2Б Циклические углеродные скелеты

1. Выпишите углеродный скелет, содержащий в цикле n атомов С.

2. Укажите в цикле π-связи, если они есть.

3. Последовательно переходите к скелетам, содержащим в цикле (n-1), (n-2), (n-3) и т.д. атомов С, соблюдая логику алгоритма, приведённого для ациклических структур.

Примечание. Для изображения циклов можно использовать упрощённые структурные формулы – изображения многоугольников, в каждой вершине которых предполагается наличие атома С; наличие соответствующего числа атомов Н предполагается, но не указывается.

Для состава С₅Н₁₀ должны получиться следующие циклоалканы:

циклопентан метилциклобутан этилциклопропан

С ₅: ; (С₄ + С₁): СН₃; (С₃ + С₂): СН₂–СН₃;

( С₃ + С₁ + С₁): СН₃

Н₃С СН₃ СН₃

1, 2-диметилциклопропан 1, 1-диметилциклопропан

3. Для углеводородов, содержащих двойные связи или циклы (до восьмичленных) рассмотрите возможность существования пространственных геометрических изомеров. Если такие изомеры существуют, покажите их пространственные формулы.

Из всех изомеров с двойной связью (раздел 2а, пункт 8 алгоритма) выберите такие изомеры, в которых присутствует только 2 одинаковых заместителя (заместителями могут быть и атомы Н), расположенные на разных концах двойной связи. Составьте пространственные формулы геометрических изомеров выбранных веществ.

Н₃С – НС = СН – СН₂ – СН₃

п ентен-2

Н ₃С СН₂ – СН₃ Н₃С Н

С = С С = С

Н Н Н СН₂ – СН₃

цис-пентен-2 транс-пентен-2

Из изомеров, содержащих цикл (раздел 2б алгоритма), выберите такие соединения, в которых к циклу в разных местах присоединено не менее двух одинаковых или разных заместителей или алкильных групп. Приведите пространственные формулы геометрических изомеров этих веществ.

Запомните: если с циклом связано более 2-х заместителей, то число геометрических изомеров будет больше 2-х.

Н₃С СН₃

1, 2-диметилциклопропан

Н₃С СН₃ Н₃С Н

Н Н Н СН₃

цис-1,2-диметилциклопропан транс-1,2-диметилциклопропан

4. Определите, молекулы каких веществ, определённых в пунктах 2 и 3 данного алгоритма, обладают хиральностью, т.е. не имеют плоскости симметрии. Пространственные изомеры хиральных молекул оптически активны, они называются оптическими изомерами. Выделив хиральные молекулы, изобразите пространственные формулы оптических изомеров.

Как правило, молекула хиральна, если в ней содержатся асимметрические атомы С (1 и более).

Асимметрическим атомом углерода (С*) называется атом углерода, находящийся в sp³-гибридизации, соединённый с четырьмя различными заместителями.

Для определения хиральных молекул нужно отобрать среди всех найденных изомеров (включая геометрические) молекулы, содержащие С*. Затем для каждой выбранной молекулы нужно привести пространственные формулы оптических изомеров.

Помните, что у каждого С* существует 2 различные конфигурации, относящиеся друг к другу как предмет и его зеркальное отражение. Хиральная молекула и её отражение в плоском зеркале не совмещаются.

В рассматриваемом примере атомы С* содержат только геометрические изомеры 1,2-диметилциклопропана. Но молекула цис-1,2-циклопропана, имея С*, обладает плоскостью симметрии, т.е. ахиральна (молекула совместима с её отражением в плоском зеркале). Молекула транс-1,2-циклопропана включает С* и не имеет плоскости симметрии, поэтому она хиральна, для неё существует 2 оптических изомера (энантиомера).

Н₃С Н Н СН₃

Н СН₃ Н₃С Н

воображаемое зеркало