Kreslení Newmanových projekcí
Dosud jsme se setkali s různými způsoby kreslení molekul, jako je přímý řetězec, plně psaný a zhuštěný formát. Existuje ještě jeden způsob kreslení a vizualizace molekuly, který se nazývá Newmanova projekce. V této části se zaměříme na pochopení a kreslení Newmanových projekcí
V dané molekule atomy volně rotují kolem jednotlivých vazeb. To je velmi důležité si zapamatovat pro kreslení Newmanových projekcí.
Newmanova projekce je způsob, jak zachytit, jak vypadá molekula v určitém časovém okamžiku z jiného úhlu, než jsme zvyklí. Newmanovy projekce se zaměřují na libovolné dva uhlíky a skupiny z nich vycházející v molekule tím, že posunou pohled, ze kterého je molekula vizualizována.
Při kreslení Newmanových projekcí se na molekulu podívejte z jiné perspektivy tak, že se podíváte dolů na dva atomy uhlíku, takže uvidíte pouze přední atom uhlíku a ne zadní (protože je blokován předním uhlíkem). Pokud se podíváte na skupiny vycházející z uhlíků, vytvoří tvar Y (často, ale ne vždy, pravotočivé Y nebo obrácené Y).
Při kreslení Newmanových projekcí je přední uhlík označen středovým bodem z „Y-like“ tvaru a zadní uhlík není výslovně zobrazen, ačkoli se předpokládá, že je hned za předním uhlíkem.
Na obrázku výše jsme zadní uhlík otočili po 60˚, abychom zdůraznili volnou rotaci kolem jednoduchých vazeb, ale nemusíte vždy otáčet o 60 stupňů. Kromě toho můžeme přední i zadní uhlík otáčet, jak chceme.
Při otáčení jednotlivých uhlíků dochází k určitému překrývání při pohybu atomů. To je způsobeno sterickou překážkou, odpudivou silou, kterou působí substituenty v molekule. Velké skupiny chtějí být v podstatě co nejdále od sebe, ale v Newmanově projekci jsou atomy nuceny být poměrně blízko sebe, takže je přítomna odpudivá síla. Překrývání a energetický rozdíl spojený s tímto překrýváním vede ke dvěma energetickým podskupinám Newmanových projekcí: zatmělé a rozložené.
Zatmělé konformace vedou k větší sterické překážce mezi dvěma atomy než rozložené konformace, protože atomy se mohou dostat blízko k sobě. Zatmělé konformace jsou proto méně stabilní než konformace rozložené.
Stabilita a množství energie jsou nepřímo úměrné. Pokud má molekula vysokou stabilitu, má nižší množství energie; pokud má molekula nízkou stabilitu, má vysoké množství energie. Když se nad tím zamyslíte, dává to smysl. Molekuly se vždy snaží dostat do stavu s nízkou energií, takže pokud má molekula vysokou energii, bude nestabilní, protože se chce dostat do stavu s nižší energií.
Klipované konformace mají vyšší energii a jsou méně stabilní než rozložené konformace.
-
Šachovnicové
Šachovnicové konformace jsou poměrně stabilní konformace, protože atomy jsou rozloženy od sebe, aby se minimalizovaly sterické překážky. Příklad šachovnicové konformace vypadá takto:
Pro popis šachovnicových konformací se používají další 2 termíny:
- Antikonformace
- Gaucheho konformace
Antikonformace
Nejstabilnější formou Newmanovy projekce je antikonformace. V této formě je největší substituent vycházející z předního uhlíku vzdálen přesně 180o od největšího substituentu na zadním uhlíku; proto jsou dva největší substituenty na každém uhlíku Newmanovy projekce od sebe co nejvíce vzdáleny, což vede k co nejmenší sterické překážce. Ve výše použitém příkladu vypadá antikonformace takto:
Konformace Gauche
Konformace Gauche jsou rozložené molekuly, které mají určitou sterickou překážku. Zatímco nejstabilnější antikonformace má dva největší substituenty od sebe vzdálené 180°, gauche konformace mají dvě největší molekuly od sebe vzdálené 60°. Tyto konformace jsou stabilnější než konformace se zatměním (viz další oddíl), ale méně stabilní než antikonformace, protože zde existuje určitá interakce sterické překážky. Podívejme se na gauche konformace v téže molekule:
Čím větší skupiny, tím větší gauche efekt, protože by bylo přítomno více sterických překážek.
2. Zatemněná
V zatemněné konformaci skupiny vycházející ze dvou uhlíků ohniska v Newmanově projekci interagují a vzájemně se odpuzují, což vytváří sterické překážky, protože se navzájem přímo překrývají. Větší substituenty – jako jsou například alkylové skupiny, halogeny a skupiny obsahující kyslík – vytvářejí větší překážky. Čím větší jsou substituenty, tím větší je přítomnost překážek.
Přemýšlejte například o třech možných zatmělých konformacích, které může mít následující molekula:
Z možných zatmělých konformací je jedna forma méně stabilní než ostatní, jak ukazuje následující diagram. Ta vzniká překrytím dvou největších substituentů na dvou uhlících, na které se Newmanova projekce zaměřuje. V diagramu níže jsou dva největší substituenty na každém uhlíku označeny růžovou barvou. Fluor je také velký atom, ale ne tak velký jako cyklický substituent (který je označen jako C6H8)
.