Izomerie chlorocoalkanów - ćwiczenia

Opracowanie: Marek Walnik, maj - wrzesień 2014
Ćwiczenie 1.
2-chlorobutan + chlor (1:1)
- zapisać równanie reakcji
- narysować wzory i nazwy powstających produktów organicznych
- zaznaczyć asymetryczne atomy węgla lub stwierdzić ich brak
- narysować wzory klinowe wybranego produktu reakcji
wykazującego aktywność optyczną i jego enancjomeru
Wzór półstrukturalny
wyjściowej substancji
H3C
1
CH
2
CH2
3
Cl
2-chlorobutan
CH3
4
H3C
1
CH
2
CH2
3
CH3
4
Cl
2-chlorobutan
Równanie reakcji:
C4H9Cl + Cl2
hν
C4H8Cl2+ HCl
dichlorobutan
ogólna nazwa powstających
produków organicznych
H3C
1
CH
2
CH2
3
CH3
4
Cl
możliwe pozycje
podstawienia atomu chloru
Cl
Możliwe produkty podstawienia
H2C
1
Cl
H3C
1
CH
2
CH2
3
CH3
4
H3C
1
2
Cl
CH
3
Cl
2
CH2
3
CH3
4
Cl
Cl
CH
C
CH3
4
H3C
1
CH
2
Cl
CH2
3
CH2
4
Cl
Uwaga: numeracja atomów
węgla - patrz następna
strona!
Tworzenie nazw produktów:
H2C
1
Cl
CH
2
CH2
3
CH3
4
Cl
H3C
1
Cl
1
CH
CH
Cl
Cl
2
3
2
CH3
CH2
4
3
Cl
2,2-dichlorobutan
1,2-dichlorobutan
H3C
C
CH3
4
2,3-dichlorobutan
H3C
1
CH
2
CH2
3
Cl
CH2
4
Cl
1,3-dichlorobutan
H3C
4
CH
3
CH2
2
Cl
- numeracja!
CH2
1
Cl
1,3-dichlorobutan
Porównywanie zbiorów lokantów:
{1, 3} < {2, 4} - już pierwsza liczba w zbiorze { 1, 3}
jest mniejsza od pierwszej liczby w zbiorze {2, 4}
Inny przykład:
{2, 2, 3} < {2, 3, 3} - porównujemy kolejne liczby w zbiorach,
do znalezienia pierwszej pary różniących się liczb
zbiór lokantów: {2, 4}
zbiór lokantów: {1, 3}
Ustalanie możliwych asymetrycznych
atomów węgla (oznaczonych * )
H2C
1
Cl
*
CH
2
CH2
3
H3C
CH3
1
4
Cl
1
*
CH
2
Cl
*
CH
3
C
2
CH3
CH2
4
3
Cl
2,2-dichlorobutan
1,2-dichlorobutan
H3C
brak asymetrii
Cl
H3C
CH3
4
4
*
CH
3
CH2
2
Cl
Cl
CH2
1
Cl
1,3-dichlorobutan
2,3-dichlorobutan
Asymetryczny atom węgla jest połączony z czterema różnymi atomami
lub grupami atomów.
Na przykład w cząsteczce 2,3-dichlorobutanu atom nr 2 jest połączony z:
1) grupą -C 1H3, 2) atomem wodoru, 3) atomem chloru, 4) grupą: - C3HCl-C4H3
H
H3C
1
C
2
CH
3
Cl
Cl
CH3
4
"Trójwymiarowy" - klinowy wzór wybranej cząsteczki, z jednym, asymetrycznym
atomem węgla. Do przedstawiania przestrzennej budowy cząsteczek z dwoma
lub więcej asymetrycznymi atomami węgla stosuje się zwykle inne konwencje.
H2C
1
Cl
*
CH
2
CH2
3
CH3
4
Konwencja wzorów klinowych:
Cl
1,2-dichlorobutan
wiązanie w płaszczyźnie rysunku
H
*
C
2
H3C
4
CH2
3
Cl
CH2
1
Cl
wiązanie nad/przed płaszczyzną rys.
wiązanie pod/za płaszczyzną rys.
Rysowanie "odbicia lutrzanego" - wzoru cząsteczki enancjomeru
(izomeru optycznego) wyjściowej substancji
H
H
*
C
Cl
2
H3C
CH2
4
CH2
3
1
Cl
H2C
*
C
2
Cl
CH3
CH2
4
3
1
Cl
C2(Cl, C?,C?,H) Ustalanie pierwszeństwa podstawników - porządkujemy je według
malejącej liczby atomowej kolejnych atomów połączonych z asymetrycznym
atomem węgla i oznaczamy, odpowiednio, a, b, c, d.
C1(Cl, H, H)
d
d
H
C3(C4, H, H)
*
C
2
a
b c
1
3
d
C (Cl, C ,C ,H)
H3C
4
c
CH2
3
O pierwszeństwie jednakowych atomów
(tu: 1C i 3C) decyduje porównanie ich
podstawników (podobnie, jak porównuje
się zbiory możliwych lokantów).
2
H
a
Cl
b
CH2
1
Cl
a
Cl
b
H2C
1
2
c
CH3
CH2
4
3
Cl
H
Ustalamy kierunek "patrzenia na cząsteczkę",
tak aby asymetryczny atom węgla "zasłaniał" podstawnik "d".
Ustalamy wzajemne położenia podstawników a, b, c, stwierdzając,
czy ich kolejność jest zgodna (R - rectus), czy przeciwna (S - sinister)
do kierunku ruchu wskazówek zegara. Na przykładzie z lewego
rysunku "obserwator" widzi coś takiego:
b
C1H2Cl
H3C4-3CcH2--2C*
*
C
płaszczyzna rysunku
Cla
a
b
c - kierunek: w lewo, a więc
oznaczenie konfiguracji asymetrycznego
atomu węgla 2C: "S"
Cl
C
H
H
C H
C H
H
C
H H
(2R)-1,2-dichlorobutan
Cl
Przykład 2. Izomery powstające w reakcji 3-chloropentanu z chlorem (1:1)
H3C
CH2
1
2
CH
3
CH2
4
CH3
5
Cl
3-chloropentan
?
Cl
H2C
1
Cl
CH2
2
*3
CH
Cl
CH2
4
CH3
5
H3C
1
*3
CH
*2
CH
Cl
Cl
CH2
4
CH3
5
H3C
1
CH2
2
C
3
CH2
4
CH3
5
Cl brak asymetrii
Powstają tylko trzy izomery, bowiem "hipotetyczne" cząsteczki z podstawnikami w pozycjach
{3, 4} i { 3, 5} są identyczne z cząsteczkami o pozycjach, odpowiednio, {2, 3} i {1, 3}
(kwestia obrócenia cząsteczki).
Przykład 3.
2-chlorobutan + brom (1:1)
- zapisać równanie reakcji
- narysować wzory i nazwy powstających produktów organicznych
- zaznaczyć asymetryczne atomy węgla lub stwierdzić ich brak
- narysować wzory klinowe wybranego produktu reakcji
wykazującemu aktywność optyczną i jego enancjomeru
H3C
CH
1
CH3
CH2
2
4
3
Cl
2-chlorobutan
C4H8BrCl+ HBr
bromochlorobutan
C4H9Cl + Br2
Br
H2C
1
Br
*
CH
2
CH2
3
CH3
4
4
1
Cl
*
CH
3
Cl
*
CH
2
C*
2
CH2
3
CH3
4
Cl
1-bromo-2-chlorobutan
H3C
H3C
CH3
2-bromo-2-chlorobutan
H3C
4
1
Br
2-bromo-3-chlorobutan
*
CH
3
Cl
CH2
2
CH2
1
Br
1-bromo-3-chlorobutan
W tym przypadku o wyborze kierunku
numeracji decyduje lokant podstawnika,
który w nazwie występuje pierwszy
("b" > "c").
Ćwiczenie 4.
Ile wszystkich izomerów podstawienia posiada:
a) dichlorobutan;
b) bromochlorobutan?
Które z tych izomerów posiadają w cząsteczkach
asymentryczne atomy węgla?