12
Discovering Molecular Models #2 | 1 Discovering Molecular Models #2: Stereochemistry: E and Z / R and S There are no additional tutorial or laboratory notes (you don’t need them!). Read and bring your course notes (end of organic unit #2 and all of organic unit #3), as they provide all of the background material necessary to perform these exercises and problems. Bring Your Molecular Model Kits! There will be a quiz at the end of this exercise. If you are performing this in the lab, the mark will count towards your lab component of the course. Likewise, if you are performing this in the tutorial room, it will count towards the tutorial component. A. Familiarization with Molecular Models 1. Build molecular models of each of the two molecules in each pair illustrated below. For each pair, compare the two models by trying to overlap them. Indicate if they isomers of each other or if they are the same molecule? and and and and and and and and and and

Discovering Molecular Models #2: Stereochemistry: E and … · Discovering Molecular Models #2 | 1 Discovering Molecular Models #2: Stereochemistry: E and Z / R and S There are no

  • Upload
    phamanh

  • View
    234

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Discovering Molecular Models #2 | 1 

Discovering Molecular Models #2: Stereochemistry: E and Z / R and S  There are no additional tutorial or laboratory notes (you don’t need them!). Read and bring your course notes (end of organic unit #2 and all of organic unit #3), as they provide all of the background material necessary to perform these exercises and problems.  Bring Your Molecular Model Kits!  There will be a quiz at the end of this exercise. If you are performing this in the lab, the mark will count towards your lab component of the course. Likewise, if you are performing this in the tutorial room, it will count towards the tutorial component.   A. Familiarization with Molecular Models  1.  Build molecular models of each of the two molecules in each pair illustrated below. For 

each pair, compare the two models by trying to overlap them. Indicate if they isomers of each other or if they are the same molecule? 

and

and

and

and

and

and

and and

and and

    

Discovering Molecular Models #2 | 2 

2.  Repeat the exercise below, which is from the lecture notes, to be sure you understand the outcome. For each pair of molecules that are mirror images of each other, are they the same or different (can you overlap the two models at every color… yes or no)? 

 

  

Discovering Molecular Models #2 | 3 

3.  Next, we will look at converting different representations of molecules to those on the previous page, so that they can be manipulated to determine the stereochemistry. Convince yourself that all six of the representations below are of the same molecule. 

  

Br

CH3FH

F

Br HCH3 H

H3C

FBr

CH3C Br CF CH3

Br

H

CH Br

CH3

F

F

H  

Hint: assign each group on the chiral carbon a different colour and build the corresponding models. For example:   

Br

CH3FH

Br

CH3FH

CH3C F

H

Br

CH3C F

H

Br

C

  

 

Discovering Molecular Models #2 | 4 

Note: Fisher projections. These molecules could also have been drawn as Fisher Projections, where the molecule is drawn in the form of a cross, with the central carbon atom being the point of intersection. The horizontal lines signify bonds directed out towards you (wedges), while the vertical lines indicate bonds pointing away (dashes).  

CH3C Br

F

H

CF CH3

Br

H

CH Br

CH3

F

FH3C Br

H

BrF CH3

H

CH3

H Br

F     Exercise: For each of the two molecules below, describe them as being the same as those above, or different. If different, what is the relationship to the others (constitutional isomer or stereoisomer)?  

HF CH3

Br CH3

HBrF

  

     4.  Assign each of the stereocentres in the molecules in question 3 as either R or S. (Assign 

priorities 1, 2, 3, and 4, and use your models. Recall that you first have to build the model that is an accurate representation of the molecule. Second, assign the group priorities and then label appropriately colored ball. Third, rotate the model such that the lowest priority group is pointing away from you. Fourth, see which way the order of groups 1, 2 and 3 are: counterclockwise = S, clockwise = R). 

   

 

Discovering Molecular Models #2 | 5 

5.  This is a more complex example, where there are two or more stereoisomers. Build the two models that are representations of molecules A and B below (shown in three different representations). Are A and B the same molecule or different? How about A and C?  

CH3

Br H

CH3

H Cl

Br

ClH3CH

CH3H

CH3

CBr HC

CH3

H Cl

CH3

H Br

CH3

Cl H

H3C

ClBrH

HCH3

CH3

CH Br

C

CH3

Cl H

A

B

H

CH3BrH3C

HCl

C    

  

Discovering Molecular Models #2 | 6 

6.  The molecules in question 5 each have two stereocentres. Each stereo centre can be either R or S, so the possible molecules could be R, R; S, S; R, S; or S, R (four combinations). How does one use models to assign R and S to larger more complex molecules? Treat each stereo centre separately, and the group containing the other stereo centre is simply regarded as a substituent. Assign R/S to each chiral carbon in molecules A, B, and C in #5. 

 

CH3

Br H

CH3

H Cl

CH3

CBr HC

CH3

H Cl

CH3

H Br

CH3

Cl H

A

B

**

do top carbon firstand assign the priorities

treating the bottomcarbon as a single goup CH3

CBr HC

CH3

H Cl

1

2

3

4

then do bottom carbonfirst and assign the

prioritiestreating the top carbon as

a single goup

CH3

CBr HC

CH3

H Cl

R

CH3

CBr H

C

CH3

H Cl1

2

34 R

H

CH3BrH3C

HCl

C      

Discovering Molecular Models #2 | 7 

B. Practice Problems. Use your models as necessary!  7.  Each of the following has the molecular formula C5H12O. Which ones are chiral? 

OH

OH

OH

OH

OH

OH

    8.  Rank the substituents in each set in order of priority, from highest to lowest. 

a. –Cl, –OH, –SH, –H 

b. –H, –OH, –CHO (aldehyde), –CH3 

c. –H, –N(CH3)2, –OCH3, –CH3 

d. –CH3, –CH2Br, –CHCl2, –‐CH2OH 

e. –CH(CH3)2, –‐C(CH3)3, –CH3, –CH=CH2  

Discovering Molecular Models #2 | 8 

9.   Assign the configurations at the double bond of these compounds as E, Z, or neither.  

CH2BrF

BrO

OH

HOCl CH2Br

FBr

CH3

CH2F

(a) (b) (c)

(d) (e) (f)

F3C CH2Cl

OCH3HO

(g) (h) (i)

O

F

HO

H2N

OH

OH

  

Discovering Molecular Models #2 | 9 

10. Assign R/S to each of the stereo centres in the following molecules.  

Cl CH3

HO H

HO H

H

CH3

ClF

CH2BrHO CH3

CHF2 HO CH3

Br

O OH

H

Br CH3

H

HH3C

H3CH2C

ClH3C

O

CH3

(a) (b)

(c) (d)

(e) (f)

(g) (h)

(i) (j)

H3CO HOH

H3CH2C

H

 

 

Discovering Molecular Models #2 | 10 

11. Label the stereocentres in each of the following molecules. (Some of these are from your course notes). For each, what is the maximum number of stereoisomers possible? 

 HO

CCH

Onorethindrone

(an oral contraceptive)

N

S

O

OH

OHNO

HONH2

amoxicillin(an antibiotic)

O

O NH

HOOH

OH

OH

OOH

pancratistatin(an anti-cancer drug)

CH3

CH3

H3C

HO

O

Vitamin E

farnesene(found in the waxing

coating of apples)

HOH

Vitamin D2

  

Discovering Molecular Models #2 | 11 

12. Assign R/S to each stereocentre in the following molecules.  

CH3

H Cl

CH3

ClH

HBrH3C

FH3C

H

H3NNH

O

OCH3

HO

HO

O

NHCH3

HO H

H3C H

ephedrine(brochodilator) aspartame

(artificial sweetener)    

Discovering Molecular Models #2 | 12 

13.  How are the compounds in each pair related? Are they identical, enantiomers, constitutional isomers, or not isomers of each other? 

 

BrH2C CH3CH2OH

O OH

Cl

Br CH3

H

HH3C

Br

ICl

H

I

BrH

ClCH3

F3C CH3Br

CH3H3C CF3

Br

Br

BrCH3

BrH2C

HOH2CH

H

O

OH

H

H CH3

Br

ClH3C

OCH3 OH

CH3

H CH2CH3

OH

H

H CH3

CH3

HHO