Drawing Newman Projections
A molekulák rajzolásának különböző módjait láttuk eddig, mint az egyenes láncú, teljesen írott és sűrített formátumok. Van még egy másik módja is a molekula megrajzolásának és megjelenítésének, amit Newman-projekciónak nevezünk. Ez a rész a Newman-projekciók megértésére és rajzolására összpontosít
Egy adott molekulában az atomok szabadon forognak az egyszerű kötések körül. Ezt nagyon fontos megjegyezni a Newman-projekciók rajzolásához.
A Newman-projekció egy módja annak, hogy pillanatfelvételt készítsünk arról, hogyan néz ki egy molekula egy adott időpontban, a megszokottól eltérő szögből. A Newman-projekciók a molekula bármely két szénatomjára és az azokról leváló csoportokra összpontosítanak azáltal, hogy eltolják a nézetet, amelyből a molekulát szemléltetik.
A Newman-projekciók rajzolásakor nézzük a molekulát egy másik perspektívából, két szénatomot lefelé nézve, így csak az elülső szénatomot látjuk, a hátsót nem (mivel azt az elülső szén eltakarja). Ha a szénatomokról leváló csoportokat nézzük, azok Y alakot fognak alkotni (gyakran, de nem mindig, egy jobbra fordított Y-t vagy egy fejjel lefelé fordított Y-t).
A Newman-projekciók rajzolásakor az elülső szénatomot az “Y-szerű” alakzat központi pontja jelzi, a hátsó szénatom pedig nincs kifejezetten feltüntetve, bár feltételezzük, hogy közvetlenül az elülső szénatom mögött van.
A fenti ábrán a hátsó szenet 60˚-os lépésekben forgattuk el, hogy hangsúlyozzuk az egyszerű kötések körüli szabad forgást, de nem kell mindig 60 fokkal elforgatni. Sőt, tetszés szerint forgathatjuk az elülső és a hátsó szenet is.
Amint minden egyes szén elfordul, az atomok mozgása során némi átfedés keletkezik. Ennek oka a sztérikus akadály, a molekulában lévő szubsztituensek által kifejtett taszító erő. Lényegében a nagy csoportok a lehető legtávolabb akarnak lenni egymástól, de egy Newman-projekcióban az atomok kénytelenek elég közel lenni egymáshoz, ezért van jelen egy taszító erő. Az átfedés, és az ehhez az átfedéshez kapcsolódó energiakülönbség a Newman-projekciók két energetikai alcsoportját eredményezi: a fogyatkozó és a lépcsőzetes konformációkat.
A fogyatkozó konformációk több sztérikus akadályt eredményeznek két atom között, mint a lépcsőzetes konformációk, mivel az atomok milyen közel kerülhetnek egymáshoz. A fogyatkozó konformációk ezért kevésbé stabilak, mint a lépcsőzetes konformációk.
A stabilitás és az energia mennyisége fordítottan arányos. Ha a molekulának nagy a stabilitása, akkor kisebb az energiája; ha a molekulának kicsi a stabilitása, akkor nagy az energiamennyisége. Ha belegondolsz, ennek van értelme. A molekulák mindig alacsony energiájú állapotba próbálnak jutni, tehát ha egy molekulának magas az energiája, akkor instabil lesz, mivel alacsonyabb energiájú állapotba akar jutni.
A csúszókonformációknak magasabb az energiájuk, és kevésbé stabilak, mint a lépcsőzetes konformációk.
-
Esztaggatott
A sztaggatott konformációk meglehetősen stabil konformációk, mivel az atomok széthúzódnak egymástól, hogy minimalizálják a sztérikus akadályokat. Egy példa a lépcsőzetes konformációra így néz ki:
A lépcsőzetes konformációk leírására 2 másik kifejezést is használnak:
- Anti-konformáció
- Gauche-konformáció
Anti-konformáció
A Newman-projekció legstabilabb formája az anti-konformáció. Ebben az alakban az elülső szénről leváló legnagyobb szubsztituens pontosan 180o -ra van a hátsó szénen levő legnagyobb szubsztituensétől; ezért a Newman-projekció két legnagyobb szubsztituens a lehető legtávolabb van egymástól mindkét szénen, ami a lehető legkisebb sztérikus akadályhoz vezet. A fent használt példában az anti-konformáció így néz ki:
Gauche-konformációk
A Gauche-konformációk olyan lépcsőzetes molekulák, amelyeknek van némi sztérikus akadálya. Míg a legstabilabb anti-konformációban a két legnagyobb szubsztituens 180°-ra van egymástól, addig a gauche-konformációkban a két legnagyobb molekula 60°-ra van egymástól. Ezek a konformációk stabilabbak, mint a fogyatkozó konformációk (lásd a következő szakaszt), de kevésbé stabilak, mint az anti-konformációk, mivel van némi sztérikus akadályozó kölcsönhatás. Nézzük meg ugyanennek a molekulának a gauche-konformációit:
Minél nagyobbak a csoportok, annál nagyobb a gauche-hatás, mivel több sztérikus akadályozó hatás lenne jelen.
2. Eclipsed
A eclipsed konformációban a Newman-projekcióban a két fókuszos szénatomról érkező csoportok kölcsönhatásba lépnek egymással és taszítják egymást, sztérikus akadályozó hatást keltve, mivel közvetlenül fedik egymást. A nagyobb szubsztituensek – például az alkilcsoportok, a halogének és az oxigéntartalmú csoportok – nagyobb akadályokat hoznak létre. Minél nagyobbak a szubsztituensek, annál több akadályozó tényező van jelen.
Gondoljunk például a következő molekula 3 lehetséges fogyatkozó konformációjára:
A lehetséges fogyatkozó konformációk közül az egyik forma kevésbé stabil, mint a többi, amint azt az alábbi ábra mutatja. Ezt a Newman-vetület két legnagyobb szubsztituensének átfedése hozza létre a két fókuszban lévő szénatomon. Az alábbi diagramon az egyes szénatomok két legnagyobb szubsztituensét rózsaszínnel jelöltük. A fluor szintén nagy atom, de nem olyan nagy, mint a ciklikus szubsztituens (amely C6H8-nak van jelölve).