Basiskennis chemie 4/Stereochemie, R en S
Koolstof met drie afwijkende substituenten,
Koolstof met drie afwijkende (van waterstof) substituenten heeft vier verschillende atomen aan zich gebonden. Dit is het geval in broomchloorjoodmethaan:
Fig. 1
Stereochemie
- Zwart = koolstof, wit = waterstof, groen = chloor, bruin = broom, violet = jood
- In figuur 1 is gebruik gemaakt van de volgende afspraken:
- Bindingen in het vlak van de tekening worden met een gewone lijn aangegeven. Het koolstof-, chloor- en waterstof-atoom liggen allemaal in het vlak van de tekening, de bindingen ertussen zijn gewone lijnen.
- Bindingen die vanuit het vlak naar je toekomen worden met een steeds bredere wordende lijn aangegeven. Het broom-atoom is dichter bij dan het koolstof-atoom. De bindingslijn wordt vanaf koolstof steeds breder.
- Bindingen die van je af lopen worden met een stippellijn aangeduid. Het jood-atoom is verder weg dan koolstof ( en de andere atomen): de bindingslijn is als een gebroken lijn aangegeven.
- Zwart = koolstof, wit = waterstof, groen = chloor, bruin = broom, violet = jood
Weergave van ruimtelijke structuren
In bovenstaande figuur is het molecuul twee keer getekend. De lijn tussen de twee moleculen is het spiegelvlak. Het rechter molecuul is een spiegeling van het linker. Dat het om twee verschillende moleculen gaat wordt goed duidelijk als je een model van beide moleculen maakt, maar op papier lukt het ook: draai de moleculen zo, dat het waterstofatoom recht naar achter wijst. Het verdwijnt dan achter het koolstofatoom.
Fig. 2
Molecuul draaien
- Het linker molecuul is, van boven af gezien, een kwart slag met de klok mee gedraaid.
- Het waterstofatoom dat in figuur 1 samen met het koolstofatoom in het vlak van de tekening lag is recht naar achteren gedraaid en nog net zichtbaar achter het koolstofatoom.
- Het chlooratoom lag samen met het koolstof- en het waterstofatoom in het vlak van de tekening. Doordat het waterstofatoom nu recht naar achteren wijst, komt het chlooratoom vanaf koolstof naar voren toe.
- Het broom-atoom is ten opzichte van koolstof aan de voorkant gebleven, maar van de rechter- naar de linker linkerkant verschoven.
- Jood lag ten opzichte van koolstof iets verder weg, maar is door de rotatie van achter naar voren gekomen. Het is wel aan de linkerkant van koolstof gebleven.
- Voor het rechter molecuul geldt een vergelijkbare beschrijving.
Duidelijk is nu te zien dat de atoomnummers van chloor, broom en jood in het linker molecuul tegen de klok in zijn geplaatst, in het rechter molecuul is de volgorde juist met de klok mee.
R en S
Door de chemici Cahn, Ingold en Prelog zijn de naamgevingsregels opgesteld voor dit soort moleculen. De regels heten ook naar hen, al wordt de naam vaak afgekort tot CIP-regels.
Kort samengevat luiden deze regels:
- Als een koolstofatoom 4 verschillende substituenten heeft dan
- Kijk welke substituent het laagste atoomnummer heeft, draai deze substituent naar achteren
- Kijk bij de substituenten die nu naar voren staan of de atoomnummers met de klok mee oplopen of er tegenin.
- Met de klok mee, dan is het een R-molecuul (hoofdletter R). De "R" is afkomstig uit het Latijn voor rechts: rectus.
- Tegen de klok in dan is het een S-molecuul (hoofdletter S) De "S" is afkomstig uit het Latijn voor links: sinister.
CIP-regels
Cahn-Ingold-Prelog-prioriteitsregels
Cahn-Ingold-Prelog-prioriteitsregels
Soms levert het eerste atoom aan een chiraal centrum nog geen uitsluitsel over de prioriteit op. Een voorbeeld daarvan is arabinose. Het middelste koolstof-atoom heeft een waterstof-atoom en een hydroxyl-groep als substituenten en nog twee koolstof-atomen. De beide koolstof-substituenten zijn niet in hun eerste atoom te onderscheiden. In die gevallen wordt naar een volgend atoom gekeken of eventueel een derde. Een dubbel gebonden atoom wordt daarbij gewoon twee keer geteld.
 |  |
| Arabinose | CIP-regels coor C3 in arabinose. |
- Het waterstof-atoom aan C3 heeft duidelijk de laagste prioriteit: IV.
- Zuurstof heeft een hogere priorteit dan koolstof, dus dat levert I op.
- De twee koolstof-substituenten hebben beide een waterstof- een zuurstof- en weer een koolstof-atoom als substituenten. Dit levert nog steeds geen verschil.
- De volgende koolstof-atomen leveren wel een verschil op: aan de een zit 1 zuurstof-atoom en twee waterstof-atomen, bij de ander is het juist andersom: het zuurstof-atoom dat dubbel gebonden is wordt twee keer geteld. De kant van de aldehyde-groep krijgt dus prioriteit II en die onderste groep prioriteit III.
