Номер 47, страница 12 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

1.47. Определите абсолютную конфигурацию стереоцентров в следующих молекулах:

a) В молекуле бутан-2-ола хиральным центром является второй атом углерода (C2), связанный с гидроксильной группой.

1. Установим старшинство заместителей у стереоцентра C2 по правилам Кана-Ингольда-Прелога. Старшинство определяется атомным номером элемента, непосредственно связанного с хиральным центром:

• 1: –OH (атом кислорода, $Z=8$)
• 2: –CH₂CH₃ (этильная группа; атом углерода, связанный далее с другим атомом углерода)
• 3: –CH₃ (метильная группа; атом углерода, связанный только с атомами водорода)
• 4: –H (атом водорода, $Z=1$)

2. Ориентируем молекулу. На рисунке гидроксильная группа (приоритет 1) изображена сплошным клином, то есть направлена к наблюдателю. Не изображенный на схеме атом водорода (приоритет 4) находится на штриховом клине и направлен от наблюдателя.

3. Определяем направление обхода от заместителя с приоритетом 1 к заместителю с приоритетом 3 (1→2→3). Движение от группы –OH (1) к группе –CH₂CH₃ (2) и затем к группе –CH₃ (3) происходит по часовой стрелке.

4. Так как заместитель с наименьшим приоритетом (4) направлен от наблюдателя, то конфигурация соответствует направлению обхода. Движение по часовой стрелке означает $R$-конфигурацию.

Ответ: Стереоцентр имеет $R$-конфигурацию.

б) В молекуле циклогекс-3-ен-1,2-диамина есть два стереоцентра: C1 и C2. Определим конфигурацию для каждого из них. Нумерацию начнем с верхнего стереоцентра.

Стереоцентр C1:

1. Установим старшинство заместителей:

• 1: –NH₂ (атом азота, $Z=7$)
• 2: –C2(NH₂)– (атом углерода, связанный с N, C, H)
• 3: –C6(CH₂)– (атом углерода, связанный с C, H, H)
• 4: –H (атом водорода, $Z=1$)

2. Ориентация. Группа –NH₂ (приоритет 1) направлена от наблюдателя (штриховой клин). Следовательно, атом водорода –H (приоритет 4) направлен к наблюдателю (сплошной клин).

3. Обход 1→2→3 (от –NH₂ к –C2 и к –C6) происходит против часовой стрелки.

4. Поскольку заместитель с наименьшим приоритетом (4) направлен к наблюдателю, результат инвертируется. Направление против часовой стрелки ($S$) меняется на направление по часовой стрелке ($R$).

Стереоцентр C2:

1. Установим старшинство заместителей:

• 1: –NH₂ (атом азота, $Z=7$)
• 2: –C1(NH₂)– (атом углерода, связанный с N, C, H)
• 3: –C3(=CH)– (атом углерода, связанный с C по двойной связи, что эквивалентно двум связям с углеродом)
• 4: –H (атом водорода, $Z=1$)

2. Ориентация. Группа –NH₂ (приоритет 1) направлена к наблюдателю (сплошной клин). Атом водорода –H (приоритет 4) направлен от наблюдателя (штриховой клин).

3. Обход 1→2→3 (от –NH₂ к –C1 и к –C3) происходит по часовой стрелке.

4. Поскольку заместитель с наименьшим приоритетом (4) направлен от наблюдателя, конфигурация соответствует направлению обхода, то есть $R$.

Ответ: Стереоцентр C1 имеет $R$-конфигурацию, стереоцентр C2 имеет $R$-конфигурацию. Абсолютная конфигурация: (1$R$, 2$R$).

в) Молекула представляет собой замещенный оксиран (эпоксид) с двумя стереоцентрами, C2 и C3. Предположим, что атом кислорода в кольце имеет номер 1.

Стереоцентр C2 (левый атом углерода в цикле):

1. Установим старшинство заместителей (на рисунке к C2 присоединена метильная группа):

• 1: –O– (в цикле)
• 2: –C3(COOH)– (в цикле; углерод, связанный с O, C, H)
• 3: –CH₃ (углерод, связанный с H, H, H)
• 4: –H

2. Ориентация. На рисунке метильная группа (приоритет 3) направлена к наблюдателю (сплошной клин). Следовательно, атом водорода –H (приоритет 4) направлен от наблюдателя.

3. Обход 1→2→3 (от –O– к –C3– и к –CH₃) происходит против часовой стрелки.

4. Поскольку заместитель с наименьшим приоритетом (4) направлен от наблюдателя, конфигурация соответствует направлению обхода, то есть $S$.

Стереоцентр C3 (правый атом углерода в цикле):

1. Установим старшинство заместителей (на рисунке к C3 присоединена карбоксильная группа):

• 1: –O– (в цикле)
• 2: –COOH (углерод, связанный с тремя атомами кислорода, учитывая двойную связь)
• 3: –C2(CH₃)– (в цикле; углерод, связанный с O, C, H)
• 4: –H

2. Ориентация. На рисунке карбоксильная группа (приоритет 2) направлена к наблюдателю (сплошной клин). Атом водорода –H (приоритет 4) направлен от наблюдателя.

3. Обход 1→2→3 (от –O– к –COOH и к –C2–) происходит по часовой стрелке.

4. Поскольку заместитель с наименьшим приоритетом (4) направлен от наблюдателя, конфигурация соответствует направлению обхода, то есть $R$.

Ответ: Стереоцентр C2 имеет $S$-конфигурацию, стереоцентр C3 имеет $R$-конфигурацию. Абсолютная конфигурация: (2$S$, 3$R$).

г) Молекула является производным циклопентанона с двумя стереоцентрами, C2 и C4 (нумерация от карбонильной группы C=O как C1).

Стереоцентр C2:

1. Установим старшинство заместителей:

• 1: –C1(=O)– (карбонильный углерод, связанный с O, C, C)
• 2: –C3(CH₂)– (углерод, связанный с C, H, H)
• 3: –CH₃ (углерод, связанный с H, H, H)
• 4: –H

2. Ориентация. Метильная группа –CH₃ (приоритет 3) направлена от наблюдателя (штриховой клин). Следовательно, атом водорода –H (приоритет 4) направлен к наблюдателю.

3. Обход 1→2→3 (от –C1(=O)– к –C3– и к –CH₃) происходит по часовой стрелке.

4. Поскольку заместитель с наименьшим приоритетом (4) направлен к наблюдателю, результат инвертируется: $R$ → $S$.

Стереоцентр C4:

1. Установим старшинство заместителей. Для определения старшинства циклических путей сравним атомы по мере удаления от стереоцентра:

• 1: –CH₂OH (углерод, связанный с O, H, H)
• 2: –C5– (путь к C1, который является C=O)
• 3: –C3– (путь к C2, который является CH-CH₃)
• 4: –H

2. Ориентация. Группа –CH₂OH (приоритет 1) направлена к наблюдателю (сплошной клин). Следовательно, атом водорода –H (приоритет 4) направлен от наблюдателя.

3. Обход 1→2→3 (от –CH₂OH к –C5– и к –C3–) происходит по часовой стрелке.

4. Поскольку заместитель с наименьшим приоритетом (4) направлен от наблюдателя, конфигурация соответствует направлению обхода, то есть $R$.

Ответ: Стереоцентр C2 имеет $S$-конфигурацию, стереоцентр C4 имеет $R$-конфигурацию.

д) Молекула является производным бицикло[2.2.1]гептана с двумя стереоцентрами у мостиковых атомов, C1 и C4.

Стереоцентр C1:

1. Установим старшинство заместителей:

• 1: –OH
• 2: –C2(=O)– (углерод, связанный с кислородом по двойной связи)
• 3: –C7– (углерод мостика; путь C1-C7-C4 короче, чем C1-C6-C5-C4)
• 4: –C6–

2. Ориентация. Для определения конфигурации мысленно повернем молекулу так, чтобы заместитель с наименьшим приоритетом (–C6–, приоритет 4) был направлен от нас. В такой проекции группа –OH (1) будет вверху справа, группа –C2(=O)– (2) – внизу справа, а группа –C7– (3) – вверху слева.

3. Обход 1→2→3 (от –OH к –C2(=O)– и к –C7–) происходит против часовой стрелки.

4. Конфигурация определяется как $S$.

Стереоцентр C4:

1. Установим старшинство заместителей, сравнивая пути, исходящие от C4:

• 1: –C3– (путь ведет к C2(=O))
• 2: –C7– (путь ведет к C1(OH))
• 3: –C5– (путь ведет к C6(CH₂))
• 4: –H

2. Ориентация. Атом водорода –H (приоритет 4) находится в эндо-положении, то есть направлен вниз и от наблюдателя, смотрящего на молекулу сверху.

3. Обход 1→2→3 (от –C3– к –C7– и к –C5–) происходит против часовой стрелки.

4. Поскольку заместитель с наименьшим приоритетом (4) направлен от наблюдателя, конфигурация соответствует направлению обхода, то есть $S$.

Ответ: Стереоцентр C1 имеет $S$-конфигурацию, стереоцентр C4 имеет $S$-конфигурацию. Абсолютная конфигурация: (1$S$, 4$S$).