4.9 : Stereoizomeria związków cyklicznych

Recall that in cyclic compounds, such as cyclohexane, the conformation of the ring predominantly determines the spatial arrangement of the constituent atoms. As such, the conformational stability of the ring influences the molecular symmetry as well as the stereoisomerism of cyclic compounds.

Consider the case of 1,2-dimethylcyclohexane, a disubstituted cyclohexane with two chiral centers and four possible configurations. Here, each configuration lacks a plane of symmetry, as the cyclohexane ring exists in the non-planar chair conformation.

Furthermore, the cyclohexane ring in these molecules can easily undergo ring-flipping at room temperature. As a result, each of the four possible configurations of 1,2-dimethylcyclohexane may exist as a mixture of two or more conformations.

This conformational flexibility of the cyclohexane ring affects the number of possible stereoisomers of 1,2-dimethylcyclohexane.

For instance, the cis configurations of 1,2-dimethylcyclohexane have conformations that are enantiomers of each other.

However, ring-flipping followed by a 180-degree rotation transforms one configuration into another. Therefore, these configurations simply represent conformations of the same molecule.

The trans isomers of 1,2-dimethylcyclohexane also have conformations that are enantiomers of each other.

These configurations cannot be superposed by rotation of the molecule or by undergoing a ring flip. Accordingly, each trans isomer of 1,2-dimethylcyclohexane exists as a unique compound.

Thus, 1,2-dimethylcyclohexane exhibits three stereoisomers: the cis-1,2-dimethylcyclohexane and the pair of enantiomers of trans-1,2-dimethylcyclohexane.

Similarly, 1,3-dimethylcyclohexane has two chiral centers but only exhibits three stereoisomers. Here, the two trans configurations are enantiomers of each other that cannot be interconverted. The other pair, the cis configurations, have a plane of symmetry and are achiral; that is, they are the same molecule.

Na tej lekcji zagłębiamy się w rolę konformacji pierścienia i jego stabilności, która determinuje układ przestrzenny, a co za tym idzie, symetrię molekularną i stereoizomerię związków cyklicznych. 1,2-dimetylocykloheksan zastosowano jako studium przypadku w celu oceny możliwej liczby stereoizomerów. Tutaj, biorąc pod uwagę wielokrotne (n = 2) centra chiralne, istnieje 2ⁿ = 4 możliwych konfiguracji, którym brakuje płaszczyzny symetrii, ponieważ szkielet pierścieniowy istnieje w niepłaskiej konformacji krzesła. Ponadto możliwość odwracania pierścienia w pierścieniu cykloheksanu powoduje, że każda z tych czterech możliwych konfiguracji może dalej istnieć jako mieszanina dwóch lub więcej konformacji.

Wpływ elastyczności konformacyjnej układu pierścieniowego na liczbę możliwych stereoizomerów pokazano na przykładzie konfiguracji cis i trans 1,2-dimetylocykloheksanu. Chociaż konfiguracje cis są cząsteczkami chiralnymi (nienakładającymi się na siebie odbiciami lustrzanymi) z enancjomerami jako potencjalnymi odrębnymi stereoizomerami, szybkie odwracanie pierścienia w temperaturze pokojowej sprawia, że te konfiguracje są wzajemnie przekształcalne i nierozłączne. W związku z tym reprezentują one konformacje tej samej cząsteczki. Z drugiej strony izomery trans są cząsteczkami chiralnymi, których nie można nałożyć na siebie w wyniku rotacji cząsteczki lub odwrócenia pierścienia i istnieją jako unikalne związki. Świadczy to o obecności trzech stereoizomerów dla wybranego przykładu – izomeru cis i pary enancjomerów trans.

Wyjaśniono to dalej, stosując inną strukturę pierścieniową z różnicą pozycji podstawienia: 1,3-dimetylocykloheksan. Konfiguracja cis jest achiralna ze względu na molekularną płaszczyznę symetrii. W konsekwencji układ z dwoma centrami chiralnymi wykazuje trzy stereoizomery - dwa nieulegające zamianie enancjomery trans i achiralną konfigurację cis. Zasadniczo, gdy oceniana jest struktura pierścienia, dwa aspekty, które należy zbadać, to przerzucanie pierścienia i płaszczyzna symetrii w celu określenia możliwej liczby stereoizomerów.

Tagi

Stereoisomerism Cyclic Compounds Ring Conformation Molecular Symmetry Chiral Centers Chair Conformation Plane Of Symmetry Ring flipping Cis Configuration Trans Configuration Enantiomers

4.9 : Stereoizomeria związków cyklicznych

Tagi

PLAYLIST