Соединения с несколькими хиральными центрами
Диастереомеры. Рацемат. Мезо-формы
Количество стереоизомеров соединения, содержащего n хиральных атомов углерода, определяют по формуле 2n. Например, соединение с двумя хиральными центрами существует в виде четырёх стереоизомеров. Так, 2,3-дибромпентан существует в виде следующих стереоизомеров:
Стереоизомеры 1 и 2, а также стереоизомеры 3 и 4 представляют собой две пары энантиомеров. Пары стереоизомеров 1 и 3, 1 и 4, 2 и 3, 2 и 4 не являются энантиомерами, их называют диастереомерами.
| Стереоизомеры, которые не являются энантиомерами, называются диастереомерами. |
Диастереомеры обладают различными физическими свойствами, в том числе различным удельным вращением.
| Эквимолекулярная смесь двух энантиомеров одного и того же соединения называется рацематом. |
Рацемат оптически неактивен, потому что оптическая деятельность одного энантиомера погашается оптической деятельностью другого.
Нельзя утверждать, что соединение, в молекуле которого присутствуют два или более хиральных центров, обязательно должно быть оптически активным. Рассмотрим молекулу с двумя хиральными центрами 2,3-дибромбутан.
Диастереомеры этого соединения представлены на рис. 2.7.
Рис. 2.7. Диастереомеры 2,3-дибромбутана
Стереоизомеры I и II - энантиомеры, а структуры III и IV идентичны, если предположить, что поворот атома C3 относительно C2 совершается свободно. Действительно, структура III в результате такого поворота может перейти в заслоненную конформацию IIIА, а структура IV – в IVА, которые представляют собой одно и то же соединение.
В этом легко убедиться, если структуру IVА развернуть атомом C3 к наблюдателю (структура V). В заслоненной конформации IIIА (или, что то же самое, IVА) имеется плоскость симметрии, перпендикулярная связи С2–С3. Плоскость симметрии делит молекулу на две половины, каждая из которых представляет собой зеркальное изображение другой. Такие молекулы не проявляют оптической активности, поскольку вклады, вносимые в оптическое вращение каждой из половин, равны по величине, но противоположны по знаку.
Таким образом, если все возможные оптически активные конформации находятся в достаточно быстром равновесии с конформацией, имеющей плоскость симметрии, то это соединение нельзя разделить на индивидуальные оптически активные формы.
| Оптически неактивный стереоизомер соединения, которое может существовать в других оптически активных формах, называют мезо-формой. |
Итак, 2,3-дибромбутан существует в виде трех стереомеров: двух энантиомеров (I, II) и мезо-формы (III).
Диастереомеры соединений, в которых содержатся два связанных между собой разных хиральных атома углерода, различают, придавая им в названиях приставки эритро- и трео-. Так, 2-бром-3-фенилбутан может существовать в виде двух диастереомеров.
Эритро-диастереомер – это стереомер, в котором две пары одинаковых (или сходных) заместителей при соседних атомах углерода распо-
ложены так, что в одной из трех возможных заслоненных конформаций одинаковые заместители находятся один за другим. Если в эритро-форме Br заменить на C6H5 (или C6H5 – на Br), то получим мезо-форму.