5.E: Стереоізомерія органічних молекул (вправи)

Last updated
Save as PDF

Page ID: 106390

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

Вправа 5-1 Намалюйте структури, що показують конфігурацію наступних з'єднань. Ви можете переглянути номенклатуру алкенів, наведену в розділі 3-3.

а. транс- 3-метил-3-гексен
б. 2-хлоро- цис- 2, транс-гептадієн с. (
цис -1-пропеніл) циклобутан
д. транс -1,2-ді- (цис-1-пропеніл) циклобутан

Вправа 5-2 Гераніол - це природна сполука, що зустрічається в певних травах, і використовується в парфумах для імітації запаху троянд. Назва IUPAC для цієї сполуки - 3,7-диметил-транс-2,6-октадіен-1-ол (де «-1-ол» означає, що на вуглеці ланцюга з найменшим числом є\(\ce{OH}\) група). Виберіть правильну конструкцію з числа наступних:

Вправа 5-3 Визначте хіральні атоми вуглецю зірочкою (*) в кожній з наступних структур. Якщо немає хіральних вуглеців, напишіть ахіральний.

а.

б.\(\ce{CH_3CH_2CBr=CH_2}\)

д.

е.

ф.

Вправа 5-4 Скільки хіральних центрів проявляється в структурі холестерину? Визначте їх за кількістю атома вуглецю.

Вправа 5-5 Робота німецького хіміка Вісліценуса про гідроксипропанових кислотах мала вплив на розвиток ідей Ван Гоффа про стереоізомерію. До 1869 року Віслін встановив, що існує три ізомерні гідроксипропанові кислоти, назвемо їх A, B і C, часткової структури\(\ce{C_2H_4(OH)(CO_2H)}\). Ізомер А був виділений з кислого молока і ізомер В з м'ясного екстракту. І A, і B мали однакові фізичні властивості, за винятком оптичного обертання, де А був леворотаторним, а B - декстроротаторним. Ізомер С не був оптично активним і мав значно відмінні фізико-хімічні властивості від А або Б. Розробіть структури A, B і C якомога докладніше з наданої інформації.

Вправа 5-6 Вивчіть структури\(\beta\) -каротину і вітаміну А, показані в Розділі 2-1 і Розділі 3-0, і визначте конфігурацію на кожній з подвійних зв'язків в ланцюжку, прикріпленому до кільця (ів). Чи є ці речовини хіральними або ахіральними?

Вправа 5-7 Намалюйте в шаховому порядку конформації кожного з наступних з'єднань, використовуючи зазначену умовність:

а. 2,3-диметилбутан (пиляний коник)
б. 1,2-дибром-1,1,2,2-тетрафторетан (Ньюман)
c. d, л ізомери 1-хлор-1-фторетану (Ньюмен)

Вправа 5-8 Намалюйте конформацію 2,2,5,5-тетраметилгексану, яка, як ви очікуєте, буде з найменшою енергією.

Вправа 5-9 Намалюйте шахову конформацію в обох представленнях sawhorse і Newman, що відповідає конфігураціям, показаним у формулах проекції a-c.

а.

б.

Вправа 5-10 Намалюйте формули проекції, які відповідають конкретним конфігураціям, показаним у наступних структурах:

а.

б.

с.*

Вправа 5-11 Ця вправа може уточнити для вас обмеження на маніпулювання формулами проекції. Вам допоможе перевірка комплектації з моделями, як на малюнку 5-12. Ідея полягає в тому, щоб визначити, який вплив є, якщо такий є, на конфігурацію, представлену формулою, шляхом внесення різних змін в проекцію. Ваша відповідь на кожну частину повинна полягати в тому, що операція змінює або не змінює конфігурацію.

а. Обмін замісниками поперек горизонтального зв'язку:

б. обмін іншими замінниками:

c.\(180^\text{o}\) Обертання в площині паперу:

d.\(90^\text{o}\) Обертання в площині паперу:

е. кінець перевернути зовнішню площину паперу:

Вправа 5-12 Аналіз кристалів певної винної кислоти показує, що вони складаються з рівних кількостей наступних конформацій:

Використовуйте моделі кульки та палички, щоб визначити взаємозв'язок між цими двома конформаціями, а також, чи є ця винна кислота мезо-винна кислота, оптично активна винна кислота або рацемінова кислота. Дайте свої міркування.

Вправа 5-13 Написати структури для всіх можливих конфігурацій для 2,4-дибромопентану. Які стереоізомери є енантіомерами? Які бувають діастереомери? Яке поєднання ізомерів дасть рацемічна суміш? Який ізомер є ахіральним?

Вправа 5-14 З перерахованих з'єднань виберіть всі ті, які можуть мати ахіральні мезоконфігурації і намалюйте конфігурації для кожного з них.

а. 1,2-дихлорциклопропан
б.
1,4-дихлорциклогексан с. 1,3-дихлорциклогексан
д. 2,3-дихлорпентан
е. 2,3,4-трихлорпентан
ф. 2,3,4,5- тетрахлоргексан

Вправа 5-15 Подивіться уважно на кожну пару конструкцій, показаних нижче, і вирішіть, чи однакові вони. Якщо ви не впевнені, використовуйте молекулярні моделі.

а.

б.

д.

е.

ф.\(\ce{Cl-C \equiv C-Br}\)\(\ce{Br-C \equiv C-Cl}\)

г.

Вправа 5-16 Дві структури, показані в кожній з наступних пар, є ізомерами. Визначте, чи є вони позиційними, конфігураційними або конформаційними ізомерами. Використання моделей буде дуже до речі.

а.

б.

д.

е.

Вправа 5-17 Яка з наступних сполук може існувати як cis-trans конфігураційні ізомери?

а. 1,2-диброметан
б. 2,3-дибромопропен
c. дибромоетину
д. 1,3-дибромопропен

Вправа 5-18 Яка з наступних сполук може існувати як (1) пара енантіомерів, (2) пара цис-транс-ізомерів і (3) як цис-пара енантіомерів і транс-пара енантіомерів?

а. 3-хлор-1-бутин
б. 4-хлор-1-бутин
с. 1-хлор-1,3-бутадієн
д. 2-хлор-1,3-бутадієн
е. 4-хлор-2-пентен
ф. 5-хлор-2-пентен

Вправа 5-19 Написати структури, що показують зазначені конфігурації для кожного з наступних з'єднань. Зробіть свої креслення максимально чіткими, щоб не було неоднозначності щодо структури чи конфігурації:

а. цис -1,2-дифенілетен
б. транс-2-хлор-2-бутен
с. транс-1-пропенілбензол
д. транс-транс-2,4-гептадієн
е. цис-цис-2,4-гептадієн
ф. транс-цис-2,4-гептадієн
г. цис-транс-2,4-гептадієн
ч. цис -1 - трет-бутил-4-метилциклогексан

Вправа 5-20 Напишіть структурні формули, що показують конфігурацію всіх можливих цис-транс-ізомерів наступних сполук:

а. 1,2,3-триметилциклопропан
б. 1,3-дихлорциклопентан
c. 3-метил-2,4-гексадієн
d. 1- (3-метилциклобутил) -3-метилциклобутан

Вправа 5-21 Чи очікуєте ви, що цис- або транс-1,2-диметилциклопропан буде більш стабільним? Поясніть.

Вправа 5-22 Намалюйте відповідні формули для всіх можливих позиційних і конфігураційних ізомерів (включають оптичні ізомери, але не конформаційні ізомери) для наступних сполук молекулярної формули:

а.\(\ce{C_3H_5Cl}\) (п'ять)
б.\(\ce{C_5H_{10}}\) (тринадцять)
c.\(\ce{C_4H_7Cl}\) (дев'ятнадцять)

Вправа 5-23 Покажіть, як можна використовувати конвенції sawhorse та Newman для представлення різних можливих шахових конформацій наступних речовин:

а. хлоретан
б. 1,2-дихлор-1-фторетан
с. 1,2-дихлоретан
д. 2,3-диметилбутан

Вправа 5-24 Визначте, які з наступних сполук є хіральними, а які - ахіральними. Вкажіть кожен хіральний атом зірочкою (*), зазначивши, що в деяких прикладах може бути присутнім більше одного.

а. 2,3-диметилпентан
б. 2,3-диметил-2-пентен
с. 2-бром-3-хлорбутан

д.

е.

ф.

г.

Вправа 5-25 Напишіть структури, які відповідають наступним описам:

ахіральний ізомер диметилциклогексану, який має метильні групи на різних вуглеводах.

б. всі хіральні ізомери формули\(\ce{C_5H_{12}O}\).

c З'єднання формули\(\ce{C_4H_5Cl}\), яке має лише один подвійний зв'язок і є хіральним.

d.* Конформація 2,5-диметилгексану, яку ви очікуєте, буде найбільш стабільною.

Вправа 5-26 Якщо у вас є набір молекулярних моделей, за допомогою яких ви можете зробити або використовувати зігнуті зв'язки для подвійних зв'язків, побудуйте кожну з наступних молекул і визначте, чи можливий стереоізомерія, і якщо так, ідентифікуйте тип стереоізомерів.

а.\(\ce{ClCH=C=CHCl}\)
б.\(\ce{ClCH=C=C=CHCl}\)

д.*

Вправа 5-27 Позначте конфігурацію з'єднань, структури яких намальовані нижче, використовуючи термінологію cis-trans.

а.

б.

д.

е.

Вправа 5-28 Намалюйте формули коня, як на малюнку 5-10, для наступних похідних циклогексану:

а. 1,1,3,3-тетраметилциклогексан
б. цис-1,2-диметилциклогексан

Вправа 5-29 Визначте взаємозв'язок між парами сполук, написаних як перспективні формули, як енантіомери, діастереомери, конформаційні ізомери, цис-транс-ізомери або деяка їх комбінація. Моделі будуть дуже до речі.

а.

б.

д.

е.

ф.

Вправа 5-30 Це задача, аналогічна 5-29, за винятком того, що структури записуються здебільшого у вигляді проекційних формул типу Фішера або Ньюмана. Визначте взаємозв'язок між парами сполук як одне з наступних: ідентичні, позиційні ізомери, енантіомери, діастереомери, конформаційні ізомери або цис-транс-ізомери. (\(\ce{D}\)розшифровується як дейтерій, ізотоп водню маси 2.)

а.

б.

д.

е.

ф.

Вправа 5-31 Намалюйте структури для всіх можливих конфігураційних ізомерів наступних з'єднань. У частині а\(\ce{D}\) розшифровується як дейтерій, ізотоп водню маси 2.

а. етен-1,2-\(\ce{D_2}\) (1,2-дідейтеріоетен)
б. 3-фенокси-1-бутен
c. 4-йодо-2-пентен
d. 2-хлор-3-фенілбутан
е. 2,3-дифенілбутан
ф. 3-хлорциклогексен
г. 3-хлороциклооктен (використовувати моделі)
ч. 4-хлорметилциклогексан
i. 3-хлорметилциклогексан
j. 1-метил-4- (1-пропеніл) циклогексан
к. 1-метил-3- (1-пропеніл) циклогексан

Вправа 5-32 Визначте, яка з наступних конформацій ідентична його дзеркальному відображенню (моделі будуть дуже до речі). З метою цієї частини завдання припустимо, що сполуки заблоковані в показаних конформаціях. Для частин а-д визначте, яке з цих речовин стає ахіральним при вільному обертанні.

а.

б.

д.

е.

ф.

Вправа 5-33 Перерисуйте перспективні малюнки a, b та c як формули проекції Фішера, залишивши конфігурацію в хіральних центрах без змін. Аналогічно перемалюйте d і e в перспективі, використовуючи шахове подання для e.

а.

б.

д.

е.

Вправа 5-34 Використовуйте\(L\) систему\(D\), щоб позначити конфігурацію в кожному хіральному центрі в Структурах a-e у вправі 5-33.

Вправа 5-35 Ця задача покликана проілюструвати хіральність, асиметрію та дисиметрію простими моделями або загальними предметами.

а. зігніть три шматки дроту в форму шпильки з рівними ніжками. Тепер візьміть один шматок і зробіть\(90^\text{o}\) вигин в одній з ніжок посередині, щоб дати (1). Зігніть обидві ноги порівну від іншого шматка, щоб дати (2), і одну вгору, а іншу вниз, щоб дати (3). Визначте, чи є (1), (2) і (3) хіральними чи ахіральними, асиметричними, дисиметричними або симетричними. (Див. Примітку\(^1\), розділ 5-1B)

б Класифікувати кожен з наступних як хіральний, ахіральний, асиметричний, диссиметричний або симетричний: чашка, сорочка, велосипед, тенісна ракетка, автомобіль, копійка, пара ножиць, плоска спіраль (4) і конічна пружина (5). Вкажіть будь-які неясності, які можуть бути пов'язані.

Вправа 5-36 Структури деяких біохімічно цікавих сполук наведені нижче. Позначте хіральні вуглеці в кожному і розрахуйте за\(2^n\) правилом, скільки стереоізомерів можна очікувати. Поясніть, чому тільки одна пара енантіомерів відома камфорою (моделі з кулькою і паличкою тут будуть дуже корисні). Скільки різних стереоізомерів, як ви очікуєте, насправді можуть бути підготовлені з хініну та кодеїну структур?

Дописувачі

Template:ContribRoberts