Углубленный курс для факультативных занятий (стр. 3 )

Однако если молекула имеет центр симметрии, плоскость симметрии или оси симметрии высших порядков, она не может быть хиральной. Это может наблюдаться, если заместители при асимметрических атомах углерода попарно совпадают.

Для наглядного представления соединений, содержащих асимметрический атом углерода, часто используют так называемые формулы Фишера, предложенные Э. Фишером для описания стереохимии молекул сахаров. В этой формуле два заместителя располагаются горизонтально, а еще два – вертикально. Заместители, расположенные горизонтально, направлены к наблюдателю, а вертикально – от наблюдателя. Например,

Задача

В запах жасмина вносит вклад несколько душистых веществ. Одно из них: магнолинон:

Напишите его название по систематической номенклатуре ИЮПАК с указанием абсолютной конфигурации асимметрических центров.

Решение

Старшими функциональными группами в молекуле магнолинона являются карбонильные группы. Одна из них входит в состав цикла, другая – боковой цепи. Следовательно, в качестве основы названия данного соединения нужно использовать циклопентанон. При этом атом углерода, входящий в состав карбонильной группы, получает номер 1. Циклопентановое кольцо содержит два заместителя: алкильный, содержащий 5 атомов углерода и этильный фрагмент, содержащий карбонильную группу при первом (связанном с циклом) атоме. Первый, согласно номенклатуре ИЮПАК, получает название пентил. Второй – 1-оксоэтил. Для заместителя 1-оксоэтил используется также тривиальное название ацетил. Первый заместитель находится при атоме углерода цикла, имеющем либо порядковый номер 2, либо порядковый номер 5. Второй – при атоме 3, либо при атоме 4. Согласно номенклатуре ИЮПАК, нумерация должна быть выбрана таким образом, чтобы старшая функциональная группа получила наименьший номер. Таким образом, магнолинон нужно называть 3-(1-оксоэтил)-2-пентилциклопентанон (или 3-ацетил-2-пентилциклопентанон). Молекула имеет два стереоцентра: атомы углерода С2 и С3 в цикле. Рассмотрим атом С2. С этим атомом связаны атом водорода (младший заместитель) и три атома углерода. Рассматривая следующие уровни связывания, мы можем сказать, что три заместителя имеют следующее старшинство: С(=О)С (два кислорода, один углерод) > СНСС (два углерода, один водород) > СН2С (два водорода, один углерод). При этом младший заместитель на приведенном изображении направлен за плоскость листа. Движение от старшего заместителя в порядке уменьшения старшинства идет против часовой стрелки (соответствует верхней половине буквы S). Это стереоцентр имеет абсолютную S-конфигурацию. Аналогично определяем, что второй центр имеет R-конфигурацию. Итак, по номенклатуре ИЮПАК магнолинон называется (2S,3R)-3-(1-оксоэтил)-2-пентилциклопентанон (или (2S,3R)-3-ацетил-2-пентилциклопентанон).

Задачи для самостоятельного решения

Уровень 1.

Задача № 1

Напишите структурные формулы изомеров гептана: а) содержащих один вторичный атом углерода; б) не содержащих третичных атомов углерода; в) содержащих два третичных атома углерода.

Задача № 2

Напишите структурные формулы следующих соединений: а) 2,2,4-триметилпентан; б) 3,4-диметил-5,7-ди(1,1-диметилпропил)ундекан; в) 3-аминобутанол; г) 4-аминобутановая кислота; д) 2-бром-5-хлоргексан; е) 7-оксодеканаль; ж) 2-гидроксипропаненитрил.

Задача № 3

Назовите по номенклатуре ИЮПАК следующие соединения:

Задача № 4

Половой аттрактант тутового шелкопряда имеет формулу (10E,12Z)-гексадека-10,12-диен-1-ол. Напишите структурную формулу этого соединения.

Задача № 5

Для лечения грибковых заболеваний используется фунгицид октицил, представляющий собой 2-октилциклопропанкарбоновую кислоту. Напишите структурную формулу этого соединения.

Задача № 6

Среди веществ, используемых в настоящее время для наркоза, два имеют следующие структуры:

Дайте им названия по систематической номенклатуре ИЮПАК.

Задача № 7

Напишите структурные формулы двух межклассовых изомеров, соответствующих формуле C3H4O2. Дайте их названия по систематической номенклатуре ИЮПАК.

Задача № 8

Общее количество атомов в образце предельного первичного амина массой 72,0 г равно 16,0 моль. Определите молекулярную формулу амина и дайте его систематическое название.

Задача № 9

В середине прошлого века в органической химии господствовала теория типов, согласно которой превращения органических соединений описывались подобно реакциям простейших неорганических веществ – H2, HCl, H2O, NH3. Так, образование водорода из хлороводорода (тип HCl) и натрия и его реакцию с хлором (образование HCl) в соответствии с требованиями теории типов можно записать следующим образом:

Углеводороды относили к типу водорода, т. к. они могли быть получены подобно водороду из алкилхлоридов (тип RCl) и в реакциях с хлором образовывали HCl.

1. В соответствии с теорией типов для этана можно написать две типические формулы. Напишите уравнения получения этана и его реакции с хлором в формулах теории типов.

2. Одна из «типических формул» этана позволяет предположить возможность второго (гипотетического) направления реакции этана с хлором, при котором HCl выделяться не будет. Напишите уравнения такого гипотетического превращения этана.

Задача № 10

Приведите примеры хлорпроизводных этана, которые не имеют изомеров.

Задача № 11

Из перечисленных соединений выберите для 4,4-диметилпентина-1: а) изомеры; б) гомологи. 3,6-Диметил-4-этилнонан, ацетилен, гептадиен, 3-этилпента-1,3-диен, гексан, этан, этилен, 7,7-диметилоктин-1.

Уровень 2

Задача № 1

Напишите структурную формулу 1,4-диэтилбензола. Приведите формулы всех изомеров этого соединения, имеющих в бензольном ядре два разных радикала.

Задача № 2

Какую минимальную молярную массу может иметь оптически активный углеводород? Рассмотрите два случая:

а) в молекуле присутствуют только изотопы углерода 12С и водорода 1Н;

б) в молекуле есть атом(ы) дейтерия.

Для каждого случая укажите все возможные структуры, обладающие хиральностью.

Задача № 3

Приведите структурную формулу простейшего алкина, который может существовать в виде двух оптических изомеров. Приведите название этого соединения по номенклатуре ИЮПАК.

Задача № 4

В качестве противосудорожных средств в медицине среди прочих лекарств применяются баклофен (4-амино-3-(4-хлорфенил)бутановая кислота), хлоракон (бензиламид 3-хлорпропионовой кислоты) и мидокалм (гидрохлорид 1-пиперидино-2-метил-3-(4-метилфенил)пропанона). Напишите их структурные формулы.

Задача № 5

Из перечисленных ниже веществ выберите те, которые имеют оптические изомеры, и напишите для них формулы: глицерин, щавелевая кислота, молочная кислота, уксусный альдегид,

Задача № 6

В качестве нейролептиков часто используются различные производные пиперидина, например, галоперидол – 4-(4-хлорфенил)-1-[3-(4-фторбензоил)пропил]пиперидин-4-ол или семан – 1-[4,4-бис(4-фторфенил)бутил]-4-[4-хлор-3-(трифторметил)фенил]пиперидин-4-ол. Напишите их структурные формулы.

Задача № 7

Приведенные ниже соединения относятся к группе транквилизаторов. Назовите их по систематической номенклатуре ИЮПАК.

Задача № 8

Следующие вещества проявляют противовоспалительные свойства, ингибируя фермент циклооксигеназу-1:

Назовите их по систематической номенклатуре ИЮПАК. Укажите, есть ли среди них соединения, содержащие асимметрический атом углерода.

Уровень 3

Задача № 1

Важным интермедиатом в синтезе стероидов является соединение, имеюшее название ((1R,3aR,7aR)-2,3,3а,6,7,7а-гексагидро-7а-метил-1-((S)-2,5-диметилгексил)-1Н-инден-4-ил)метанол. Напишите его структурные формулу.

Задача № 2

Кокаин является местным анестезирующим агентом и сильнодействующим наркотиком. Его формула приведена ниже:

Дайте ему название по систематической номенклатуре ИЮПАК с указанием абсолютной конфигурации асимметрических центров.

Задача № 3

Феромон японского жука джапонилур представляет собой (2R)-[(1Z)-дец-1-ен-1-ил]тетрагидрофуран-5-он. Напишите его структурную формулу.

Задача № 4

Фронталин – феромон соснового жука Dendroctonus frontalis – имеет следующую формулу:

Дайте ему название по систематической номенклатуре ИЮПАК с указанием абсолютной конфигурации асимметрических центров.

Задача № 5

Изобразите структурные формулы углеводородов I-VII, которые соответствуют приведенным в таблице характеристикам (в каждом случае достаточно одного решения).

Углеводород	Некоторые данные по составу и строению	Наличие зеркального изомера	Общее число узомеров (включая стереоизомеры) для замешенных производных при идентичных заместителях
I	C5, ациклический	нет	моно- один, ди- два, три- три, тетра- четыре
II	C7, ациклический, разветвленный	нет	моно- один, ди – четыре (в т. ч. два – зеркальные)
III	С5	нет	моно- два, ди – шесть (в т. ч. два – зеркальные)
IV	С10, трициклический	нет	моно- два, не являющиеся зеркальными
V	С9, тетрациклический	нет	моно- два, являющиеся зеркальными
VI	С12, тетрациклический	нет	моно- один, ди – пять (в т. ч. два – зеркальные
VII	С24, гептациклический	нет	моно- один
VIII	C50Н100, бициклический, все атомы углерода вторичные	нет	моно- один

Задача № 6