2.4.2 Стереохимическая номенклатура

В основе номенклатуры стереоизомеров лежит система Кана-Ингольда-Прелога. Для называния стереоизомера сначала нумеруют четыре группы, связанные с хиральным углеродом от наиболее приоритетного (старшего) до наименее приоритетного (младшего) в соответствии с правилом приоритетности (старшинства). Согласно этому правилу атом с большим атомным номером является приоритетным (старшим).

Атомный номер (1) (6) (7) (8) (16) (17) (35) (58)

-Н, -СН₃, -NН₂, -OH, -SH, -Cl, -Br, -I

У большинства стереоцентров, как минимум, два связанных с ним атома углерода. В таком случае для определения их старшинства необходимо учитывать заместители у этих атомов. Наиболее приоритетными из них будет тот, в котором связанные с ним заместители будут иметь больший атомный номер.

Хиральной является, например, молекула 2-бромбутана. Атом С-2 в 2-бромбутане хирален, поскольку он связан с четырьмя разными заместителями. В 2-бромбутане наиболее приоритетным (старшим) заместителем является атом брома (1), затем идет этильная группа (2), метильная (3) и водород является наименее приоритетным (самым младшим) заместителем (4).

После того как определено старшинство заместителей, молекулу рассматривают со стороны, противоположной наименее приоритетной группе (4). Глядя на молекулу с этой стороны, проводят окружность от группы (1) к группе (2) и затем к группе (3). Если обход 1-2-3 совершается по часовой стрелке, то молекулу обозначают (R), если же - против часовой стрелки, то ее обозначают (S).

(2S)-2-бромбутан (2R)-2-бромбутан

При определении приоритетности заместителей, содержащих двойные связи, их рассматривают как дважды соединенными с соответствующим атомом.

Упр. 5. Укажите приоритеность групп в каждой паре.

(а) и (б) и (в) и (г) и (д) и

Если образец соединения содержит равные количества двух энантиомеров, мы говорим, что это рацемическая смесь. Рацемическая смесь не вращает плоскость поляризованного света, поскольку луч поляризованного света, проходя через такой раствор, встретит равные количества право- и левовращающих молекул. Физические свойства рацемической смеси не обязательно идентичны свойствам чистого энантиомера; в частности, температура плавления рацемической смеси обычно отличается от температуры плавления энантиомера. Это связано с тем, что смесь лево - и правооринтированных объектов обычно упаковывается вместе в кристалле не так, как это делает только правоориентированный или только левоориентированный объект.

Процесс превращения одного из двух энантиомеров в рацемическую форму называют рацемизацией. Под расщеплением рацемической формы понимают выделение из нее энантиомеров. Перевод одного энантиомера в другой называется инверсией.

Поскольку физические свойства энантиомеров одинаковы, их чрезвычайно трудно разделить. Известно несколько методов расщепления. Впервые расщепление было осуществлено в 1848 г. Луи Пастером. Изучая кристаллы соли рацемической винной кислоты, Пастер обратил внимание на то, что некоторые кристаллы представляют собой зеркальное изображение других. Используя лупу и пинцет, он разделил два вида кристаллов; раствор одного типа кристаллов в воде вращал плоскость поляризованного света вправо, а раствор кристаллов другого типа - влево. Пастер осуществил расщепление механическим способом. К сожалению, очень немногие энантиомеры кристаллизуются в виде кристаллов зеркального типа, так что этот метод имеет больше историческое значение, чем практическое. Обычно же энантиомеры разделяют химическими или биологическими способами.

Упр. 6. Напишите структурные формулы (а) 1-хлорпропана, (б) 2-хлорпропана, (в) 1-хлорбутана, (г) 2-хлорбутана, (д) 2-хлорпентана, (е) 3-хлорпентана, (ж) 2-метил-1-хлорлбутана, (з) 2-метил-4-хлорбутана, (и) 2-метил-2-хлорбутана, (к) 2-метил-3-хлорбутана. Обозначьте звездочкой наличие у них стереоцентров. Для соединений, имеющих стереоцентры, изобразите стереохимические и каркасные формулы обоих энантиомеров. По системе (R-S) обозначьте конфигурацию каждого энантиомера.