انانتیومرها در مقابل دیاسترئومرها در مقابل همان

این پست در مورد چگونگی حل “Enantiomers در مقابل Diastereomers در مقابل همان؟” مسائل، یک نوع کلاسیک و مهم از سوالات امتحانی.

1. سه تمایز کلیدی بین ایزومرها

[توجه: این پست با متیو پیرس از راه حل های شیمی آلی نوشته شده است. از مت در مورد برنامه‌ریزی یک جلسه تدریس خصوصی در اینجا بپرسید. ]

پست آخر مهم ترین کلاس های ایزومرها را شرح دادیم. پست: طبقه بندی ایزومرها را ببینید

سه تمایز مهم عبارتند از:

ایزومرها (فرمول مولکولی یکسان) در مقابل غیر ایزومرها (فرمول مولکولی متفاوت)
ایزومرهای اساسی (اتصال متفاوت) در مقابل استریو ایزومرها (آرایش متفاوت در فضا)
انانتیومرها (استریو ایزومرهایی که تصاویر آینه ای غیرقابل نصب هستند) در مقابل دیاسترئومرها (ایزومرهای استریوئیزومرهایی که تصاویر آینه ای غیرقابل نصب نیستند)

در میان این تمایزات، این سومین (انانتیومرها در مقابل دیاسترومرها) است که بیشترین سردرد را برای دانش‌آموزان ایجاد می‌کند، و ما تقریباً به طور انحصاری روی آن تمرکز خواهیم کرد.

همچنین یک “عدم تمایز” مهم وجود دارد:

دو مولکول که از طریق چرخش پیوندها یا کل مولکول روی یکدیگر قرار می گیرند، “مولکول های یکسان” در نظر گرفته می شوند.

بنابراین در عمل، سؤالاتی که ممکن است در غیر این صورت بپرسند که آیا دو مولکول «انانتیومر یا دیاسترومر» هستند، اغلب تبدیل به این دو مولکول «انانتیومر، دیاسترومر یا یکسان» می‌شوند؟

اما قبل از اینکه به آنجا برسیم، بیایید به سرعت دو تمایز اول را مورد بحث قرار دهیم.

2. ایزومر یا غیر ایزومر؟

در تئوری، شناسایی ایزومرها ساده است. مثل این است که بتوانید بگویید کلمات “SLIME” ، “MILES”، “SMILE” دقیقاً از حروف یکسانی تشکیل شده‌اند اما در چینش آنها متفاوت است.

چیزی که آن را در شیمی آلی پیچیده تر می کند این است که شما باید بتوانید نمودارهای خطی را تفسیر کنید و آنها را به سرعت تفسیر کنید.

در اینجا یک تمرین وجود دارد: سه جفت ایزومرهای اساسی زیر (و یک طعمه) را پیدا کنید. نباید بیشتر از یک دقیقه طول بکشد

اگر این برای شما سخت است، من هیچ راه کوتاهی ندارم، اما یک نسخه دارم. برخی تمرین‌ها را که به شما این مهارت‌ها را آموزش می‌دهند، دنبال کنید: به دنبال فصلی از کتاب درسی با عنوان «آلکان‌ها»، معمولاً فصل 3 یا بیشتر، باشید و تمرین‌ها را شروع کنید.

شرکت در امتحان بدون توانایی تفسیر سریع و دقیق نمودارهای خطی برای نمره شما کشنده خواهد بود.

3. ایزومرهای اساسی یا استریو ایزومرها؟

اگر دو مولکول فرمول مولکولی یکسانی داشته باشند، سوال بعدی این است که آیا اتصال یکسانی دارند یا خیر؟

ایزومرهای اساسی فرمول مولکولی یکسان و اتصالات متفاوتی دارند
استریو ایزومرها فرمول مولکولی یکسانی دارند اما اتصال یکسانی دارند

چگونه می توانیم بفهمیم که مولکول ها اتصال یکسانی دارند؟

در آخرین پست گفتیم که مولکول‌هایی با اتصال یکسان، نام‌های IUPAC یکسانی خواهند داشت (بدون احتساب توصیف‌کننده‌های استریوشیمیایی مانند R/S، cis/trans ، یا E/Z).

بنابراین، اگر بتوانید به سرعت تشخیص دهید که آیا دو مولکول داده شده نام IUPAC یکسان دارند (یا نه)، همه آماده هستید که تشخیص دهید ایزومرهای اصلی هستند یا خیر.

دارنیت. آیا این بدان معناست که قبل از اینکه بتوانید به سوال امتحانی پاسخ دهید باید یک نام کامل IUPAC انجام دهید؟

معمولا نه. اگر نام‌گذاری مولکول‌ها برای شما زمان زیادی می‌برد، دلتان بخواهد. چند سؤال معمولاً حداقل 80٪ راه را برای شما به ارمغان می آورد:

آیا همان گروه های عملکردی وجود دارد؟
آیا طول زنجیره اصلی در هر دو مولکول یکسان است؟
چه جایگزین هایی در هر دو مولکول وجود دارد؟ آیا آنها یکسان هستند؟
آیا جایگزین ها نسبت به زنجیره اصلی در یک مکان قرار دارند؟

اگر در این مرحله هنوز یکسان هستند، یک چک دوبار دقیق انجام دهید (در حالت ایده آل با یک خودکار یا مداد) تا مطمئن شوید که اتصال یکسان است. اگر چنین است، و اگر مولکول‌ها فقط در نام‌گذاری‌های R/S، cis/trans، یا E/Z متفاوت باشند، آن‌ها استریو ایزومر هستند.

البته، اگر اتصالات یکسانی داشته باشند، و تمام نام‌های R/S، cis/trans و E/Z یکسان باشند، شما با یک مولکول سر و کار دارید!

در اینجا چند مثال (ساده) آورده شده است:

اگر این کار را آسان کردید، هنوز به پشت خود دست نزنید. وقتی این سوال به صورت خطی/گوه ای ترسیم می شود، کمی آسان تر از آن است که ماده امتحانی باشد. انتظار دیدن چند توپ منحنی را داشته باشید.

روش کلاسیک برای چالش برانگیزتر کردن این نوع سؤال، تغییر نوع تصویر با استفاده از فیشر، نیومن یا ترکیبی از طرح‌های چندگانه است:

هنگام آماده شدن برای امتحان استریوشیمی، توصیه می کنم سعی کنید تقریباً هر سؤالی را که می توانید «طبقه بندی این ایزومرها» انجام دهید تا زمانی که خسته کننده شود، انجام دهید.

آزمون‌های تمرین استریوشیمی دارای بسیاری از این نوع مشکلات هستند (برای دسترسی کامل باید عضو MOC باشید). نکته این است که به حل مسائل برای مولکول ها در رندرهای مختلف عادت کنیم.

4. “Enantiomers vs Diastereomers vs the Same؟” برخی از قوانین پایه

اکنون به سومین و چالش برانگیزترین مورد می رسیم، جایی که بخش عمده ای از زمان خود را در آن صرف خواهیم کرد. آیا این مولکول‌ها انانتیومر، دیاسترئومر یا مشابه هستند؟

برای شروع، سه برد سریع را کنار هم بگذاریم:

اول: مولکول های روی هم یکسان هستند

مولکول‌هایی که روی هم قرار می‌گیرند، مولکول‌های یکسانی در نظر گرفته می‌شوند (یعنی «همان»).

توجه داشته باشید که «بیش از حد مجاز» شامل مولکول‌هایی است که هستند
1. «قابل نصب از طریق چرخش پیوند» (ایزومرهای ساختاری)، و همچنین

2. مولکول هایی که از طریق چرخش کل مولکول روی هم قرار می گیرند.

همچنین شامل برخی مولکول‌ها می‌شود که به‌عنوان استریوشیمی ترسیم شده‌اند… اما اینطور نیست. به دقت نگاه کنید ↓

دوم: تفاوت های کلیدی بین انانتیومرها و دیاسترومرها را به یاد بیاورید:

استریو ایزومرها همیشه اتصال یکسانی دارند. در بین مولکول هایی با اتصال یکسان:

مولکول‌هایی که تصاویر آینه‌ای هستند، اما غیرقابل نصب هستند، انانتیومر هستند.
اگر آنها روی هم قرار نگیرند، و تصاویر آینه ای نباشند، دیاسترئومر هستند.
سوم: ایزومرهای سیس ترانس و ایزومرهای با پیوند دوگانه همیشه دیاسترئومر هستند

یک سوال سریع که همیشه می توانید به آن پاسخ دهید: ایزومرهای با پیوند دوگانه یا ایزومرهای سیس-ترانس همیشه دیاسترئومر خواهند بود.

بدون استثناء.

حال برای موارد نه چندان آسان.

5. «انانتیومرها در مقابل دیاسترئومرها در مقابل همان» در مولکول‌هایی با مراکز کایرال متعدد: استفاده از کیت مدل

در مورد مولکول هایی با دو یا چند مرکز کایرال چطور؟ مثل این دو نمونه؟

در اینجا، من یک خبر خوب و یک خبر بد دارم.

خبر بد این است که هیچ ویژگی در هیچ یک از این مولکول ها (مانند آرایش های مختلف روی یک پیوند دوگانه یا حلقه) وجود ندارد که امکان تعیین سریع و آسان رابطه را در کمتر از 5 ثانیه فراهم کند.

بنابراین، تنها راه برای حل این مشکلات، مقایسه تنظیمات روی هر یک از مراکز کایرال و مشاهده ارتباط آنها با یکدیگر است.

خبر خوب این است که این مشکلات را می توان به راحتی با استفاده از یکی از دو تکنیک کلیدی حل کرد.

یادگیری یکی از روش ها آسان است، اما برای حل مشکلات به زمان طولانی نیاز دارد.
روش دوم مدتی طول می کشد تا در آن خوب شوید، اما اجازه می دهد تا مشکلات به سرعت حل شوند.
تکنیک شماره 1: از کیت مدل استفاده کنید

روش سنتی برای حل «انانتیومرها، دیاسترئومرها یا موارد مشابه» این است که مدل‌هایی بسازیم و ببینیم آیا این دو مولکول روی هم قرار دارند یا خیر.

به هر حال، با این شروع کنید! به خصوص در شرایط غیر امتحانی.

من توصیه می کنم از این روش در چند بار اول که تمرین را انجام می دهید استفاده کنید زیرا باید از جایی شروع کنید و کیت مدل به عنوان مجموعه ای از چرخ های آموزشی برای کمک به ایجاد اعتماد به نفس شما عمل می کند.

مدل ها همچنین به شما کمک می کنند تا به این واقعیت عادت کنید که مولکول ها اجسام سه بعدی هستند. از این نظر، اساساً تفاوتی با ماشین‌ها، گربه‌ها یا هر شیء معمولی دیگری که می‌خواهید نام ببرید، ندارند.

بنابراین بیایید به سؤال «انانتیومرها، دیاستریومرها، یا همان» خود برویم و سعی کنیم هر یک از آنها را با استفاده از مدل‌ها حل کنیم.

مجموعه اول: 2،3-دیبروموبوتان.

بیایید مدل ایزومر 2،3-دیبروموبوتان را با استفاده از طرح ریزی فیشر بسازیم. (به یاد داشته باشید که “بازوها برای در آغوش گرفتن شما بیرون می آیند”). که مدل زیر را به ما می دهد:

بعد، مدل دوم را بر اساس طرح ریزی نیومن می سازیم. در اینجا مدل به نظر می رسد:

در نهایت، زمانی که این دو مدل را ساختیم، می‌توانیم آن‌ها را جابه‌جا کنیم تا ببینیم چگونه با یکدیگر ارتباط دارند.

در اینجا، مدل سمت راست را می گیریم و می بینیم که اگر یک چرخش در مورد پیوند C2-C3 انجام دهیم، در واقع دو مولکول کاملاً روی هم قرار می گیرند!

از طریق GIPHY

از آنجایی که روی هم قرار می گیرند، بنابراین یکسان هستند!

بیایید به مجموعه دوم نگاه کنیم.

ست دوم: پنتان-2،3،4-تریول

هنگامی که مدل اولین مولکول مجموعه را می سازیم، به شکل زیر می رسیم:

هنگامی که مدل مولکول دوم مجموعه را به صورت طرح ریزی فیشر می سازیم (با یادآوری دوباره این که “بازوها برای بغل کردن شما بیرون می آیند”) به این می رسیم:

حالا بیایید سعی کنیم در اطراف مولکول سمت راست حرکت کنیم تا بتوانیم آن را با مولکول سمت چپ مقایسه کنیم.

از طریق GIPHY

باز هم این دو مدل یکی هستند!

6. روش آسانتر و سریعتر (IMO): روش R/S

در حالی که هیچ اشکالی در ساخت مدل وجود ندارد، یک اشکال قابل توجه وجود دارد.

ساختن چیزهای لعنتی زمان می برد، و سپس، زمان بیشتری برای مقایسه این دو مدل طول می کشد. در حالی که این ممکن است برای مولکول هایی با یک یا دو مرکز استریو مناسب باشد، با افزایش پیچیدگی مولکولی، ساخت مدل به یک گلوگاه بزرگ تبدیل می شود.

به عنوان مثال، فرض کنید از شما خواسته شده است که دو مولکول زیر را با هم مقایسه کنید:

آیا واقعاً 5 دقیقه وقت صرف می‌کنید تا مدل‌ها را بسازید، هر یک از آنها را بچرخانید و سپس آنها را مقایسه کنید؟ احتمالا نه.

خوشبختانه راه آسان تری وجود دارد. و وقتی خوب شدید، می توانید در کمتر از 60 ثانیه به این سوالات پاسخ دهید.

مرحله 1: با شناسایی تمام مرکز کایرال شروع کنید

rs در هر مولکول، و تعیین هر یک از پیکربندی های آنها به صورت R یا S.

چرا این مفید است؟

سوال بالا را بپذیرید بگویید که نام کامل دو مولکول بدون ساختار آنها به شما داده شده است.

آیا می توانید بفهمید که چگونه این مولکول ها تنها بر اساس نام ها به هم مرتبط هستند؟

البته!

چون وقتی پیکربندی‌های (R,S) یک مولکول را بدانید، به راحتی می‌توانید بفهمید که پیکربندی‌های انانتیومر و دیاستریومرهای آن باید چه باشند!

مرحله 2: مقایسه تنظیمات مراکز کایرال برای به دست آوردن رابطه استریوشیمیایی آنها

برای دو مولکول با اتصال یکسان:

انانتیومر یک مولکول همیشه یک پیکربندی R/S مخالف خواهد داشت. بنابراین برای به دست آوردن انانتیومر (2R, 3R, 4R)-2,3,4,5-tetrahydroxypentanal تنها کاری که باید انجام دهیم این است که تمام استریوسنتارها را برگردانیم: (2S, 3S, 4S)
دیاسترومرها زمانی به وجود می آیند که حداقل دو مولکول حداقل یک مرکز (اما نه همه) کایرال را با پیکربندی (R/S) یکسان به اشتراک بگذارند. بنابراین برای یافتن دیاسترئومرهای (2R,3R,4R)-2,3,4,5-tetrahydroxypentanal ، تنها کاری که باید انجام دهیم این است که حداقل یک استریوسنتر را ثابت نگه داریم و بقیه یا همه آنها را برگردانیم.
(بدیهی است که اگر دو مولکول اتصال یکسانی داشته باشند و تمام نامگذاری های R/S یکسان باشند، دو مولکول نیز یکسان هستند)

مولکول ما (2R, 3R, 4R)-2,3,4,5-tetrahydroxypentanal با نامی قابل تلفظ می باشد: D-ribose.

انانتیومر (2S, 3S, 4S) است.
شش دیاسترئومر احتمالی وجود دارد (به زیر مراجعه کنید) که حداقل یک (اما نه همه) پیکربندی (های) یکسان را در مراکز کایرال خود دارند.

مزیت دیگر این روش این است که از آنجایی که مهم نیست مولکول در چه ترکیبی (یا چه طرح ریزی) کشیده شده است. از آنجایی که تمام کاری که شما واقعاً انجام می دهید مقایسه 1) اتصال و 2) پیکربندی استریوسنترها است، شما این کار را انجام نمی دهید. باید نگران این باشید که بفهمید آیا دو مدل تصاویر آینه‌ای غیرقابل نصب هستند یا خیر.

بیایید چند مثال دیگر را فقط بر اساس نام انجام دهیم.

(S)-2-بوتانول و (R)-2-بوتانول. انانتیومرها، چون مخالف R,S هستند.
(S,R)-cyclopentane-1,2-diol و (R,R)-cyclopentane-1,2-diol. دیاسترئومرها از آنجایی که پیکربندی یکسانی با یکی از استریوسترها دارند
برای اینکه واقعا جاه طلب باشیم، بیایید این کار را انجام دهیم: متیل (1R,2R,3S,5S)-3- (benzoyloxy)-8-methyl-8-azabicyclo[3.2.1]octane-2-carboxylate و methyl (1S,2S,3R) ,5R)-3- (بنزوئیلوکسی)-8-متیل-8-آزابی سیکلو[3.2.1] اکتان-2-کربوکسیلات.
توصیفگر IUPAC یکسان، توصیفگرهای (R,S) مقابل: انانتیومرها.
مرحله 3: دوبار بررسی کنید که Meso نباشند

در مورد (S,R)-2,3-dibromobutane و (R,S)-2,3-dibromobutane چطور؟ در مقابل R/S، بنابراین enan… اوه، ضربه بزنید. آنها در واقع یکسان هستند

ما نمی توانیم فراموش کنیم که به یک مگس کوچک که گاهی اوقات در پماد فرود می آید اشاره کنیم: ترکیبات مزو.

اگر یک مولکول با مراکز کایرال صفحه تقارن داشته باشد، می توان آن را به دو صورت معادل نوشت که ظاهر آنانتیومر هستند، اما در واقع یکسان هستند:

(S,R)-2,3-dibromobutane و (R,S)-2,3-dibromobutane
(R,S)-تارتاریک اسید و (S,R)-تارتاریک اسید
(R,S)-سیکلوهگزان-1,2-دیول و (S,R)-سیکلوهگزان-1,2-دیول

بنابراین قبل از اینکه اعلام کنید دو مولکول با نام های مخالف (R,S) انانتیومر هستند، دوباره بررسی کنید که مولکول صفحه تقارن نداشته باشد.

یک راه برای انجام این کار این است که سعی کنید مولکول را در دو جهت نامگذاری کنید. اگر همان نام IUPAC را به دست آورید که از چپ به راست می‌روید، همانطور که از راست به چپ می‌روید (یا در جهت عقربه‌های ساعت / خلاف جهت عقربه‌های ساعت در مورد مولکول‌های حلقوی) پس به یک ترکیب مزو نگاه می‌کنید.

7. خلاصه: Enantiomers vs Diastereomers vs The Same

ایراد این روش نهایی این است که برای تخصیص سریع R و S به تمرین زیادی نیاز است.

برای این منظور، توصیه می‌کنم تمرین‌های زیادی را انجام دهید که در آن‌ها روی مولکول‌های ترسیم شده به‌عنوان نمودار خطی، پیش‌بینی‌های نیومن، پیش‌بینی‌های فیشر، پیش‌بینی‌های Sawhorse و غیره کار می‌کنید.

این پست ها می توانند شما را شروع کنند:

احتمالاً فعلاً همین کافی است. در پست بعدی چندین مثال و کاربرد از روش R/S برای تعیین اینکه آیا مولکول‌ها انانتیومر، دیاستریومر یا مشابه هستند ارائه خواهم کرد.

پست بعدی: تعیین پیکربندی R/S در پروجکشن فیشر

در عین حال، من ویدیوهای زیر را توصیه می کنم، زیرا آنها این اصول را اعمال می کنند:

5-فهرست پخش ویدیویی مشکلات «Enantiomers, Diastereomers, or The Same»

[توجه: مجدداً از متیو پیرس از راه‌حل‌های شیمی آلی برای نویسندگی مشترک تشکر می‌کنیم. از مت در مورد برنامه‌ریزی یک جلسه تدریس خصوصی در اینجا بپرسید. ]

یادداشت:

از Chlöe و کارکنان IndustriousHQ برای فیلمبرداری از GIF های استفاده شده در این پست تشکر می کنیم.

خودت امتحان کن

 

 

بسیاری از سؤالات «انانتیومرها، دیاستریومرها، یا مشابه» در صفحه آزمون‌های تمرین استریوشیمی (عضویت MOC برای دسترسی کامل لازم است).