.

Автори та атрибуція

Template:ContribRoberts