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.

Диастереомеры обладают различными физическими свойствами, в том числе различным удельным вращением.

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.

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.