Tässä postauksessa opimme muuntamaan Fischer-, Bond-linja- ja Newman-projektioiden välillä eri järjestyksissä. Tämä on olennainen taito, sillä se auttaa havainnollistamaan molekyyliä avaruudessa, ja siihen perustuu merkittävä osa orgaanisen kemian ymmärtämisestä.
Aloitetaan bond-line-rakenteiden ja Newman-projektioiden välisestä muuntamisesta.
Aluksi muistetaan, että tietyllä molekyylillä ja jopa kyseisen molekyylin tietyllä konformaatiolla voi olla useita Newman-projektioita riippuen tarkasteltavasta suunnasta ja sidoksesta. Suunta ilmoitetaan yleensä silmäsymbolilla tai nuolella. Tutustu Newman-projektioita käsittelevään postaukseen, jos haluat virkistää joitakin käsitteitä.
Seuraa esimerkiksi, miten seuraava sidosviiva siirretään Newmaniin, kun katsomme C1-C2-sidoksen läpi ylävasemmalta:
Olen huomannut, että monet opiskelijat kamppailevat tämän konseptin kanssa, ja kokeiltuani eri lähestymistapoja piirsin spontaanisti henkilön silmän sijaan katsesuunnan, ja se osoittautuikin pelilliseksi ratkaisuksi. Keskeinen auttava tekijä tässä oli se, että pystyin käyttämään henkilön käsiä osoittamaan vasemmalle tai oikealle osoittavia ryhmiä.
Hän toimisi näin, kun käytetään tätä esimerkkiä:
Jos ei ole selvää, miten tämä tapahtuu, toimi seuraavassa järjestyksessä:
1) Määritä, tuleeko Newmanin projektio olemaan Y-muotoinen vai ylösalaisin oleva Y-muoto.
Tässä tapauksessa se tulee olemaan ”Y”-muotoinen, koska siinä on kaksi ylöspäin ja sivuille osoittavaa ryhmää (H ja Cl). Puhumme punaisella esitetystä etuhiilestä.
2) Voit nyt tunnistaa vasemmalle tai oikealle osoittavat ryhmät. H on etuhiilessä vasemmalle osoittaen, Cl on oikealla. Takahiilessä on Br vasemmalla ja H oikealla:
Voidaksesi muuntaa Newman-projektion vastaavaksi sidoslinjarakenteeksi, sinun on tarkasteltava sitä sivulta. Päätä siis ensin, mitä suuntaa aiot käyttää – se voi olla mikä tahansa oikea tai vasen, ellei kysymyksessä ole määritelty.
Voidaan esimerkiksi katsoa tätä molekyyliä oikealta puolelta, jolloin Cl on oikeassa alakulmassa ja metyyli vasemmassa yläkulmassa:
Tämän jälkeen lisätään vastaavien hiilien ryhmät osoittamalla ne kohti (kiila) ja poispäin (viiva):
Voi olla hyödyllistä muuntaa Newmanin projektio Haworthin projektioksi, ennen kuin saadaan lopullinen rakenne sidosviivaan. Haworth-projektio eroaa Newman-projektiosta siinä, että se näyttää etu- ja takahiilivetyjen välisen sidoksen. Se ei siis katso suoraan sidoksen läpi, vaan hieman vinossa kulmassa:
Tämän jälkeen voimme nyt projisoida Haworthin sidoslinjaan ja sijoittaa ryhmät järjestyksensä mukaisesti:
Bondilinjan muuntaminen Fischerin projisoinniksi
Se, mitä Fischerin projisoinnista pitää muistaa:
- vaakasuorat ryhmät osoittavat sinuun päin
- pystysuorat viivat osoittavat sinusta poispäin
Esimerkiksi tässä molekyylissä Br ja H osoittavat katsojaan päin, kun taas kaksi hiiltä, jotka ovat kytköksissä keskeiseen hiileen, osoittavat meistä poispäin:
Unohdetaan nyt hetkeksi tämä Fischer-projektio ja muunnetaan seuraava sidoslinjarakenne Fischer-projektioksi:
Jos molekyyliä katsotaan ylhäältä päin, nähdään seuraava esitys, jossa sivussa olevat kaksi ryhmää osoittavat kohti ja ylhäällä ja alhaalla olevat ryhmät poispäin. Esitämme sivuilla olevat kiilaviivoilla ja muut katkoviivoilla:
Tässä on kaksi kiilaviivaa ja kaksi katkoviivaa, mikä voi näyttää sinusta oudolta, koska meillä on aina yksi kumpaakin ja sitten kaksi yhtenäistä viivaa, mutta se on ihan okei – kaikki riippuu siitä, mistä suunnasta katsomme molekyyliä.
Tämän jälkeen sinun täytyy yksinkertaisesti näyttää kaikki sidokset tasaisilla yhtenäisillä viivoilla pitäen mielessäsi, että vaakasuorat ryhmät osoittavat sinua kohti ja pystysuoralla viivalla olevat osoittavat sinusta poispäin:
Miten muistat, mitkä ryhmät osoittavat sinua kohti?
Noh, voit muistaa, että Fischer-projektiot pitävät sinusta ja ne tulevat halaamaan sinua avosylin:
Vai katsot Fischer-projektiota kuin olisit kuntosalilla ja sinun pitäisi tarttua molekyyliin. Tässäkin tapauksessa vaakaryhmien on osoitettava sinua kohti.
Fischer-projektion muuntaminen sidoslinjarakenteeksi
Aivan kuten Newman-projektion muuntamisessa sidoslinjarakenteeksi, sinun on päätettävä katselusuunta.
Katsotaan esimerkiksi seuraavaa Fischer-projektiota vasemmalta:
Tällöin ylimmästä ryhmästä (aldehydi) tulee bond-line-rakenteen vasen puoli. Pidä mielessä, että vaakasuorat viivat osoittavat Fischer-projektiossa sinuun päin, mikä tarkoittaa, että H ja OH tulevat olemaan kiilaviivoja, kun tarkastelemme rakennetta vasemmalta (tämä ei ole vielä lopullinen siksak-rakenne – tarkastelemme molekyyliä vain eri suunnasta):
Ja nyt meidän on muunnettava tämä vakaammaksi siksakissa esitetyksi porrastetuksi konformaatioksi. Tätä varten tarvitsemme 180o-kierron C1-C2-sidoksen ympäri, mikä ulottaa metyyliryhmän ylöspäin ja CH3:n Br:n osoittaessa alaspäin muuttaen niiden kiila- ja viivamerkintää:
Ja tämä on lopullinen vastaus:
R- ja S-konfiguraatio ja rakenteiden muuntaminen
Tämän orgaanisten molekyylien eri esitystapojen väliseen muuntamiseen tähtäävien strategioiden lisäksi on muitakin hyviä uutisia, jos et vieläkään oikein pidä näistä!
Vaikka molekyyli esitetäänkin sidoslinja-, Newman- tai Fischer-projektiossa, se on silti sama molekyyli! Ja siksi sillä täytyy olla sama absoluuttinen konfiguraatio kaikkien kiraalisten keskusten osalta.
Tämä tarkoittaa esimerkiksi sitä, että kun muunnat Fischer-projektiota bond-linjaksi, voit yksinkertaisesti piirtää siksakkia oikealla hiililuvulla ja lisätä ryhmät sattumanvaraisesti määräämällä niille kiila- ja viiva-merkinnän. Nämä voidaan myöhemmin korjata vertaamalla niiden hiilivetyjen absoluuttista konfiguraatiota, joihin ne liittyvät Fischer- ja sidoslinjarakenteissa. Niiden on tietenkin oltava samat lopullisessa rakenteessa:
Fischer-projektioiden tärkeä sovellus on hiilihydraattien stereokemian välittämisen helppous ja niiden muuntaminen Fischer-, Haworth- ja tuolirakenteista.
Newman-projektion muuntaminen Fischer-projektioksi
Hyvä strategia tässä tapauksessa on muuntaa Newman-projektio sidoslinjarakenteeksi ja siirtyä siitä Fischer-projektioon, kuten teimme edellä.
Millainen olisi esimerkiksi seuraavan molekyylin Fischer-projektio?
Taas, jos sitä suuntaa ei ole määritetty, voit valita yhden ja piirtää bond-line-rakenteen sen perusteella.
Katsotaan molekyyliä oikealta puolelta. Tällöin CN- ja Br-ryhmät laitetaan kiilaviivoiksi, OH- ja Cl-ryhmät katkoviivoiksi. Siksakissa metyyliryhmä tulee vasempaan alareunaan ja etyyliryhmä vastaavasti oikeaan reunaan:
Muutetaan nyt sidosviiva Fischerin projektioksi, voidaan tarkastella ylhäältä päin siten, että metyyliryhmä menee Fischerin projektion yläreunaan:
Muistetaan kääntää hiilien välinen sidos, jotta vaakaryhmät ovat kiilaviivoja ennen Fischer-projektion piirtämistä: