Перечисление стереоизомеров (правило 2ⁿ, мезоформы, энантиомеры)

Кратко: нарисуйте молекулу или вставьте её SMILES. Инструмент находит все стереоцентры и стереогенные двойные связи, строит все 2ⁿ вариантов, убирает повторы, чтобы мезоформы считались один раз, обозначает каждый изомер R/S и E/Z и распределяет их по парам энантиомеров и диастереомерам.

Используйте его, чтобы отвечать на вопросы «сколько стереоизомеров?», чтобы понять, почему у винной кислоты их 3, а не 4, или чтобы нарисовать все 16 альдогексоз. Стереометки, заданные в SMILES, используются как фильтр: подходящие изомеры отмечаются.

Как пользоваться перечислением стереоизомеров

1. Нарисуйте молекулу в редакторе, вставьте SMILES и нажмите Enter или нажмите пример, например Винная кислота. Стереометки необязательны.
2. Посмотрите подсчёт: число стереоцентров и стереогенных двойных связей, верхний предел 2ⁿ и сколько реальных стереоизомеров остаётся.
3. Каждый стереоизомер рисуется с обозначениями R/S и E/Z и пометкой «хиральный», «мезо» или «ахиральный». Энантиомеры показаны зеркальными парами.
4. Таблица в конце показывает, являются ли любые два изомера энантиомерами или диастереомерами. Нажмите Открыть в MolDraw под структурой, чтобы отредактировать или экспортировать её.

Подсчёт стереоизомеров: правило 2ⁿ

Стереоцентр — обычно атом углерода с четырьмя разными группами. Стереогенная двойная связь имеет две разные группы на каждом конце, поэтому может быть E или Z. У каждого из них два варианта, поэтому n таких элементов дают не более 2ⁿ стереоизомеров.

Реальное число меньше, если молекула симметрична:

• Мезоформы. Если две половины молекулы одинаковы, вариант вроде (2R,3S) может иметь внутреннюю плоскость симметрии. Тогда он идентичен своему зеркальному отражению, поэтому считается один раз и оптически неактивен.
• Симметричные диены. В гекса-2,4-диене (2E,4Z) и (2Z,4E) — одна и та же молекула, поэтому изомеров 3, а не 4.
• Циклы. цис-1,2-Диметилциклогексан — мезоформа; транс-форма — пара энантиомеров, итого 3. У 1,4-дизамещённых циклов есть только цис и транс, без R/S.

Энантиомеры, диастереомеры и мезосоединения

• Энантиомеры — несовместимые зеркальные отражения. Каждый стереоцентр обращён: (2R,3R) и (2S,3S). У них одинаковые физические свойства, кроме направления вращения плоскости поляризованного света.
• Диастереомеры — стереоизомеры, не являющиеся зеркальными отражениями. Одни центры различаются, другие нет: (2R,3R) и (2R,3S). Цис/транс (E/Z)-изомеры тоже диастереомеры. У них разные температуры плавления, кипения и растворимость.
• Мезосоединения имеют стереоцентры, но ахиральны из-за внутренней плоскости симметрии (или центра инверсии).
• Эпимеры — диастереомеры, различающиеся только одним центром, например глюкоза и галактоза (C4).

Как инструмент их находит

Он перебирает все комбинации R/S и E/Z и записывает каждую в виде канонического кода с учётом стереохимии. Два варианта с одинаковым кодом — одна и та же молекула, поэтому мезоформа сохраняется один раз, а два энантиомера остаются двумя. Центры, которые становятся стереогенными только после фиксации соседей (псевдоасимметрические центры, обозначаемые r или s), находятся повторным поиском.

Разобранные примеры

Типичные ошибки

• Давать 2ⁿ как ответ для симметричной молекулы. Сначала проверьте мезоформы.
• Пропускать двойные связи E/Z. Они учитываются в n так же, как стереоцентры.
• Считать C=C в малом цикле E/Z. В циклах меньше восьми атомов возможна только цис (Z)-форма.
• Называть (2R,3S) и (2S,3R) двумя изомерами, когда молекула симметрична. Это одно мезосоединение.
• Считать азот в амине стереоцентром. Он инвертируется слишком быстро, чтобы R и S можно было разделить.

Элементы: C, H, N, O, S, F, Cl, Br, I. До 40 атомов, кроме водорода, и до 256 стереоизомеров.

Другие химические инструменты