まず、コンフォーメーションについて説明します。 これはコンフォーマーとかコンフォメーションアイソマーとも呼ばれ、単結合について回転した結果生じる原子の異なる配置のことです。 たとえば、次の分子では、真ん中のσ結合を中心に回転することで、異なる原子配置をとることができます:
ほとんどの場合、これらの回転は室温で非常に速く起こるので、コンフォメーションは異なる化合物とみなされないわけです。
原子の結合が異なる場合(体質異性体)、または単結合の回転によって原子の異なる配置を相互に変換することができない場合は、別の化合物になります。 良い例はシス異性体とトランス異性体、e異性体とz異性体で、これらは立体異性体の一種であるジアステレオマーと考えられています。
コンフォメーションは、ボンド線(ジグザグ)、ノコギリ線、またはニューマン予想で示すことができます:
ボンド線構造の練習とルイスとボンド線構造の変換は、以前たくさんやりましたね。 ボンド線構造、ルイス構造、凝縮構造の練習問題
Newman Projections
コンフォメーションは、1つの(シグマ)結合を中心とした回転によって生じる化合物の異なる形態であると述べましたが、このコンフォメーションがどのようなものであるのか、また、どのようにコンフォメーションが変化していくのかについて説明します。 この回転と形成されるコンフォメーションは、シグマ結合を通して見ると、より良い視点が得られることがあります。 これはニューマン予想と呼ばれています。
ニューマン予想とは、C-C単結合を通して見た分子の表現です。
すべてのニューマン予想について、見ている結合と方向を特定する必要があります。 たとえば、私たちの分子では、C1-C2 結合を通して見ることができます(どの結合を通しても構いません)。
方向は通常、目の記号で示されます:
つまり、この缶では、左上から見ていると、前の炭素が炭素 1、その後ろには炭素 2 となる予定です。 対応するニューマン予想図は次のようになります:
円は、ニューマン予想図で各炭素上の基が明確に識別できるように、2つの炭素の間に入れる想像上の物体です。
これはあまり明確ではなかったですよね?
どのようにしてニューマン予想図の場所に基が現れるのですか!
それでは、シンプルな目のシンボルをこの仲間で置き換えてみましょう。
ここで、Clは右上(右手向き)、Hは左上(左手向き)、Mは真下を指していることがわかります。 そして、最初の炭素はこれだけです:
2番目の炭素では、OHが真上を向き、左下にBr、そして右下にHがあります。
A Molecule Can Have Multiple Newman Projections
先に述べたように、分子のニューマン図法を描くには、結合と、見る人の角度を与えなければならない。 角度によって、ある分子のニューマン図法は全く違ったものになることがあります。 例えば、先ほどの分子のC1-C2結合を左下から見ると、このようになります:
この2つのニューマン予想の片方を軸に180度反転させると、同じ化合物を表すことが確認できます:
また2つのニューマン予想のテンプレートパターンは異なることに注目してください。 最初のものは、フロントカーボンが “Y “の形をしていますが、2番目のものは、逆さまの “Y “になっています。 4905>
これは単純にジグザグパターンによるもので、単純な目の代わりに両手を広げてモデルを置くことをイメージすれば、正しいパターンを得るのがかなり容易になります。
ここでひとつ覚えておいてほしいのは、ジグザグ上のウェッジグループは必ず右にある、ダッシュグループは左にある、などという相関関係はない、ということです。 そしてこれは、Newman projectionを学び始めたばかりの頃によくある混乱パターンです。
このように考えてみてください – 犬のしっぽが右にあるからといって、それが常に正しい発言であるとは限りません。 それは、犬を見る方向によって異なります:
この練習は、これと有機化学のほとんどの概念を回避する唯一の方法です。 単に紙を取って、できる限りのものを描くだけです。何も描かずにあまり考えないでください。 何かが間違っていれば修正すればよいのですが、何も描かなければ、何が課題なのかがわからなくなります。
千鳥配置と食刻配置-二面角
この分子で、C1-C2結合の周りで最初の炭素を180度回転させましょう。
そして今度は、やはり左上から見たNewmanの投影図を描いてみましょう:
ここで気づくことは、後ろの炭素上のすべての基が前の炭素上の基にぴったり後ろにあることです。 それらはすべて整列しています。 これは日食型コンフォメーション(Lunar eclipse)と呼ばれます。
言い換えれば、各日食型基の間の角度は0oです。 これらのグループの間の角度を二面角といいます。
以前行ったすべてのNewman projectでの二面角は60oだったことに注意してください。 それは各炭素上の基を2等分していたのです。 これらのコンフォーメーションはすべてスタッガードコンフォーメーションであり、すべての前後の基の間の二面角は 60oです:
スタッガードコンフォーメーションはエクリプスコンフォーメーションよりも安定しています。
2つの大きな基の間の二面角によって、千鳥配置はアンチ (180o) かゴーシュ (60o) になります。
良い例がブタンです:
以下はブタンの千鳥配置と食化配置全てのエネルギー図です。 コンフォメーションから別のコンフォメーションへの変換がどのように起こるかを理解するために、前の炭素を固定し、後ろの炭素を60度回転させることを想像してみてください。 もちろん、実際には両方が回転するので、イメージしやすくするためにこうしているだけです。 4905>
大きなメチル基を近づけると、コンフォメーションが不安定になりますね。 あるいは、大きな基の間の距離が大きいほど、コンフォメーションはより安定であると言うことと同じである。
また、大きな基ほど、偏食コンフォメーションとガウチョコンフォメーションはより不安定である。
どのような千鳥配置でも、最も安定な日食配置よりも安定で、gauche配置は反配置よりも安定ではないことに注意してください。
ねじれや立体歪として記述されたさまざまな配置に関連するエネルギーについては、次の投稿で詳しく説明します。