[从0开始学有机-2]这是一场空间积木与数数的游戏

作者: 星狮艾迪克斯小轩

从高中开始学习有机化学就接触了一个永远逃脱不了的名词—同分异构体,是的~当时学习这个的时候真得还是很好玩的,就像回到了小时候拼积木一样,然后数出来一共可以拼多少种。

但是到了大学学习,就遇到了一个死敌—立体异构(这里只谈论R/S这对绝对构型),其中最恶心的就是多手性碳化合物的异构体数目判断,就怪自己空间想象力不好写不对答案23333

emmm,今天就接着上次的经验,先从Fisher式入手开始解决最基础的立体异构体的问题。

Question:下面两个化合物分子是同一个分子吗?

可能有点难想象,没事我帮你画出来了~

会发现这个两个分子不是一个分子,是我们高中就知道的一种关于镜像对称的对映体。

所以在这里我们可以做个小结:一个手性中心的Fisher式绕中心旋转90°是可以直接得到它的对映体的。

那么咱们再举一反三一下,把上述那个分子旋转180°呢?发现得到的是和它一样的分子—及同一分子,当然旋转270°也必然是得到对映体(旁友感兴趣可以自己试一下,可以锻炼自己空间想象力哦)

于是我进一步做题目,找到了一些规律:对于一个手性碳的Fisher式的四个基团,如果俩俩交换的次数是奇数次,那么就得到它的对映体;如果俩俩交换的次数是偶数次,那么就是同一个分子~(下面拿图解释)

知道这个结论后,你反过来发现上面讲到的旋转90°其实是经过了3次基团交换,而旋转180°很明显是2次~

当然你也可以通过判断这个手性碳的R/S构型来验证,但是这种方法比较先入为主,做起题目来比较得心应手,再也不用在空气中莫名其妙旋转比划判断顺逆时针了23333

下面难度升级,两个碳原子的尝试~

非对映体是只那些多手性碳中不是完全对称的一对分子(如RR对RS)
非对映体是只那些多手性碳中不是完全对称的一对分子(如RR对RS)

这个小技巧可能使用率不高,但是我用起来还是很舒服的,你们还是可以尝试一下,实在不行还是R/S判断吧

接下来进入数数阶段——

先问个小问题,我这里有三个颜色不同的硬币,请问我同时抛出一共有几种可能性?

当然是2*2*2一共8种,这是一个人人都可以想到的答案,但是如果把我把题目改成一个分子有3个手性碳原子,那么它就一定有8个立体异构体吗?

这句话我只能说是部分正确,因为我们常常忽略了分子的对称性,因为对称性的原因使得异构体数目大大减少,也使得问题变得复杂。下面就以2,3,4-三溴戊烷做例子进行分析。

图中为所有的8个可能异构体
图中为所有的8个可能异构体

我分别以溴原子为参考,第一排写出了“右右右”,“左右右”,“右左右”,“右右左”四个组合,第二排为他们的镜像分子,正好分成ABCD四组。其中A,C两组分子可以看出有对称轴(以正中间碳原子为对称轴),所以我们发现其实A1,A2和C1,C2是同一个分子(红框标出),这个可以通过上面我提到的旋转180°上下两个分子正好重合推断出。

接下来恶心的地方来了,B,D两组单独看貌似正好凑齐两对对映体(B1,B2俩俩镜像,旋转也不重合,同理D1,D2也是),但是D1分子旋转180°后和B2分子重合,它俩是一个分子!没错~你也可以发现D2旋转180°后也与B1重合!

也就是说这写出来的8个分子中其实只有4个是独立的。换句话说,2,3,4-三溴戊烷只有4个立体异构体。

知道答案后,其实可以反过来分析,2,3,4-三溴戊烷并不能完全说拥有3个手性碳,中间那个碳会因为上下两个大基团的构型变化而暂时拥有手性(假手性x),可以算作2个手性碳。

当然如果把题目改成了2,3,5-三溴己烷的话,就没有这么多麻烦的考虑了,因为分子内不存在对称的可能,所以答案直接就是2*2*2=8个异构体~

题外话:有兴趣的同学可以尝试着推一下,1,2,3,4,5,6-六氯环己烷(也就是我们俗称的“六六六”农药)有多少个异构体。

真是666哇
真是666哇

如果觉得困难的话,可以先尝试一下右边两个类似的分子,从简到难可是学习的好方法~  (答案从左往右分别是8,2,4)​​​​

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