Соединения с несколькими хиральными центрами

Соединения с двумя хиральными центрами

Для соединений молекулы которых имеют два хиральных центра возможно существование четырех изомеров: $RR$, $SS$, $RS$, $SR$. Это обусловлено возможностью каждого центра иметь ($R$) или ($S$)-конфигурацию.

Так как у молекулы только одно зеркальное отражение, то для $RR$-изомера энантиомером может быть только $SS$-соединение. Соответственно, другую пару оптических изомеров образуют $RS$- и $SR$-соединения.

На практике сочетание центров одинакового химического строения позволяет иметь только три изомера: два энантиомера ($RR$ и $SS$) и один изомер $RS$, который находится по отношению к двум другим изомерам в диастереомерном отношении.

Например, винная кислота имеет два энантиомера - ($S,S$)-винная кислота и ($R,R$)-винная кислота и мезо-форму – ($R,S$)-винную кислоту:

Рисунок 2. Винная кислота. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Мезо-Винная кислота является ахиральным соединением с мезо-конфигурацией, так как объединение двух зеркально – симметричных участков приводит к появлению плоскости симметрии $\sigma$.

Мезо-Конфигурация винной кислоты включает равное количество одинаковых по структуре, но разных по абсолютной конфигурации хиральных элементов.

Все ациклические мезо-структуры ахиральны и имеют $Cs$ симметрию.

Диастереомеры

Диастереомеры имеют разные:

• растворимость;
• температуру кипения и плавления;
• реакционную способность;
• спектральные свойства;
• удельное вращение.

Диастереомеры могут отличаться по способности к поляризации света. Так один диастереомер может проявлять оптическую активность, то есть быть хиральным, а другой не проявлять, и являться ахиральным соединением.

Если два диастереомера имеют разную конфигурацию при одном хиральном центре, то они называются эпимерами.

В эпимерных мезо-формах центральный атом формально считается асимметрическим, так как связан с четырьмя разными группами, а следовательно, перестановка любых двух групп приведет к образованию другого стереоизомера. Однако, в целом эпимерные мезо-формы ахиральны.

Асимметрический центр в эпимерных мезо-формах называют центрами псевдоасимметрии.

Существуют соединения, имеющие псевдохиральную плоскость и псевдохиральную ось.

Соединения с n-ым количеством хиральных центров

Если в молекуле есть несколько асимметричных центров n, то максимальное число стереоизомеров равно $2n$. Число изомеров может уменьшаться при наличии мезо-форм.

В молекулах регулярных полимеров число хиральных центров может быть очень большим.

Существуют соединения, в молекулах которых концевые группировки имеют одинаковое строение и связаны между собой цепью из одинаковых фрагментов.

Если атомы углерода находятся в положениях 2 и 4 оба ($R$) или оба ($S$), то средний атом углерода будет несимметричен:

• две ахиральные диастереомерные эпимерные мезо формы:

  
  
  Рисунок 3. Соединения с n-ым количеством хиральных центров. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

• пара энантиомеров:

  
  
  Рисунок 4. Соединения с n-ым количеством хиральных центров. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Эритро- и трео-изомеры

Если стереоизомеры содержат два хиральных атома углерода, два заместителя при которых одинаковы, а третьи отличаются, то используют префиксы эритро- и трео-производные, названия которых происходят от названия сахаров эритрозы и треозы.

Префиксы характеризуют не каждый отдельный асимметрический центр, а систему в целом. При изображении эритро- и трео-соединений с помощью проекций Фишера в паре эритро-изомеров одинаковые группы располагаются с одной стороны.

Рисунок 5. Эритро- и трео-изомеры. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Если, в случае наличия разных групп, допустить, что они одинаковы, получилась бы мезо-форма.

Рисунок 6. Эритро- и трео-изомеры. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Одинаковые группы в паре трео-изомеров располагаются с разных сторон и при допущении, что разные группы одинаковы, новая пара являлась бы энантиомерной парой.

Рисунок 7. Эритро- и трео-изомеры. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Рисунок 8. Эритро- и трео-изомеры. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ