من فکر نمی‌کنم «ترفندهای» زیادی برای عملکرد خوب در شیمی آلی وجود داشته باشد، اما تعداد کمی وجود دارد. ماه گذشته زمانی که با تعدادی از دانش آموزان صحبت کردم که تا به حال به ترفند امروزی که احتمالاً مفیدترین ترفند از همه آنها است، برخورد نکرده بودند، به نوعی شگفت زده شدم. من قبلاً آن را “ضوابط R/S” می نامیدم اما نام بسیار بهتری برای آن از استیون گرفته شده است که آن را قانون تعویض واحد می نامد.

در اینجا نحوه کار آن آمده است. یک مولکول با یک مرکز استریو مانند (S)-2-بوتانول (در زیر ترسیم شده) بگیرید. اگر هر دو جایگزین را عوض کنید، پیکربندی استریوسنتر را معکوس خواهید کرد. یعنی تعویض هر دو جایگزین به شما (R)-2-بوتانول می دهد.

شش راه ممکن برای انجام این کار وجود دارد، و همه آنها در زیر نشان داده شده اند.

به هر حال، حرف من را قبول نکنید – اگر نمی توانید این را ببینید، به خودتان نشان دهید که هر یک از این شش مولکول (R)-2-بوتانول هستند.

قانون تعویض واحد به طور خاص برای دو موقعیت مفید است.

1. تعیین اینکه آیا یک stereocenter (R) یا (S) است
2. هنگامی که شما نیاز به ترسیم انانتیومر یک استریوسنت دارید – برای مثال زمانی که در حال رسم حاصلضرب یک واکنش SN2 هستید.

اولین کار در تعیین اینکه آیا یک استریوسنتر (R) یا (S) است، شماره گذاری اولویت جانشین ها بر اساس اولویت هایشان است. من امروز در مورد چگونگی انجام این کار صحبت نمی کنم، اگرچه اگر می خواهید این مهارت ضروری را تمرین کنید، منابع بسیار خوبی در مورد چگونگی انجام این کار وجود دارد. طبق قوانین، هنگامی که جایگزین‌ها را سفارش دادید، باید جایگزین رتبه چهارم را در عقب قرار دهید و سپس تعیین کنید که جایگزین‌های رتبه‌بندی شده 1، 2 و 3 مسیری را در جهت عقربه‌های ساعت دنبال کنند یا خلاف آن. در عمل، افراد کمی از این موضوع پیروی می کنند. دلیلش این است که اگر جانشین رتبه‌بندی شده چهارم به یک پیوند نقطه چین وصل شود، همچنان همان نتیجه را دریافت می‌کنید.

نتیجه این است که تعیین (R)/(S) تا زمانی که جانشین رتبه چهارم خط تیره باشد، نسبتاً ساده است. اما اگر ممتحن شما به طور غیرمفید جایگزین رتبه چهارم را به عنوان یک گوه یا حتی به یک سمت بکشد، چه؟

اینجاست که قانون Single Swap به کار می آید.

فرض کنید این مولکول به ما داده شده است. توجه داشته باشید که اولویت شماره 4 در جلو اشاره می کند. به جای اینکه کل مولکول را دوباره ترسیم کنیم تا آن را طوری به تصویر بکشیم که شماره 4 در پشت باشد، اکنون می توانیم این ترفند را از بین ببریم. جایگزین شماره 4 را با هر چیزی که در پشت است تغییر دهید. از آنجایی که ما در حال انجام یک مبادله واحد هستیم، می‌خواهیم استریوشیمی را از (R) به (S) * معکوس* کنیم یا برعکس. اکنون از آنجایی که شماره 4 در پشت است، ما به راحتی می توانیم (R)/(S) را تعیین کنیم – و در اینجا، آن (R) است. از آنجایی که ما یک جابجایی واحد انجام دادیم، این بدان معناست که مرکز اصلی ما باید (S) بوده باشد.

اگر شماره 4 به پهلو اشاره کند چه؟ همین مورد آن را با هر چیزی که در پشت است عوض کنید. این استریوشیمی را معکوس می کند. بنابراین دوباره، وقتی (R)/(S) را تعیین می کنیم، به یاد می آوریم که مرکز اصلی ما برعکس خواهد بود.

ترسیم پیکربندی انانتیومر در یک مرکز استریو.

قانون جابجایی واحد همچنین زمانی مفید است که باید نشان دهید که یک stereocenter از طریق وارونگی پیکربندی انجام شده است. اگر واکنش SN2 را مطالعه کرده باشید، می دانید که به دلیل حمله از پشت، این واکنش با وارونگی پیش می رود. اما من تعداد زیادی از دانش‌آموزان را دیده‌ام که وقتی نوبت به کشیدن محصولات می‌رسد گیج می‌شوند. قانون تک مبادله کار را آسان تر می کند. در اینجا نمونه‌ای از کارهایی است که نباید انجام دهید – و همچنین راهی برای اعمال سیستماتیک قانون Single Swap به منظور ایجاد وارونگی پیکربندی قابل اطمینان.

این کار را انجام دهید؛ 1) مواد اولیه خود را بکشید. 2) یک تعویض انجام دهید. این مرکز استریو را معکوس می کند. 3) گروه ترک خود را با نوکلئوفیل خود جایگزین کنید. خودشه. اکنون یک SN2 را با وارونگی پیکربندی نشان داده‌اید.

[Note: All SN2 reactions occur with inversion of configuration. However, not all SN2 reactions convert (R) to (S) (or vice versa) because priorities of the nucleophile and leaving group can be vastly different. The Single Swap will accurately show you the configuration, but you should determine the R/S of the SN2 product for yourself]

Single Swap برای طرح‌های فیشر، نیومنز، کار می‌کند – به همین دلیل است که عجله می‌کنم، شما اجازه ندارید دو اتم را روی یک فیشر بچرخانید – در نهایت پیکربندی مخالف را دریافت می‌کنید.

با تمرین در نهایت این کار را در ذهن خود انجام خواهید داد – فقط اولویت ها را مشخص کنید، مسیر 1،2 و 3 را دنبال کنید، و اگر شماره 4 در جلو یا در پهلو است، به یاد داشته باشید که برعکس هر چیزی است. دریافت می کنید (چون شماره 4 در جلو است). این احتمالاً مفیدترین “ترفند” موجود در Org 1 است، و من هنوز هم تقریباً هر روز از آن استفاده می کنم.

در اینجا ویدیویی وجود دارد که قانون تعویض واحد را در عمل نشان می دهد.