立体化学和手性

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内旋圈闭

最后更新:2022年12月6日|

这些是分子吗对映体,非对映体,还是相同的?

enantiomers-diastereomers-or-the-same-trick-question-meso-compound

如果你立刻认出这是一个具有内部对称平面的分子(因此是非手性分子,不可能有对映体),恭喜你。

如果没有,你只是掉进了内旋圈闭

内消旋陷阱是考试和测试中很常见的一个特征来确保你理解了手性的概念注意到。

为了说清楚一点,a内消旋化合物是一种分子有手性中心但也有一个内部对称平面。

这使得分子具有非手性:确实如此有对映体吗旋转平面偏振光。

Meso陷阱通常与其他一些重要技能的测试一起出现,特别是:

  • 识别异构体的类型
  • 操作各种类型的化学图表
  • 确定给定立体中心的(R)/(S)命名法
  • 识别各种类型反应的立体化学

这些都是基本技能。我们在这里讨论的不是琐碎的事情。

它可以以非常明显的方式出现(如上面的例子),也可以以许多其他方式出现,如在这些例子中内消旋体不是很明显,用不同的投影画出来的。

examples-of-molecules-that-look-like-mirror-images-but-are-the-same-meso-trap

内消旋陷阱还可以通过其他方式悄悄靠近你,比如当你被问到某个反应的产物时。在下面的例子中,你可能不仅要画出反应的生成物,还要画出它的对映体。然而,在这种情况下,产品是内消旋体也就是说只有一种产品。

trick-question-give-all-products-of-this-reaction-including-stereoisomers-meso-compounds

如何避免落入内消旋陷阱

确定一个内消旋体意味着能够识别分子中的对称平面。重要的是要认识到,它既可以切断一个键,也可以切断一个原子,如下面的例子所示。

plane-of-symmetry-in-meso-compound-can-cut-through-both-atoms-and-bonds

如果对称面不明显呢?这就是你真正需要证明你有一些重要技能的时候——比如识别以不同投影绘制的分子的能力,如何做键旋转,以及如何识别(R)/(S)的命名。

有两种基本策略来识别a内消旋体如果它没有画出明显的构型。

阻力最大,但回报最大的途径是学会掌握如何在线楔图、纽曼投影、费舍尔投影上进行键旋转,以及能够在必要时在这三种类型的图之间进行转换。在开始阶段,使用模型工具包来检查您的工作是非常宝贵的。有了这些技巧,你就可以用给定的任何结构旋转化学键来测试这两个分子是否互为镜像。

finding-planes-of-symmetry-through-bond-rotations-of-a-molecule-fischer-projection-newman-projection-bond-line-diagram

确定一个化合物是否为内消旋体的一个稍微简单的方法是利用一个简单的原理:介观化合物有一个内部的镜像平面

也就是说,不仅必须1)镜面两侧的碳都有相同的取代基,但除此之外2)镜面一侧的每一个(R)立体中心必须与另一侧的(S)立体中心相平衡

所以如果可以的话很快确定(R)/(S),你也可以快速判断一个给定的化合物是否为内消旋,而不需要进行键旋转。如果立体居中相反,它不可能是内消旋体。根据分子的复杂程度,这可能是一种更快的方法。

identifying-a-meso-compound-through-r-s

避免落入中旋陷阱的关键因素是偏执狂。当被问及分子是否是非对映体/对映体/同样的,问自己,“这是对称分子吗?”每一次。在做了加成反应对于双键,问自己"这是对称分子吗? "这种情况出现的频率比你想象的要高得多——尤其是在考试中。

它稍后也出现在核磁共振中,识别一个对称平面可以告诉你你将看到多少不同的质子或碳信号。

答案:1)相同(介观)2)a), b), c)都是相同(介观)化合物的例子,画得不同。3)给予独联体-dimethylcyclohexane (内消旋体), b)得到(R,S)-2-3-二溴丁烷,也是a内消旋体


笔记

评论

评论部分

40个关于“内旋圈闭

  1. 嘿!谢谢你上个月的鼓励。我的博客有点像我的小秘密空间,我在那里撅嘴、抱怨、倾诉我所有的沮丧;在现实生活中我不会向别人透露的东西,因为这可能会让人们认为我以自我为中心(尤其是对B+感到焦虑)。

    我想你可以说我对有机化学又爱又恨。这是一门很难的课,但我真的非常喜欢学习材料——至少与一般化学相比是这样。我和我的两个室友(都是非常聪明的曲线设定者)从这个季度开始参加荣誉课程。希望我不会再犯同样的错误,在开始时做得很好,低估了期末考试。

  2. 詹姆斯,我注意到在这个“内消旋陷阱”的帖子上没有对这些问题的答案。另外,对于旋转120度和60度的图也没有解释。我们什么时候可以这样做,规则是什么?谢谢!Chris Raabe, UAA

    1. 张贴答案,谢谢你提到这一点。关于键旋转:如果你交换一个碳上的任意三个基团,你就完成了键旋转。把一个群体旋转60度有点棘手,我没有一个很好的捷径来学习如何做到这一点。

  3. 我偶然发现了这个网站,但这是一个多么偶然的错误。

    谢谢你说得这么详细。我有一个即将到来的考试,很可能会落入这种圈套。

    你的网页上还有其他关于教授喜欢在考试中使用的技巧的部分吗?你的网站是独特的,因为它可能是由一个教授(你的证书比大多数教授更令人印象深刻)。非常感谢您的见解。

    谨致敬礼

    客人们

  4. 非常感谢你提供这么好的信息。我在寻找orgo的提示时发现了您的网站,我不得不说这是一个金矿!我知道你经常收到这样的邮件,但是非常感谢你的帮助。在过去的10分钟里,我一直在研究这个立体化学问题,这为我节省了很多时间。

    伟大的东西!

  5. 很有用! !简单的问题,澄清一下。如果一个分子是手性的,那么它就不是内消旋的吗?从开头的几句话来看,这似乎是正确的,但我只是想验证一下。

  6. 你是一位教授,无论学术状况如何,你显然都是一位优秀的教授。与在社区大学的沙漠里开花相比,继续教书和这样做是值得称赞的——这对少数去那里的人来说很好,但对我们其他人来说不是!

  7. 确实是一部伟大的作品.......非常感谢材料,这也以一种简单的方式呈现....你真是个天才。

    我有一个问题…纽曼投影如何容易地转换成飞楔公式。

    谢谢

  8. 2)A fisher投影对我来说似乎不是内消旋。在我看来,这两个是镜像,而且手性中心(R,S) (S,R)相反。我也不能把它们叠加起来。它们在每个立体中心都被单取代。我也找不到对称平面。
    2A是如何成为内消旋化合物的?

    1. 为了看到镜面,你需要做一些键旋转。下面我将展示如何对左边的分子进行旋转,这样你就可以清楚地看到镜像平面。你可以对右边的分子做同样的事情(只是方向相反),你也会看到它有一个镜像平面。

  9. 谢谢你的信息!我有点困惑,因为我认为数字2b是一个对映体,因为r,s构型在两者中是相反的。你能解释一下吗?

    1. 在2b中,如果你旋转每个纽曼基团,使羟基排列,你会看到前面的碳完全叠加在后面——分子有镜像面。它们实际上是同一个分子,只是旋转了180度。

  10. 我对你上面的一个例子感到困惑。你说顺-1,2-二甲基环己烷是内消旋。然而,画成椅子,没有对称平面,因为一个取代基是轴向的,另一个是平等的。

    我认为1,2二甲基环己烷存在两个独立的对映体,但在室温下它们处于构象平衡,所以它们没有旋光性。我理解得对吗?

    1. 画得像一把椅子,没有对称的平面。但是,如果你画另一个椅形构象,你会发现它是镜像。因为分子有50%的时间是两种状态,所以你不应该看到旋光。

      1. 真实的。但它仍然不是内消旋化合物。平衡混合物由相互转换的对映异构体组成。这就是为什么它没有光学活性,而不是因为它是内消旋体。所有1,2- r, r -二取代偶数环都可以陷入这个陷阱。

  11. 在最后一个图中,顺式1,2-二甲基环己烷在椅形构象中似乎没有对称平面。你能详细说明一下吗?谢谢!

  12. 你能解释为什么1,4-二取代环己烷不是介观的,即使它们是非手性的,而且“看起来”是介观的(即,有一个对称平面)?例如1,4-二甲基环己烷。

    1. 它们没有手性,因为它们没有手性中心。你需要4个不同的“组”。这有点难看出来,但在每种情况下,1号和4号碳都有两个相同的基团连接1号和4号碳的碳链是相同的。

      注意,如果它是1,4双取代环庚烷,它就会有手性中心,因为在一种情况下一边是一个CH2CH2基团另一边是一个CH2CH2CH2基团。不同。因此,手性中心。

      希望这能帮到你,詹姆斯

  13. 嗨,詹姆斯!
    像2,4二氯戊烷这样的2,4取代分子是内消旋的吗?
    在同一条主线上,如果3C也被取代,3-碳就没有立体化学了吗因为两边相等的两个取代基使得中心的碳无手性?所以我们只把2,4命名为R S而不是3,即使它也有一个氯原子?

    1. 嗨,谢尔比,抱歉这么晚才回复,我刚从暑假旅行回来。

      嗨,詹姆斯!
      像2,4二氯戊烷这样的2,4取代分子是内消旋的吗?

      - >是的,绝对的。(2R, 4S)和(2S, 4R)是同一分子(内消旋,有一个对称平面)。

      同样的思路,如果3C也被取代,那么3-碳就没有立体化学了
      因为两边相等的取代基使中心的碳无手性?
      所以我们只把2,4命名为R S而不是3,即使它也有一个氯原子?

      -这是一个非常有趣的问题。如果3被一个甲基取代,答案就是分子上的3号位置可以是这样的
      2位和4位并不完全相同(例如2是R, 4是S)所以它没有连接到4个不同的取代基上。但分子具有平面对称性,不旋转平面偏振光。

      99.99%的入门级课程不会涉及这一点,但在这种情况下,3的位置将被称为伪不对称中心。我们用小写的(r)和(s)来表示伪不对称中心的方向。

      在cahn ingold预log体系中,(R)的优先级高于(S)。因此对于(2R, 4S) 3-甲基二氯戊烷,3的位置可以是(S)或(R),这取决于甲基的取向。

      1. 谢谢你的精彩博客。
        我有一个关于伪不对称中心小写r/s的后续问题。我了解你对上面提到的化合物的评论:(2R, 3r/s, 4S) 3-甲基二氯戊烷。我感到困惑的是,为什么IUPAC更喜欢命名那些根本没有任何立体中心的化合物,因为它们与r/s命名是对称的。例如,(1s,4s)-1,4-二氯环己烷。这是chemdraw指定的名称,我相信这是符合IUPAC规则的。你可能知道它涉及到CIP规则的更详细的应用,如键断开等)。在我看来,命名法的主要目的是明确,使用顺式/反式来表示这些类型的对称分子是完全明确的,比在这些情况下复杂的CIP应用更容易分配。我忽略了IUPAC的建议。谢谢你回答我的问题。
        Ehab

  14. 具有讽刺意味的是,我在为一个有机化学问题寻求帮助后,在意识到我甚至还没有意识到它是什么之前,就落入了这个陷阱。很高兴我偶然发现了这里!

  15. 要创建一个费雪投影,你必须旋转两个方向:时钟在180度,而不是在120度。如果你一定要顺时针走,那就90度。因此2a是对映体。要使一个对映体符合fisher投影必须确保分子的顶部和底部是相同的这就需要将其中一个分子旋转180度。镜像显示了它应该是什么样子,假设你拿着一面镜子。希望大家没有感到困惑

  16. 你好,詹姆斯,

    我认为你的网站很棒,有很多高质量的材料以一种可访问的方式呈现。我自己是一名有机化学导师,我经常来复习试剂,或者看看你指出的一些细微差别,以充实我的理解。

    我在一次会议上遇到了内消旋化合物的新情况,想要另一个视角。我一直认为内消旋化合物是具有手性中心和内部对称平面的分子。但是,这个问题涉及(1R,2R,4S,5S)-1,4-二溴-2,5-二氯环己烷,它没有镜像平面,但仍然与它的镜像相同。但它确实有一个反转中心。我的第一印象是,这应该足以使它成为内消旋,因为反转仍然是反射对称的一种形式。我也看到过许多有内部镜像平面的分子可以旋转成具有反转中心的其他构象,就像你刚才画的二醇在2c中的样子。这就是我的问题:用反转中心来代替镜面是否足以将具有手性中心的分子定性为内消旋体?

    如果你有时间,我很感激你的想法,再次感谢这个惊人的资源。

    1. 你好Philip -谢谢你提出反转中心。这是另一个具有手性中心但由于对称元素而成为非手性的分子的例子。

      巴斯德将我们现在所说的(2R, 3S)酒石酸盐命名为“内旋物”,因为它在左旋和右旋异构体之间具有旋光性。随后,我们使用内消旋这个术语来指代具有手性中心且具有内部镜像平面的分子。

      至于有反转中心的分子是否算“内消旋”,我想这确实是一个命名问题。我不知道它是否被称为内消旋有多重要,只要你的学生明白同样类型的现象在起作用——对称导致非对称。

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