Ebben a bejegyzésben megtanuljuk, hogyan konvertálhatunk Fischer-, Bond-vonal- és Newman-vetületek között különböző sorrendben. Ez egy alapvető készség, mivel segít a molekula térbeli megjelenítésében, és a szerves kémia megértésének jelentős része erre épül.
Kezdjük a kötésvonal-struktúrák és a Newman-projekciók közötti átalakítással.
Először is, ne feledjük, hogy egy adott molekulának, sőt a molekula egy adott konformációjának több Newman-projekciója is lehet, attól függően, hogy milyen irányban és milyen kötést vizsgálunk. Az irányt általában egy szem szimbólummal vagy nyíllal adjuk meg. Nézd meg a Newman-projekciókról szóló bejegyzést, ha fel kell frissítened néhány fogalmat.
Az alábbi kötésvonal például így kerül át egy Newmanra, ha a C1-C2 kötést balról felülről nézzük:
Észrevettem, hogy sok diák küzd ezzel a fogalommal, és miután különböző megközelítéseket próbáltam ki, spontán módon a szem helyett egy embert rajzoltam a nézési irányhoz, és kiderült, hogy ez megváltoztatja a játékot. A legfontosabb segítő tényező itt az volt, hogy a személy kezeivel tudtam megjelölni a balra vagy jobbra mutató csoportokat.
Az alábbi módon működne, ha ezt a példát használnánk:
Ha nem világos, hogy ez hogyan történik, a következő sorrendben csináld:
1) Határozd meg, hogy a Newman vetülete “Y” alakú vagy a fejjel lefelé fordított “Y” alakú lesz-e!
Ez esetben “Y” alakú lesz, mivel két csoport felfelé és oldalra mutat (H és Cl). A piros színnel ábrázolt elülső szénről beszélünk.
2) Most már azonosíthatjuk a balra vagy jobbra mutató csoportokat. A H az elülső szénen van, balra mutat, a Cl pedig jobbra. A hátsó szénen a Br balra, a H pedig jobbra mutat:
Hogy egy Newman-vetületet a megfelelő kötésvonalas szerkezetre alakítsunk át, oldalról kell néznünk. Tehát először is döntsd el, hogy milyen irányt fogsz használni – ez lehet bármelyik jobbra vagy balra, hacsak a kérdésben nincs megadva.
Ezt a molekulát például jobb oldalról is nézhetjük, ami a Cl-t a jobb alsó sarokba, a metilt pedig a bal felső sarokba helyezi:
Ezek után adjuk hozzá a megfelelő szénatomokon lévő csoportokat úgy, hogy azok felénk (ék) és tőlünk (kötőjel) mutassanak:
A Newman-projekciót hasznos lehet Haworth-re konvertálni, mielőtt megkapjuk a végleges szerkezetet a kötésvonalban. A Haworth-projekció abban különbözik a Newman-projekciótól, hogy az első és a hátsó szénatomok közötti kötést mutatja. Tehát nem közvetlenül a kötésen keresztül nézi, hanem egy kissé ferde szögben:
Ezután már a Haworth-vonalat vetíthetjük kötésvonalra, és elhelyezhetjük a csoportokat az elrendezésüknek megfelelően:
Kötésvonal átalakítása Fischer-projekcióra
Az alábbiakat kell megjegyeznünk a Fischer-projekcióról:
- a vízszintes csoportok felénk mutatnak
- a függőleges vonalak tőlünk távolodnak
Ebben a molekulában például a Br és a H a néző felé mutatnak, míg a központi szénatomhoz kapcsolódó két szénatom tőlünk távolodik:
Felejtsük el most egy pillanatra ezt a Fischer-vetületet, és alakítsuk át a következő kötésvonalas szerkezetet Fischer-vetületté:
Ha felülről nézzük a molekulát, akkor a következő ábrázolást látjuk, ahol az oldalsó két csoport felénk, a felső és az alsó pedig tőlünk elfelé mutat. Az oldalsókat ékvonalakkal, a többieket pedig szaggatott vonalakkal fogjuk ábrázolni:
Két ékvonal és két szaggatott vonal van, ami furcsának tűnhet számodra, hiszen mindig van egy-egy, majd a két folytonos vonal, de ez rendben van – minden attól függ, hogy milyen irányból nézzük a molekulát.
Ezután egyszerűen meg kell mutatnod az összes kötést síkbeli egybefüggő vonalakkal, szem előtt tartva, hogy a vízszintes csoportok feléd mutatnak, a függőleges vonalon lévők pedig tőled távolodnak:
Hogyan jegyzed meg, hogy melyek mutatnak feléd?
Hát emlékezhetsz arra, hogy a Fischer-projekciók szeretnek téged, és tárt karokkal jönnek, hogy megöleljenek:
Vagy úgy nézel a Fischer-projekcióra, mintha a tornateremben lennél, és meg kell ragadnod a molekulát. Ebben az esetben is a vízszintes csoportoknak feléd kell mutatniuk.
A Fischer-projekció kötésvonal-szerkezetté alakítása
Mint ahogy a Newman-projekció kötésvonal-szerkezetté alakításakor, itt is el kell döntened egy nézési irányt.
Lássuk például a következő Fischer-projekciót balról:
Mikor így teszünk, a felső csoport (aldehid) lesz a kötésvonal-struktúra bal oldala. Ne feledjük, hogy a vízszintes vonalak a Fischer-vetületben felénk mutatnak, ami azt jelenti, hogy a H és az OH ékvonalak lesznek, ha balról nézzük a szerkezetet (ez még nem a végleges cikk-cakk szerkezet – csak más irányból nézzük a molekulát):
És most ezt kell átalakítanunk a cikk-cakkban látható stabilabb lépcsőzetes konformációvá. Ehhez a C1-C2 kötés körüli 180o forgatásra van szükségünk, ami a metilcsoportot felfelé, a CH3-at pedig a Br-vel lefelé mutatva változtatja meg az ék és a kötőjel jelölésüket:
És ez a végleges válasz:
R és S konfiguráció és a szerkezetek átalakítása
A szerves molekulák különböző ábrázolásai közötti átváltási stratégiák mellett van még egy jó hír, ha ezek még mindig nem tetszenek egészen!
Függetlenül attól, hogy a molekula kötésvonalas, Newman- vagy Fischer-vetületben van ábrázolva, még mindig ugyanaz a molekula! És ezért az összes királis centrumának azonos abszolút konfigurációval kell rendelkeznie.
Ez azt jelenti, hogy ha például egy Fischer-projekciót alakítunk át bond-vonalra, akkor egyszerűen megrajzoljuk a cikk-cakkot a megfelelő számú szénatomokkal, és a csoportokat véletlenszerű ék és kötőjel jelöléssel adjuk hozzá. Ezeket később korrigálhatjuk, ha összehasonlítjuk a szénatomok abszolút konfigurációját, amelyekhez kapcsolódnak a Fischer- és a kötésvonal-szerkezetben. Természetesen a végleges szerkezetben ezeknek azonosnak kell lenniük:
A Fischer-vetületek fontos alkalmazása a szénhidrátok sztereokémiájának egyszerűbb közvetítése és a Fischer-, Haworth- és székszerkezetekből való átalakításuk.
A Newman-vetület átalakítása Fischer-vetületté
Egy jó stratégia itt az, hogy a Newman-vetületet átalakítjuk kötésvonal-szerkezetté, és onnan jutunk el a Fischer-vetülethez, ahogy fentebb tettük.
Milyen lenne például a következő molekula Fischer-projekciója?
Még ha nincs megadva az irány, akkor is választhatunk egyet, és ez alapján rajzolhatjuk meg a kötésvonal-szerkezetet.
Nézzük a molekulát a jobb oldalról. Ekkor a CN és Br csoportokat ékvonalként, az OH és Cl csoportokat pedig szaggatott vonalként fogjuk ábrázolni. A cikk-cakkban a metil a bal alsó oldalra, illetve az etilcsoport a jobb oldalra kerül:
Most, hogy a kötésvonalat Fischer-vetületté alakítsuk át, nézzük felülről úgy, hogy a metilcsoport a Fischer-vetület tetejére kerüljön:
Emlékezzünk arra, hogy a szénatomok közötti kötést megfordítsuk, hogy a vízszintes csoportok ékvonalként jelenjenek meg a Fischer-vetület kirajzolása előtt: