Принципы R,S-номенклатуры

Если в молекуле есть несколько асимметрических атомов, появляются особенности в построении проекций Фишера, а также новый тип взаимоотношений между стереоизомерами, которого нет в случае молекул с одним
асимметрическим атомом.

Рассмотрим принцип построения проекций Фишера для одного из стереоизомеров 2-бром-З-хлорбутана.

Запись в скобках (2S,3S) означает, что атом углерода с номером 2 имеет S-конфигурацию. То же относится к атому углерода с номером 3. Нумерация атсмов в молекуле производится в соответствии с правилами ИЮПАК для наименования органических соединений.
Асимметрическими атомами в этой молекуле являются атомы углерода С(2) и С(3). Поскольку данная молекула может существовать в различных конформациях относительно центральной связи С-С, необходимо условиться, для какой конформации мы будем строить проекциюФишера. Следует запомнить, что проекция Фишера строится только для заслоненной конформации, причем такой, в которой атомы С, составляющие углеродную цепочку молекулы, располагаются в одной плоскости.
Переведем изображенную выше молекулу в заслоненную конформацию и развернем ее таким образом, чтобы углеродная цепочка была расположена вертикально. Полученная при этом клиновидная проекция соответствует такому расположению молекулы, при котором все связи С-С находятся в плоскости чертежа:

Повернем всю молекулу на 90°относительно центральной связи С-С, не изменяя ее конформацию так, чтобы CН₃-группы ушли под плоскость чертежа. При этом атомы Br, CI и связанные с С(2) и С(3) атомы водорода окажутся над плоскостью чертежа. Спроектируем ориентированную таким образом молекулу на плоскость чертежа (атомы, находящиеся под плоскостью проектируем вверх; атомы, расположенные над плоскостью - вниз) аналогично тому, как мы делали это в случае молекулы с одним асимметрическим атомом:

В полученной таким образом проекции подразумевается, что лишь центральная связь С-С лежит в плоскости чертежа. Связи С(2)-CН₃ и C(3)-CН₃ направлены от нас. Связи атомов С(2) и С(3) с атомами Н, Вr и CI направлены к нам. Атомы С(2) и С(3) подразумеваются в точках пересечения вертикальной и горизонтальных линий. Естественно, что при пользовании полученной проекцией необходимо соблюдать изложенные выше правила (см.правила).
Для молекул о несколькими асимметрическими атомами число стереоизомеров равно в общэм случае 2ⁿ, где n - число асимметрических атомов. Следовательно, для 2-бром-З-хлорбутана должны существовать 2² - 4 стереоизомера. Изобразим их с помощью проекций Фишера.

Эти стереоизомеры можно подразделить на две группы: А и Б. Изомеры А (I и П) связаны операцией отражения в зеркальной плоскости - это энантиомеры (антиподы). То же самое относится к изомерам группы Б: Ш и IV - также энантиомеры.

Если же мы сравним любой из стереоизомеров группы А с любым стереоизомером группы Б, то обнаружим, что они не являются зеркальными антиподами.

Таким образом, I и Ш - диастереомеры. Аналогично, диастереомерами являются по отношению друг к другу I и IV, II и III, II и IV.

Могут реализоваться случаи, когда число изомеров меньше предсказываемого формулой 2ⁿ. Такие случаи встречаются, когда окружение центров хиральности создается одним и тем же набором атомов (или групп атомов), например, в молекулах 2,3-дибромбутанов:

(*Молекулы V и VI хиральны, поскольку в них отсутствуют элементы симметрии группы S_n. Однако, и в V и в VI есть простая поворотная ось симметрии С₂, проходящая через середину центральной связи С -С, перпендикулярная плоскости чертежа. На этом примере видно, что хиральные молекулы не обязательно асимметричны).

Нетрудно видеть, что проекции VII и VII^' изображают одно и то же соединение: эти проекции полностью совмещаются друг с другом при повороте на 180° в плоскости чертежа. В молекуле VII легко обнаруживается плоскость симметрии, перпендикулярная центральной С-С-связи и проходящая через ее середину. В данном случае в молекуле есть асимметричекие атомы, но в целом молекула ахиральна. Соединения, состоящие из таких молекул, называются мезо-формами. Мезо-форма не способна вращать плоскость поляризации света, то есть она оптически неактивна.

Согласно определению, любой из энантиомеров (V) и (VI) и мезо-форма являются по отношению друг и другу диастереомерами.

Как известно, физические свойства энантиомеров идентичны (за исключением отношения к плоскополяризованному свету). Иначе обстоит делос диастереомерами, поскольку они не являются зеркальными антиподами. Их физические свойства отличаются так же, как свойства структурных изомеров. Ниже это показано на примере винных кислот.

Винные кислоты
[ ]D20	+11,58о	-11,58о	0о
т.пл.,°С
растворимость в 100 г воды (18°)	139 г	139 г	125 Г

VII Относительная конфигурация. Эритро-трео-обозначения.

В отличие от понятия "абсолютная конфигурация", термин "относительная конфигурация" используется, по крайней мере, в двух аспектах. Так, под относительной конфигурацией понимается структура соединения, определенная по отношению к некоторой "ключевой" модели путем химических переходов. Таким путем в свое время была определена конфигурация асимметрических атомов в молекулах углеводов по отношению к глицериновому альдегиду. При этом рассуждали примерно так: "Если (+)-глицериновый альдегид имеет изображенную ниже конфигурацию, то связанный с ним химическими превращениями углевод имеет такую-то конфигурацию асимметрических атомов".

Позже, когда был разработан рентгенографический метод определения абсолютной конфигурации, было показано, что в данном случае догадка о том, что (+)-глцериновый альдегид имеет изображенную конфигурацию, верна. Следовательно, верно и отнесение конфигураций асимметрических атомов в углеводах.

Термин "относительная конфигурация" имеет и другое значение. Его используют при сравнении диастереомеров по различиям во взаимном расположении выбранных групп внутри каждого диастереомера. Именно в этом плане об относительной конфигурации говорится в номенклатурных правилах ИЮПАК по химии. Рассмотрим два способа обозначения относительной конфигурации (взаимного расположения групп внутри молекулы) диастереомеров с асимметрическими атомами [существуют диастереомеры без асимметрических атомов, например, цис-и транс-алкены (см. ниже, стр. 52)] на примере стереоизомеров 2-бром-3-хлорбутана (1)-(1V).

В первом варианте используются конфигурационные дескрипторы эритро- и трео-. При этом сравнивают расположение одинаковых заместителей при двух асимметрических атомах в проекции Фишера. Стереоизомеры, в которых одинаковые заместители при асимметрических атомах углерода расположены по одну сторону от вертикальной линии, называют эритро-изомерами. Если такие группы находятся по разнне стороны от вертикальной линии, то говорят о трео-изомерах. В соединениях (I) -(IV) такими реперными -группами являются атомы водорода, и эти соединения получают следующие названия:

Отсюда видно, что обозначение относительной конфигурации у энантиомеров совпадает, а у диастереомеров - различается. Это важно, поскольку и в настоящее время установление абсолютной конфигурации энантиомеров - задача непростая. В то же время, различить диастереомеры достаточно легко, например, с помощью спектров ЯМР. При этом фраза "Из спектра следует, что в результате реакции получается эритро-2-бром-3-хлорбутан" означает, что речь идет об одном из энантиомеров: (I) или (II) [либо о рацемате, состояшем из (I)и (П)] (о каком именно - неизвестно), но не о соединениях (Ш) или (IV). Аналогично, фраза "Мы имеем дело с трео-2-бром-3-хлорбутаном" означает, что имеются в виду соединения (Ш) и (IV), но не (I) или (П).
Запомнить эти обозначения можно, например, так. В эритро-изомере одинаковые заместители "смотрят" в одну сторону, как и элементы буквы "а".
Приставки эритро- и трео- происходят от названий углеводов: треозы и эритрозы. В случае соединений с болтшим числом асимметрических атомов применяют другие стереохимические дескрипторы, такжне происходящие от названий углеводов (рибо-, ликсо-, глюко- и т.п.).

В другой варианте обозначения относительной конфигурации испольмуют символы R* и S* При этом асимметрический атом, имеющий наименьший номер (в соответствии с правилами номенклатуры ИЮПАК), независимо от его абсолютной конфигурации, получает дескриптор R*. В случае соединений (I) - (IV) - это атом углерода, связанный с бромом. Второму асимметрическому атому в данной молекуле также придается дескриптор R*, если обозначения абсолютной конфигурации обоих асимметрических атомов совпадают (оба R или оба S).Так следует поступить в случае молекул (Ш) и (IV). Если же абсолютная конфигурация асиммотрических атомов в молекуле имеет разное обозначение (молекулы I и II), то второй асимметрический атом получает дескриптор S*

абсолютная конфигурация	(2S,3R)	(2R,3S)	(2S,3S)	(2R,3R)
относительная конфигурация	(2R*,3S*)	(2R*,3S*)	(2R*,3R*)	(2R*,3R*)

Эта система обоэначения относительной конфигурации, по существу, эквивалентна в эритро-трео-системе обозначений: у энантиомеров обозначения совпадают, а у диастереомеров - различаются. Разумеется, если у асимметрических атомов нет одинаковых заместителей, то относительную конфигурацию можно обозначить только с помощью дескрипторов R* и S*

VIII Методы Разделения энантиомеров.

Природные вещества, молекулы которых хиральны, являются индивидуальнымиэнантиомерами. Если же хиральный центр возникает в процессе химическойреакции, проводимой в колбе или промышленном реакторе,получается рацемат, содержащий равные количества двух энантиомеров. При этом возникает проблема разделения энантиомеров с целью получения каждого из них в индивидуальном состоянии. Для этого используют специальные приемы, называемые методами расщепления рацематов.