4.D, L - Σύστημα ονομασίας στερεοϊσομερών.
Σε ορισμένες περιπτώσεις, προτιμούν να χρησιμοποιούν όχι το σύστημα R, S - για τον προσδιορισμό της απόλυτης διαμόρφωσης, αλλά ένα άλλο, D, L - σύστημα. Η επιλογή του σχεδίου ισομερούς D ή L βασίζεται στη συγκεκριμένη θέση ομάδα regerστην προβολή Fischer . ρε Η ονοματολογία L χρησιμοποιείται ευρέως στις ονομασίες -αμινο, -υδροξυοξέα και υδατάνθρακες.
Σύμφωνα με αυτό το σύστημα, η διαμόρφωση L εκχωρείται σε ένα στερεομερές, στο οποίο στην προβολή Fischer η ομάδα αναφοράς βρίσκεται στα αριστερά της κάθετης γραμμής (από το λατινικό "laevus" - αριστερά). Αντίστοιχα, εάν η ομάδα αναφοράς που βρίσκεται στην προβολή Fischer στα δεξιά, το στερεοϊσομερές έχει διαμόρφωση D (από το λατινικό "dexter" - δεξιά):
Φυσικά, πρέπει να θυμόμαστε ότι στην προβολή Fischer το πιο οξειδωμένο άτομο άνθρακα βρίσκεται στην κορυφή (δηλαδή η ομάδα COOH στο αμινο- και υδροξυλικά οξέα και η ομάδα CH=O στους υδατάνθρακες).
Αμινοξέα και υδροξυοξέα
Στα -αμινο- και -υδροξυοξέα, οι ομάδες αναφοράς είναι οι ομάδες NH 2 και OH, αντίστοιχα:
Εάν ένα αμινοξύ ή ένα υδροξυ οξύ περιέχει πολλές αμινο ή υδροξυ ομάδες, τότε υποδείξτε τη σχετική τους θέση χρησιμοποιώντας τα προθέματα «ερυθρό», «θρεο» κ.λπ. Η αντιστοίχιση ενός οξέος στη σειρά D- ή L καθορίζεται από την ομάδα NH 2 ή OH που βρίσκεται στη θέση - στην ομάδα COOH που βρίσκεται στην κορυφή στην προβολή Fischer:
Σε αυτή την περίπτωση τα γράμματα D και L, υποδεικνύοντας τη θέση της ομάδας αναφοράς, παρέχονται με τον δείκτη «S». Αυτό γίνεται για να αποφευχθεί η σύγχυση. Ο δείκτης "S" τονίζει ότι υποδεικνύεται η διαμόρφωση του άνω χειρόμορφου κέντρου, το οποίο βρίσκεται στη θέση - σε σχέση με την καρβοξυλική ομάδα, όπως στο αμινοξύ σερίνη ("S" - από τη λέξη "σερίνη").
Για υδροξυοξέα με πολλές ομάδες ΟΗ, καθώς και για αμινοϋδροξυοξέα, χρησιμοποιείται ένας εναλλακτικός προσδιορισμός διαμόρφωσης, στον οποίο η ομάδα αναφοράς είναι η χαμηλότερη ομάδα ΗΟ στην προβολή Fischer. Σε αυτήν την περίπτωση, οι περιγραφείς διαμόρφωσης D και L παρέχονται με τον δείκτη "g" (από "γλυκερική αλδεΰδη"). Σε αυτή την περίπτωση, τα αμινοξέα που φαίνονται στα Σχ. 123 και 124 ονομάζονται: Dg-θρεονίνη (Ls-θρεονίνη) και Lg-θρεονίνη (Ds-θρεονίνη).
Υδατάνθρακες.
Στους υδατάνθρακες η ομάδα αναφοράς είναι χαμηλότεροστην προβολή Fischer, μια ομάδα υδροξυλίου συνδεδεμένη με ένα αμμητικό άτομο άνθρακα
Είναι προφανές ότι στην περίπτωση μορίων με ένα ασύμμετρο άτομο, η ονοματολογία D,L, όπως και η ονοματολογία R,S, μιλά αναμφίβολα για την απόλυτη διαμόρφωση του κέντρου χειραλικότητας. Το ίδιο ισχύει και για την εφαρμογή των Δ,Λ -ονομασίες στερεοϊσομερών με πολλά ασύμμετρα άτομα, αφού στην περίπτωση αυτή η διαμόρφωση των υπόλοιπων κέντρων χειραλικότητας προσδιορίζεται από τα προθέματα ερυθρο-, θρεο-, ριβο-, λύξο- κ.λπ. Έτσι, αν πούμε "threose", θα καθορίσουμε μόνο συγγενήςδιαμόρφωση ασύμμετρων ατόμων σε ένα μόριο. Τότε θα είναι ασαφές για ποιο εναντιομερές μιλάμε: (26) ή (27) Αν πούμε "D-threose", θα δείξουμε ξεκάθαρα ότι εννοούμε το ισομερές (26), αφού σε αυτό βρίσκεται η ομάδα αναφοράς OH στα δεξιά στην προβολή Fischer:
Έτσι, το όνομα "D-threose" (όπως και "L-threose") αναφέρεται στην απόλυτη διαμόρφωση και των δύο ασύμμετρων ατόμων στο μόριο.
Όπως η ονοματολογία R,S, το σύστημα D,L για την ονομασία των στερεοϊσομερών δεν σχετίζεται με το πρόσημο της οπτικής περιστροφής.
Θα πρέπει να σημειωθεί ότι προηγουμένως χρησιμοποιήθηκαν πεζά γράμματα d για να υποδείξουν την κατεύθυνση περιστροφής του επιπέδου πόλωσης του φωτός
(δεξιά) και λ
(αριστερά). Η χρήση αυτών των γραμμάτων δεν πρέπει να συγχέεται με τη χρήση κεφαλαίων γραμμάτων D
και L για να υποδείξει τη μοριακή διαμόρφωση. Επί του παρόντος, η φορά περιστροφής του επιπέδου πόλωσης του φωτός συνήθως υποδηλώνεται με τα σύμβολα (+) και (-).
5. Χηλικά μόρια χωρίς ασύμμετρα άτομα
Στις προηγούμενες ενότητες, εξετάστηκαν μόρια των οποίων η χειρικότητα καθορίζεται από μια συγκεκριμένη χωρική διάταξη τεσσάρων διαφορετικών ατόμων ή ομάδων ατόμων σε σχέση με ένα ορισμένο κέντρο, που ονομάζεται κέντρο χειρικότητας.
Μπορεί να υπάρχουν περιπτώσεις που δεν υπάρχουν τέτοια κέντρα στο μόριο, αλλά παρόλα αυτά το μόριο είναι χειρόμορφο, αφού του λείπουν στοιχεία συμμετρίας της ομάδας Sn. Σε τέτοιες περιπτώσεις, τα εναντιομερή διαφέρουν ως προς τη διάταξη των ατόμων
σε σχέση με κάποιο άξονα ή επίπεδο, το οποίο ονομάζεται χειρόμορφος άξονας ή χειρόμορφο επίπεδο. Ο άξονας χειραλικότητας βρίσκεται, για παράδειγμα, σε μόρια κουμουλενίου.
Η δομή του μορίου του απλούστερου κουμουλενίου - του αλλενίου - είναι τέτοια που τα δύο θραύσματά του CH 2 βρίσκονται σε δύο αμοιβαία κάθετα επίπεδα:
Το μόριο του Αλενίου είναι μη χειρόμορφο: έχει δύο επίπεδα συμμετρίας (που φαίνεται στο σχήμα). Τα μόρια του βουταδιενίου-1,2 και του 3-μεθυλ-βουταδιενίου-1,2 είναι επίσης μη χειρόμορφα
Αν κοιτάξουμε το μόριο του πενταδιενίου-2,3, θα δούμε ότι δεν έχει επίπεδα συμμετρίας (όπως δεν υπάρχουν άλλα στοιχεία συμμετρίας της ομάδας Sn). Αυτό το διένιο υπάρχει ως ζεύγος εναντιομερών:
Η χειραλικότητα των μορίων (28) και (29) οφείλεται σε μια ορισμένη χωρική διάταξη υποκαταστατών σε σχέση με τον άξονα (που φαίνεται στο σχήμα) που διέρχεται από τα άτομα άνθρακα που συνδέονται με διπλούς δεσμούς. Αυτός ο άξονας ονομάζεται άξονας χειραλικότητας. Μόρια όπως το (28) και το (29) λέγεται ότι έχουν αξονική χειρομορφία.
Οι άξονες χειραλικότητας υπάρχουν επίσης στα μόρια ορισμένων άλλων ενώσεων, για παράδειγμα, σπειροενώσεων (σπιράνια):
Τα αναφερθέντα ανθρωποϊσομερή των ορθο-δισυποκατεστημένων διφαινυλίων είναι επίσης μόρια με αξονική χειρομορφία. Παραδείγματα μορίων με επίπεδο χειραλίαςΤα μόρια των παρακυκλοφανών μπορούν να χρησιμεύσουν:
Τα εναντιομερή που απεικονίζονται εδώ δεν μπορούν να μετασχηματιστούν το ένα στο άλλο λόγω της περιστροφής γύρω από τους δεσμούς λόγω των χωρικών απαιτήσεων των θραυσμάτων που περιλαμβάνονται σε αυτά τα μόρια.
Η ονοματολογία R,S μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να υποδηλώσει τη διαμόρφωση των μορίων με αξονική και επίπεδη χειραλικότητα. Οι ενδιαφερόμενοι μπορούν να βρουν μια περιγραφή των αρχών για την εκχώρηση διαμόρφωσης στο R ή στο S για τέτοια μόρια στη δημοσίευση VINITI: IUPAC Nomenclature Rules for Chemistry, τόμος 3, semi-volume 2, M., 1983.
6. Στον κανόνα της ακολουθίας στο R, S - ονοματολογία.
Σε ορισμένες περιπτώσεις, κατά τον καθορισμό της σειράς προτεραιότητας των αναπληρωτών, προκύπτουν επιπλοκές.Ας εξετάσουμε μερικές από αυτές.
Παράδειγμα 1.
Είναι προφανές ότι στην περίπτωση αυτή οι κατώτεροι υποκαταστάτες στο ασύμμετρο άτομο άνθρακα που σημειώνεται με αστερίσκο είναι το H (d) και το CH 3 (c). Ας εξετάσουμε τους δύο εναπομείναντες σύνθετους υποκαταστάτες, ταξινομώντας τα άτομα τους σε στρώματα.
Στο πρώτο στρώμα και των δύο υποκαταστατών, τα άτομα είναι πανομοιότυπα. Στο δεύτερο στρώμα, το σύνολο των ατόμων είναι επίσης το ίδιο. (H,C,O). Επομένως, πρέπει να στραφούμε στο τρίτο στρώμα ατόμων. Σε αυτή την περίπτωση, στους αριστερούς και δεξιούς υποκαταστάτες θα πρέπει πρώτα απ' όλα να συγκρίνετε άτομα του στρώματος III που σχετίζονται με ανώτερα άτομα του στρώματος II(δηλαδή, σκεφτείτε τους «ανώτερους κλάδους» και των δύο πληρεξουσίων). Σε αυτή την περίπτωση μιλάμε για άτομα που σχετίζονται με το άτομο οξυγόνου της στιβάδας P. Εφόσον το άτομο C στον δεξιό υποκαταστάτη είναι συνδεδεμένο με το άτομο οξυγόνου και το άτομο Η είναι συνδεδεμένο με το άτομο οξυγόνου στον αριστερό υποκαταστάτη, ο δεξιός υποκαταστάτης λαμβάνει προτεραιότητα:
Στη σύνδεση θα πρέπει να εκχωρηθεί μια διαμόρφωση R:
Εάν τα άτομα του "ανώτερου κλάδου" στο τρίτο στρώμα αποδεικνύονταν τα ίδια, για παράδειγμα, και τα δύο C, τότε θα ήταν απαραίτητο να συγκριθούν τα άτομα του ίδιου στρώματος III, αλλά στον κατώτερο κλάδο. Τότε ο αριστερός βουλευτής θα είχε αποκτήσει πλεονέκτημα. Ωστόσο, δεν φτάνουμε σε αυτό το σημείο στις συγκρίσεις μας, αφού μπορούμε να κάνουμε μια επιλογή με βάση τις διαφορές στα άτομα στρώμα του παλαιότερου κλάδου.
Με εντελώς παρόμοιο τρόπο, η επιλογή της σειράς προτεραιότητας πραγματοποιείται, για παράδειγμα, μεταξύ των ακόλουθων υποκαταστατών:
Μπορεί να προκύψει μια κατάσταση όταν, για να επιλέξετε έναν ανώτερο αναπληρωτή, είναι απαραίτητο να "περάσετε" μια πολλαπλή σύνδεση. Σε αυτή την περίπτωση, καταφύγετε στη βοήθεια του λεγόμενου άτομα φάντασμα,με μηδέν ατομικό αριθμό (δηλαδή εκ των προτέρων τον μικρότερο) και σθένος ίσο με 1.
Σε αυτό το παράδειγμα, το nadr κάνει μια επιλογή ανάμεσα σε αριστερόχειρες και δεξιόχειρες υποκαταστάτες που περιέχουν άνθρακα. Ας τις εξετάσουμε, έχοντας προηγουμένως «ανοίξει» τον διπλό δεσμό C=C του πρώτου υποκαταστάτη. Σε αυτήν την περίπτωση, θα εμφανιστούν διπλά άτομα (επισημασμένα σε κύκλους). Θα προσθέσουμε άτομα φάντασμα στα διπλά άτομα (να τα συμβολίσουμε με το γράμμα f) έτσι ώστε να φέρουμε το σθένος καθενός στο 4:
Τώρα μπορούμε να συγκρίνουμε τους αριστερούς και δεξιούς υποκαταστάτες:
Η διαφορά στο τρίτο στρώμα των ατόμων μας επιτρέπει να δώσουμε προτεραιότητα στον δεξιό υποκαταστάτη:
Επομένως, η σύνδεση έχει διαμόρφωση R.
Παράδειγμα 3.Σε ορισμένες περιπτώσεις, δύο υποκαταστάτες σε ένα ασύμμετρο άτομο είναι δομικά πανομοιότυποι, αλλά διαφέρουν μόνο στην απόλυτη διαμόρφωση των χειρόμορφων κέντρων. Τότε αποδέχονται ότι... Η διαμόρφωση R είναι παλαιότερη από τη διαμόρφωση S. Συνεπώς, στο κεντρικό άτομο άνθρακα στο παρακάτω παράδειγμα θα πρέπει να εκχωρηθεί η διαμόρφωση S:
Παράδειγμα 4. Οι αρχές που περιγράφονται παραπάνω ισχύουν επίσης για την περιγραφή της απόλυτης διαμόρφωσης ασύμμετρων ατόμων με τρεις υποκαταστάτες (άτομα αζώτου, φωσφόρου, θείου). Σε αυτήν την περίπτωση, ένα άτομο φάντασμα χρησιμοποιείται ως ο τέταρτος υποκαταστάτης, ο οποίος είναι πάντα ο νεότερος (ένα μοναχικό ζεύγος ηλεκτρονίων μπορεί να θεωρηθεί ως άτομο φάντασμα):
Παράδειγμα 5.Μερικές φορές, για να επιλέξετε την αρχαιότητα των υποκαταστατών, είναι απαραίτητο να «ανοίξουμε» τον κύκλο, όπως ακριβώς το «άνοιγμα» ενός πολλαπλού δεσμού.
Σε αυτήν την περίπτωση, είναι εύκολο να προσδιοριστούν οι πιο ανώτεροι (Ο) και οι νεότεροι (Η) υποκαταστάτες στο άτομο άνθρακα που σημειώνεται με έναν αστερίσκο. Για να κάνετε μια επιλογή μεταξύ ατόμων άνθρακα 1 Cu 2 C, θα πρέπει να «ανοίξετε» τον δακτύλιο κατά μήκος του δεσμού 2 C-O σύμφωνα με το ακόλουθο σχήμα (τα διπλά άτομα επισημαίνονται σε κύκλους):
Σε αυτήν την περίπτωση, σε αντίθεση με το «άνοιγμα» πολλαπλών δεσμών, τα διπλά άτομα δεν αντιπροσωπεύουν πλέον κλάδους «αδιεξόδου», αλλά συνεχίζονται στην επανάληψη του ατόμου που σημειώνεται με έναν αστερίσκο. Δηλαδή, η διαδικασία «ανοίγματος» του κύκλου τελειώνει όταν το ίδιο άτομο (ή μάλλον το αντίγραφό του) εμφανίζεται στα άκρα και των δύο κλάδων. Τώρα μπορούμε να συγκρίνουμε τα 1 άτομα Cu 2 C κοιτάζοντας τα αντίστοιχα στρώματα ατόμων:
Η διαφορά στο τρίτο επίπεδο επιτρέπει ένα πλεονέκτημα στην αρχαιότητα - άτομο άνθρακα 2 C. Συνεπώς, το εν λόγω χειρόμορφο κέντρο έχει διαμόρφωση S:
1.E.Iliel, Fundamentals of Stereochemistry. Μ.: Mir, 1971, 107 pp.
2.V.M.Potapov, Στερεοχημεία. Μ.: Chemistry, 1988, 463 p.
3.V.I.Sokolov, Εισαγωγή στη θεωρητική στερεοχημεία, M., Nauka, 1979, 243 p.
Για να προσδιοριστεί η απόλυτη διαμόρφωση του χειρόμορφου κέντρου, πρέπει να εκτελεστούν οι ακόλουθες λειτουργίες:
1. Τοποθετήστε το χειρόμορφο κέντρο έτσι ώστε η οπτική γωνία να κατευθύνεται από τον χειρόμορφο άνθρακα στον κατώτερο υποκαταστάτη.
2. Στην προκύπτουσα προβολή, οι τρεις εναπομείναντες υποκαταστάτες θα βρίσκονται σε γωνία 120 ο. Εάν η αρχαιότητα των υποκαταστατών μειωθεί δεξιόστροφος- Αυτό R-διαμόρφωση (θεωρούνται οι ακόλουθες αλλαγές προτεραιότητας: A > D > B):
Αν αριστερόστροφα - μικρό-διαμόρφωση:
Η απόλυτη διαμόρφωση μπορεί να προσδιοριστεί χρησιμοποιώντας τον τύπο Fisher. Για να γίνει αυτό, με ενέργειες που δεν αλλάζουν τον τύπο Fischer, ο κατώτερος υποκαταστάτης τοποθετείται κάτω. Μετά από αυτό εξετάζεται η αλλαγή αρχαιότητας των τριών υπολοίπων αναπληρωτών. Εάν η αρχαιότητα των υποκαταστατών μειώνεται δεξιόστροφα, αυτή είναι μια διαμόρφωση R, εάν μειώνεται προς την αντίθετη κατεύθυνση, αυτή είναι μια διαμόρφωση S. Ο κατώτερος αναπληρωτής δεν λαμβάνεται υπόψη.
Παράδειγμα
Ας εξετάσουμε τον προσδιορισμό της διαμόρφωσης των χειρόμορφων κέντρων χρησιμοποιώντας το παράδειγμα της 3-βρωμο-2-μεθυλ-2-χλωροβουτανόλης-1, η οποία έχει την ακόλουθη δομή:
Ας προσδιορίσουμε την απόλυτη διαμόρφωση του C 2. Για να γίνει αυτό, ας φανταστούμε τα C 3 και C 4, καθώς και οτιδήποτε σχετίζεται με αυτά με τη μορφή ενός ριζοσπαστικού ΕΝΑ:
Τώρα ο αρχικός τύπος θα μοιάζει με αυτό:
Καθορίζουμε την αρχαιότητα των υποκαταστατών (από ανώτερο σε κατώτερο): Cl > A > CH 2 OH > CH 3 . Κάνουμε ζυγό αριθμό ανακατατάξεων (αυτό δεν αλλάζει τη στερεοχημική έννοια του τύπου!) έτσι ώστε ο χαμηλότερος υποκαταστάτης να βρίσκεται στο κάτω μέρος:
Ας εξετάσουμε τώρα τους τρεις κορυφαίους υποκαταστάτες στον τύπο Fischer στο χειραλικό κέντρο C2:
Μπορεί να φανεί ότι η διέλευση αυτών των υποκαταστατών με φθίνουσα σειρά αρχαιότητας συμβαίνει αριστερόστροφα, επομένως η διαμόρφωση αυτού του χειρόμορφου κέντρου είναι S.
Θα εκτελέσουμε παρόμοιες ενέργειες για ένα άλλο χειραλικό κέντρο που σχετίζεται με το C 3 . Ας φανταστούμε ξανά, αυτή τη φορά το C 2 και όλα όσα συνδέονται με αυτό, με τη μορφή ενός ριζοσπαστικού ΣΕ:
Τώρα ο αρχικός τύπος θα μοιάζει με αυτό:
Και πάλι, προσδιορίζουμε την αρχαιότητα των υποκαταστατών (από ανώτερο σε κατώτερο): Br > B > CH 3 > H. Κάνουμε ζυγό αριθμό μεταθέσεων έτσι ώστε ο νεότερος υποκαταστάτης να βρίσκεται και πάλι στο κάτω μέρος:
Ας προσδιορίσουμε προς ποια κατεύθυνση συμβαίνει η μείωση της αρχαιότητας (δεν λαμβάνουμε υπόψη τον κάτω, νεότερο αναπληρωτή!):
Η μείωση της αρχαιότητας των υποκαταστατών συμβαίνει αριστερόστροφα, επομένως η διαμόρφωση αυτού του χειρόμορφου κέντρου είναι S.
Το όνομα της αρχικής ουσίας, λαμβάνοντας υπόψη την απόλυτη διαμόρφωση των χειρόμορφων κέντρων - 3-/S/-βρωμο-2-/S/-μεθυλ-2-χλωροβουτανόλη-1
Πώς να ορίσετε τη διαμόρφωση μιας ένωσης έτσι ώστε το όνομα να μπορεί να απεικονίζει τη χωρική διάταξη των ομάδων στο χειρόμορφο άτομο άνθρακα; Για αυτό χρησιμοποιούν R,S-σύστημα που προτείνεται από τους K. Ingold, R. Kahn, Z. Prelog. R,S-Το σύστημα βασίζεται στον προσδιορισμό της αρχαιότητας των υποκαταστατών γύρω από το χειρόμορφο κέντρο. Η αρχαιότητα του ομίλου καθορίζεται ως εξής:
1). Ένα άτομο με μεγαλύτερο ατομικό αριθμό είναι ανώτερο από ένα άτομο με μικρότερο ατομικό αριθμό.
2). Εάν τα άτομα που συνδέονται άμεσα με τον άνθρακα C* είναι τα ίδια, τότε είναι απαραίτητο να ληφθεί υπόψη η αρχαιότητα των επόμενων ατόμων.
Για παράδειγμα, πώς να προσδιορίσετε την παλαιότερη από τις ομάδες: -C 2 H 5 και CH (CH 3) 2 σε μια ένωση
Στην ομάδα αιθυλίου, το άτομο που συνδέεται με το χειρόμορφο κέντρο ακολουθείται από H, H και C, και στην ομάδα ισοπροπυλίου - H, C και C. Συγκρίνοντας αυτές τις ομάδες μεταξύ τους, διαπιστώνουμε ότι η ομάδα ισοπροπυλίου είναι παλαιότερη από την αιθυλική ομάδα.
3). Εάν ένας χειρόμορφος άνθρακας C* συνδέεται με ένα άτομο που έχει πολλαπλό δεσμό, τότε οι δεσμοί αυτού του ατόμου θα πρέπει να παριστάνονται ως απλοί δεσμοί.
4). Προκειμένου να καθοριστεί η διαμόρφωση του μορίου, τοποθετείται έτσι ώστε ο δεσμός του χειρόμορφου κέντρου με τη δευτερεύουσα ομάδα αριθμό 4 να κατευθύνεται μακριά από τον παρατηρητή και να προσδιορίζεται η θέση των υπόλοιπων ομάδων (Εικ. 2.6).
Ρύζι. 2.6. Ορισμός R,S- διαμορφώσεις
Εάν η αρχαιότητα των ομάδων μειωθεί (1®2®3) δεξιόστροφα, τότε η διαμόρφωση του χειραλικού κέντρου καθορίζεται ως R(από τη λατινική λέξη "rectus" - δεξιά). Εάν η αρχαιότητα των υποκαταστατών μειωθεί αριστερόστροφα, τότε η διαμόρφωση του χειρόμορφου κέντρου είναι μικρό(από το λατινικό "sinister" - αριστερά).
Το πρόσημο της οπτικής περιστροφής (+) ή (-) προσδιορίζεται πειραματικά και δεν σχετίζεται με τον προσδιορισμό της διαμόρφωσης ( R) ή ( μικρό). Για παράδειγμα, η δεξιοστροφική 2-βουτανόλη έχει ( μικρό)-διαμόρφωση.
Για να προσδιορίσετε τη διαμόρφωση μιας σύνδεσης που απεικονίζεται από τον τύπο προβολής Fischer, προχωρήστε ως εξής.
1). Εκτελέστε έναν ζυγό αριθμό μεταθέσεων υποκαταστατών στο χειρόμορφο κέντρο (ένας περιττός αριθμός μεταθέσεων θα οδηγήσει σε ένα εναντιομερές) έτσι ώστε ο χαμηλότερος υποκαταστάτης αριθμός 4 να βρίσκεται στην κορυφή ή στο κάτω μέρος.
2). Προσδιορίστε τη θέση των υπόλοιπων ομάδων, περνώντας από αυτές με φθίνουσα σειρά αρχαιότητας. Εάν η αρχαιότητα των υποκαταστατών μειωθεί δεξιόστροφα, τότε η αρχική διαμόρφωση προσδιορίζεται ως R-διαμόρφωση, εάν είναι αριστερόστροφα, τότε η διαμόρφωση ορίζεται ως μικρό-διαμόρφωση.
Εάν δεν είναι εύκολο να μετασχηματίσετε τον τύπο προβολής, μπορείτε να καθορίσετε τη σειρά φθίνουσας προτεραιότητας απορρίπτοντας τον κατώτερο υποκαταστάτη που στέκεται στο πλάι, αλλά επιλέξτε ένα σύμβολο "αντίστροφα" για να υποδηλώσει τη διαμόρφωση. Για παράδειγμα, στην αρχική σύνδεση
απορρίπτοντας τον κατώτερο αναπληρωτή (Η), καθορίζουμε τη σειρά φθίνουσας αρχαιότητας: 1→2→3. Παίρνουμε τον χαρακτηρισμό ( μικρό), αλλάξτε το σε ( R) και πάρτε το σωστό όνομα: ( R)-2-χλωροαιθανοσουλφονικό οξύ.
Πρέπει να ενεργοποιήσετε τη JavaScript για να εκτελέσετε αυτήν την εφαρμογή.Ηλεκτρονική διαμόρφωση ενός ατόμουείναι ένας τύπος που δείχνει τη διάταξη των ηλεκτρονίων σε ένα άτομο κατά επίπεδα και υποεπίπεδα. Αφού μελετήσετε το άρθρο, θα μάθετε πού και πώς βρίσκονται τα ηλεκτρόνια, θα εξοικειωθείτε με τους κβαντικούς αριθμούς και θα μπορείτε να κατασκευάσετε την ηλεκτρονική διαμόρφωση ενός ατόμου με τον αριθμό του· στο τέλος του άρθρου υπάρχει ένας πίνακας στοιχείων.
Γιατί να μελετήσετε την ηλεκτρονική διαμόρφωση των στοιχείων;
Τα άτομα είναι σαν ένα σύνολο κατασκευής: υπάρχει ένας ορισμένος αριθμός εξαρτημάτων, διαφέρουν μεταξύ τους, αλλά δύο μέρη του ίδιου τύπου είναι απολύτως τα ίδια. Αλλά αυτό το σετ κατασκευής είναι πολύ πιο ενδιαφέρον από το πλαστικό και να γιατί. Η διαμόρφωση αλλάζει ανάλογα με το ποιος είναι κοντά. Για παράδειγμα, το οξυγόνο δίπλα στο υδρογόνο Μπορείμετατρέπεται σε νερό, όταν είναι κοντά σε νάτριο μετατρέπεται σε αέριο και όταν είναι κοντά σε σίδηρο το μετατρέπει εντελώς σε σκουριά. Για να απαντήσετε στο ερώτημα γιατί συμβαίνει αυτό και να προβλέψετε τη συμπεριφορά ενός ατόμου δίπλα σε ένα άλλο, είναι απαραίτητο να μελετήσετε την ηλεκτρονική διαμόρφωση, η οποία θα συζητηθεί παρακάτω.
Πόσα ηλεκτρόνια υπάρχουν σε ένα άτομο;
Ένα άτομο αποτελείται από έναν πυρήνα και ηλεκτρόνια που περιστρέφονται γύρω του· ο πυρήνας αποτελείται από πρωτόνια και νετρόνια. Στην ουδέτερη κατάσταση, κάθε άτομο έχει τον αριθμό των ηλεκτρονίων ίσο με τον αριθμό των πρωτονίων στον πυρήνα του. Ο αριθμός των πρωτονίων ορίζεται από τον ατομικό αριθμό του στοιχείου, για παράδειγμα, το θείο έχει 16 πρωτόνια - το 16ο στοιχείο του περιοδικού πίνακα. Ο χρυσός έχει 79 πρωτόνια - το 79ο στοιχείο του περιοδικού πίνακα. Αντίστοιχα, το θείο έχει 16 ηλεκτρόνια σε ουδέτερη κατάσταση και ο χρυσός έχει 79 ηλεκτρόνια.
Πού να ψάξω για ηλεκτρόνιο;
Παρατηρώντας τη συμπεριφορά του ηλεκτρονίου, προέκυψαν ορισμένα μοτίβα· περιγράφονται με κβαντικούς αριθμούς, υπάρχουν συνολικά τέσσερα:
- Κύριος κβαντικός αριθμός
- Τροχιακός κβαντικός αριθμός
- Μαγνητικός κβαντικός αριθμός
- Spin κβαντικός αριθμός
Τροχιάς
Επιπλέον, αντί της λέξης τροχιά, θα χρησιμοποιήσουμε τον όρο «τροχιακό»· τροχιακό είναι η κυματική συνάρτηση ενός ηλεκτρονίου· χονδρικά, είναι η περιοχή στην οποία το ηλεκτρόνιο ξοδεύει το 90% του χρόνου του.
Ν - επίπεδο
L - κέλυφος
M l - τροχιακός αριθμός
M s - πρώτο ή δεύτερο ηλεκτρόνιο στο τροχιακό
Τροχιακός κβαντικός αριθμός l
Ως αποτέλεσμα της μελέτης του νέφους ηλεκτρονίων, διαπίστωσαν ότι ανάλογα με το επίπεδο ενέργειας, το νέφος παίρνει τέσσερις κύριες μορφές: μια μπάλα, αλτήρες και δύο άλλες, πιο σύνθετες. Κατά σειρά αύξησης της ενέργειας, αυτές οι μορφές ονομάζονται s-, p-, d- και f-κέλυφος. Κάθε ένα από αυτά τα κελύφη μπορεί να έχει 1 (στο s), 3 (στο p), 5 (στο d) και 7 (στο f) τροχιακά. Ο τροχιακός κβαντικός αριθμός είναι το κέλυφος στο οποίο βρίσκονται τα τροχιακά. Ο τροχιακός κβαντικός αριθμός για τα τροχιακά s,p,d και f παίρνει τις τιμές 0,1,2 ή 3, αντίστοιχα.
Υπάρχει ένα τροχιακό στο κέλυφος s (L=0) - δύο ηλεκτρόνια
Υπάρχουν τρία τροχιακά στο φλοιό p (L=1) - έξι ηλεκτρόνια
Υπάρχουν πέντε τροχιακά στο κέλυφος d (L=2) - δέκα ηλεκτρόνια
Υπάρχουν επτά τροχιακά στο φ-κέλυφος (L=3) - δεκατέσσερα ηλεκτρόνια
Μαγνητικός κβαντικός αριθμός m l
Υπάρχουν τρία τροχιακά στο p-κέλυφος, ορίζονται με αριθμούς από -L έως +L, δηλαδή για το p-shell (L=1) υπάρχουν τροχιακά "-1", "0" και "1" . Ο μαγνητικός κβαντικός αριθμός συμβολίζεται με το γράμμα m l.
Μέσα στο κέλυφος, είναι ευκολότερο για τα ηλεκτρόνια να βρίσκονται σε διαφορετικά τροχιακά, έτσι τα πρώτα ηλεκτρόνια γεμίζουν ένα σε κάθε τροχιακό και στη συνέχεια προστίθεται ένα ζεύγος ηλεκτρονίων σε κάθε τροχιακό.
Εξετάστε το d-shell:
Το κέλυφος d αντιστοιχεί στην τιμή L=2, δηλαδή πέντε τροχιακά (-2,-1,0,1 και 2), τα πρώτα πέντε ηλεκτρόνια γεμίζουν το κέλυφος παίρνοντας τις τιμές M l =-2, M l =-1, M l =0, M l =1, M l =2.
Spin κβαντικός αριθμός m s
Το σπιν είναι η φορά περιστροφής ενός ηλεκτρονίου γύρω από τον άξονά του, υπάρχουν δύο κατευθύνσεις, επομένως ο κβαντικός αριθμός σπιν έχει δύο τιμές: +1/2 και -1/2. Ένα ενεργειακό υποεπίπεδο μπορεί να περιέχει μόνο δύο ηλεκτρόνια με αντίθετα σπιν. Ο κβαντικός αριθμός σπιν συμβολίζεται m s
Κύριος κβαντικός αριθμός n
Ο κύριος κβαντικός αριθμός είναι το επίπεδο ενέργειας· αυτή τη στιγμή είναι γνωστά επτά ενεργειακά επίπεδα, το καθένα υποδεικνύεται με έναν αραβικό αριθμό: 1,2,3,...7. Ο αριθμός των κελυφών σε κάθε επίπεδο είναι ίσος με τον αριθμό του επιπέδου: υπάρχει ένα κέλυφος στο πρώτο επίπεδο, δύο στο δεύτερο κ.λπ.
Αριθμός ηλεκτρονίου
Έτσι, κάθε ηλεκτρόνιο μπορεί να περιγραφεί με τέσσερις κβαντικούς αριθμούς, ο συνδυασμός αυτών των αριθμών είναι μοναδικός για κάθε θέση του ηλεκτρονίου, πάρτε το πρώτο ηλεκτρόνιο, το χαμηλότερο επίπεδο ενέργειας είναι N = 1, στο πρώτο επίπεδο υπάρχει ένα κέλυφος, το το πρώτο κέλυφος σε οποιοδήποτε επίπεδο έχει σχήμα μπάλας (s -shell), δηλ. L=0, ο μαγνητικός κβαντικός αριθμός μπορεί να πάρει μόνο μία τιμή, M l =0 και το σπιν θα είναι ίσο με +1/2. Αν πάρουμε το πέμπτο ηλεκτρόνιο (σε όποιο άτομο κι αν είναι), τότε οι κύριοι κβαντικοί αριθμοί για αυτό θα είναι: N=2, L=1, M=-1, σπιν 1/2.
Προκύπτει το εξής πρόβλημα. Πώς μπορούμε να ορίσουμε μια συγκεκριμένη διαμόρφωση με κάποιον απλούστερο, πιο βολικό τρόπο, ώστε να μην σχεδιάζουμε τη δομή της κάθε φορά; Για το σκοπό αυτό το πιο ευρέως χρησιμοποιούμενο
σύμβολα Αυτή η σημείωση προτάθηκε από τους Kahn (Chemical Society, Λονδίνο), K. Ingold (University College, Λονδίνο) και V. Prelog (ETH, Ζυρίχη).
Σύμφωνα με αυτό το σύστημα, η προτεραιότητα ή η αλληλουχία των υποκαταστατών, δηλ. των τεσσάρων ατόμων ή ομάδων που σχετίζονται με ένα ασύμμετρο άτομο άνθρακα, προσδιορίζεται πρώτα με βάση τον κανόνα προτεραιότητας (Ενότητα 3.16).
Για παράδειγμα, στην περίπτωση ενός ασύμμετρου ατόμου άνθρακα, τέσσερα διαφορετικά άτομα συνδέονται και η αρχαιότητά τους εξαρτάται μόνο από τον ατομικό αριθμό και όσο μεγαλύτερος είναι ο ατομικός αριθμός, τόσο παλαιότερος είναι ο υποκαταστάτης. Έτσι, κατά φθίνουσα σειρά προτεραιότητας, τα άτομα είναι διατεταγμένα με την ακόλουθη σειρά:
Στη συνέχεια, το μόριο τοποθετείται έτσι ώστε η χαμηλότερη ομάδα να κατευθύνεται μακριά από τον παρατηρητή και λαμβάνεται υπόψη η θέση των υπόλοιπων ομάδων. Εάν η αρχαιότητα αυτών των ομάδων μειωθεί δεξιόστροφα, τότε η διαμόρφωση συμβολίζεται με το σύμβολο R (από το λατινικό rectus - δεξιά). εάν η αρχαιότητα αυτών των ομάδων μειωθεί αριστερόστροφα, τότε η διαμόρφωση ορίζεται με ένα σύμβολο (από το λατινικό sinister - αριστερά).
Έτσι οι διαμορφώσεις I και II μοιάζουν με αυτό:
και προσδιορίζονται αναλόγως από τα σύμβολα
Το πλήρες όνομα μιας οπτικά ενεργής ένωσης αντικατοπτρίζει τόσο τη διαμόρφωση όσο και την κατεύθυνση περιστροφής, όπως για παράδειγμα.Η ρακεμική τροποποίηση μπορεί να χαρακτηριστεί με το σύμβολο για παράδειγμα -δευτ.-βουτυλοχλωρίδιο.
(Ο χαρακτηρισμός των ενώσεων με πολλαπλά ασύμμετρα άτομα άνθρακα συζητείται στην Ενότητα 3.17.)
Φυσικά, δεν πρέπει να συγχέουμε την κατεύθυνση της οπτικής περιστροφής μιας ένωσης (η ίδια φυσική ιδιότητα μιας πραγματικής ουσίας με το σημείο βρασμού ή τήξης) με την κατεύθυνση του βλέμματός μας όταν τακτοποιούμε νοερά το μόριο με κάποιο συγκεκριμένο συμβατικό τρόπο. Μέχρι να δημιουργηθεί πειραματικά η σύνδεση μεταξύ της διαμόρφωσης και του πρόσημου περιστροφής για μια συγκεκριμένη ένωση, δεν μπορεί να ειπωθεί εάν το πρόσημο ή αντιστοιχεί στη διαμόρφωση ή -.
