Sebbene gli enantiomeri possano essere identificati dalle loro caratteristiche rotazioni caratteristiche, l'assegnazione di una configurazione univoca ad ognuno di essi non è stata ancora discussa. Abbiamo fatto riferimento alle configurazioni speculari degli enantiomeri con i termini "mano destra" e "mano sinistra", ma decidere qual è l'una e quale è l'altra non è un compito banale. Un primo modo assegnava il prefisso D agli enantiomeri chimicamente connessi ad un composto di riferimento di "mano destra" ed il prefisso L agli enantiomeri connessi in maniera simile ad un gruppo di "mano sinistra". Sebbene questa notazione sia ancora applicata ai carboidrati e agli amminoacidi, essa richiedeva trasformazioni chimiche per stabilire relazioni di gruppo, e dimostrava di essere ambigua applicandola in modo generico. Una soluzione al pressante problema di assegnazione della configurazione fu escogitato da tre chimici europei: R. S. Cahn, C. K. Ingold e V. Prelog. Il sistema di nomenclatura risultante è qualche volta chiamato sistema CIP o R-S. Nel sistema di nomenclatura CIP, ad ogni centro stereogenico in una molecola è assegnato un prefisso (R o S), in accordo con la sua configurazione di mano destra o sinistra. Non sono richieste reazioni o interrelazioni chimiche per questa assegnazione. Il simbolo R deriva dal latino rectus che sta per destro e S da sinister che sta per sinistro. L'assegnazione di questi prefissi dipende dall'applicazione di due regole: la regola della successione e la regola del punto di osservazione. La regola della sequenza è la stessa che è stata applicata per assegnare i prefissi E e Z agli stereoisomeri con doppio legame. Dal momento che la maggior parte dei centri stereogenici chirali che noi incontreremo sono atomi di carbonio asimmetrici, tutti i quattro differenti sostituenti possono essere ordinati in questo modo:
Stabilire le priorità dei sostituenti sul doppio legame dall'osservazione degli atomi uniti direttamente agli atomi di carbonio del doppio legame.
1. Più è alto il numero atomico dell'atomo diretto sostituente, più è alta la priorità. Per esempio, H– < C– < N– < O– < Cl– (la priorità aumenta da sinistra a destra). (A differenti isotopi dello stesso elemento vanno assegnate priorità in accordo con la loro massa atomica.) 2. Se due sostituenti hanno lo stesso atomo diretto sostituente, spostarsi verso l'atomo successivo (allontanandosi dal doppio legame) fino a che si incontri una differenza. Per esempio, CH3– < C2H5– < ClCH2– < BrCH2– < CH3O–. 3. Se s'incontrano gruppi sostituenti legati con doppio o triplo legame, essi vanno trattati come un insieme di atomi legati con legame semplice. Per esempio, C2H5– < CH2=CH– < HC≡C–.
Una volta determinate le priorità relative dei quattro sostituenti, il centro chirale può essere esaminato dal lato opposto al gruppo a più bassa priorità. Se abbiamo numerato i gruppi sostituenti da 1 a 4, con 1 essente il più elevato e 4 il più basso nella successione delle priorità, le due configurazioni enantiomeriche sono mostrate nell'illustrazione seguente in linea con un occhio, che osserva dal lato opposto al sostituente n. 4.
Ricordando le implicazioni geometriche della rappresentazione dei legami a cuneo e tratteggiati, un osservatore (l'occhio) nota se una freccia curvata tesa dalla posizione 1, passando per la 2, raggiunge la 3, è in senso orario o antiorario. Se la rotazione avviene in senso orario, come nell'esempio a destra, la configurazione è classificata con R. Se essa è in senso antiorario, come illustrato a sinistra, la configurazione è S. Un altro modo per ricordare la regola del punto di osservazione, è pensare al carbonio asimmetrico come ad un volante di automobile. Il legame del gruppo a più bassa priorità (4) è lo stelo, e gli altri legami sono le razze del volante. Se il volante è ruotato dal gruppo 1 verso il gruppo 2, per raggiungere il gruppo 3, ciò può essere fatto sia in senso orario (R) che in antiorario (S). Questo modello è illustrato sotto per una rotazione in senso orario, e sono mostrate alla sua destra le corrispondenti configurazioni (R) dell'acido lattico e del carvone. L'atomo di carbonio stereogenico è colorato in magenta in entrambi i casi, e le priorità di successione sono mostrate da numeri di colore blu chiaro. Notare che se qualsiasi dei due gruppi sostituenti su di un carbonio stereogenico è scambiato o spostato, la configurazione si trasforma nella sua immagine speculare.
L'ordine di successione dei gruppi sostituenti nell'acido lattico dovrebbe essere ovvio, ma l'esempio del carvone richiede un'attenta analisi. L'idrogeno è chiaramente il sostituente a più bassa priorità, ma gli altri tre gruppi sono tutti attaccati al carbonio stereogenico da legami con atomi di carbonio (qui colorati in blu). Due delle dirette specie sostituenti sono gruppi metilene (CH2), ed il terzo è un carbonio doppiamente legato. La terza regola delle successioni ci permette di ordinare questi sostituenti. Il doppio legame carbonio-carbonio è spezzato sì da fornire atomi di carbonio con legami singoli immaginari (gli atomi virtuali sono colorati in rosso nella struttura equivalente). Sotto tale forma, il doppio legame assume priorità di un gruppo alchilico ternario, che è più elevata di un gruppo metilene. Per stabilire la priorità di successione dei due sostituenti metilenici (entrambi parte dell'anello), dobbiamo allontanarci dal centro stereogenico fino a localizzare un punto in cui si ravvisa una diversità (punto di differenza). Questo avviene sul carbonio successivo, il quale su di un lato è parte di un doppio legame carbonilico (C=O), e sull'altro è parte di un doppio legame carbonio-carbonio. La regola n. 3 va ancora utilizzata per valutare i due casi. Il gruppo carbonile colloca due atomi di ossigeno (uno virtuale) sull'atomo di carbonio adiacente, così questa parte del metilene è ordinata in testa agli altri. Un'interessante caratteristica dei due esempi qui mostrati è che la configurazione R in entrambi i casi presenta attività ottica levogira (-). Le configurazioni S da immagine speculare sono, ovviamente, destrogire (+). E' importante ricordare non c'è una semplice ed ovvia relazione tra le designazioni R ed S di una configurazione molecolare e la rotazione specifica misurata sperimentalmente dei composti che essa rappresenta. Allo scopo di determinare la vera o "assoluta" configurazione di un enantiomero, come nei casi dell'acido lattico e del carvone riportati qui, è necesssario confrontare il composto con una molecola strutturalmente nota oppure condurre un'analisi alquanto complessa con i raggi X su un singolo cristallo del campione.
Le configurazioni enantiomeriche dell'acido lattico e del carvone possono essere esaminate come modelli Chime .
Una struttura molecolare tridimensionale sarà mostrata qui, e può essere ruotata in tutte le direzioni con il mouse. Il carbonio è grigio, l'idrogeno è ciano, l'ossigeno è rosso e l'azoto è blu scuro. Altri atomi sono colorati differentemente e sono etichettati. Definire la configurazione della molecola selezionando uno dei tre termini elencati sotto. La risposta corretta sarà presentata cliccando sul pulsante "Controlla".
Esempio 1 Esempio 2 Esempio 3 Esempio 4 Esempio 5 Esempio 6 Esempio 7 Esempio 8Esempio 9Esempio 10Esempio 11Esempio 12
L'arboscello cinese Ma Huang (Ephedra vulgaris) contiene i due composti efedrina e pseudoefedrina con attività fisiologica. Entrambi i composti sono stereoisomeri del 2-metilammino-1-fenil-1-propanolo, ed entrambi sono otticamente attivi, di cui uno è levogiro e l'altro destrogiro. Dal momento che le proprietà di questi composti (vedi sotto) sono significativamente diverse, essi non possono essere enantiomeri. Come possimo, allora, classificare questi isomeri ed altri simili ad essi?
Poiché questi due composti sono otticamente attivi, ognuno di essi può avere un enantiomero. Sebbene questi stereoisomeri mancanti non fossero presenti nella fonte naturale, essi sono stati preparati sinteticamente ed hanno le attese identiche proprietà fisiche e rotazioni specifiche di segno opposto di quelli elencati prima. La formula di struttura del 2-metilammino-1-fenilpropanolo ha due atomi di carbonio stereogenici (1 e 2). Ognuno può assumere una configurazione R o S, così ci sono quattro possibili combinazioni stereisomeriche. Queste sono mostrate nell'illustrazione seguente, insieme con le assegnazioni che sono state eseguite sulla base delle interconversioni chimiche.
Come regola generale, una struttura avente n centri stereogenici avrà 2n possibili combinazioni di questi centri. A seconda della simmetria complessiva della struttura molecolare, alcune di queste combinazioni possono essere identiche, ma in assenza di tali identità, dovremmo attenderci di trovare 2n stereoisomeri. Alcuni di questi stereoisomeri avranno relazioni enantiomeriche, ma gli enantiomeri vengono in coppie, per cui saranno comuni stereoisomeri non enantiomerici. Ci riferiamo a tali stereoisomeri con il termine di diastereoisomeri. Nell'esempio precedente, ciascuno degli enantiomeri dell'efedrina ha una relazione diastereoisomerica con ciascuno degli enantiomeri della pseudoefedrina.
Le configurazioni degli enantiomeri dell'efedrina e della pseudoefedrina possono essere esaminate come modelli Chime .
Un esame ravvicinato degli isomeri dell'efedrina e della pseudoefedrina suggerisce che un altro centro stereogenico, l'azoto, è presente. Come precedentemente notato, l'azoto legato con legami singoli ha una forma piramidale, con la coppia di elettroni di non-legame che punta in direzione dell'angolo non occupato di una zona del tetraedro. Dal momento che l'azoto in questi composti è legato a tre gruppi diversi, la sua configurazione è chirale. Le configurazioni non identiche sul piano speculare sono illustrate nel diagramma seguente (il resto della molecola è rappresentato da una R, e la coppia di elettroni è colorata in giallo). Se queste configurazioni fossero stabili, ci dovrebbero essere quattro stereoisomeri addizionali di efedrina e pseudoefedrina. Tuttavia, l'azoto piramidale non è di norma configurazionalmente stabile. Esso converte rapidamente la sua configurazione (frecce d'equilibrio) passando attraverso uno stato di transizione ibridizzato sp2 planare, producendo una miscela di configurazioni R e S interconvertibili tra di esse. Se l'atomo di azoto è l'unico centro stereogenico nella molecola, esisterà all'equilibrio una miscela (racemica) 50:50 di configurazioni R ed S. Se sono presenti altri centri stereogenici, come negli isomeri dell'efedrina, ne risulterà una miscela di diastereoisomeri. In ogni caso, i gruppi azotati come questo, se presenti in un composto, non contribuiscono alla formazione di stereoisomeri isolabili.
L'inversione dell'azoto piramidale dell'ammoniaca può essere esaminato come modello Chime .
Il problema della rappresentazione tridimensionale delle configurazioni su di un piano bidimensionale, come un pezzo di carta, è stato a lungo oggetto di studio dei chimici. Le notazioni con cunei e tratteggi che abbiamo utilizzato sono efficaci, ma possono essere scomode quando applicate a composti aventi molti centri stereogenici. Come parte della sua ricerca sui carboidrati che gli valsero il premio Nobel, Emil Fischer, escogitò una semplice notazione che è ancora largamente utilizzata. In un diagramma di proiezione di Fischer, i quattro legami di un carbonio strerogenico creano una croce con l'atomo di carbonio posto all'intersezione delle linee orizzontali e verticali. I due legami orizzontali sono diretti verso l'osservatore (davanti al carbonio stereogenico). I due legami verticali sono diretti posteriormente al carbonio centrale (lontano dall'ossevatore). Poiché questo non è il modo usuale in cui abbiamo osservato tali strutture, il diagramma seguente mostra come un carbonio stereogenico, posizionato in una comune orientazione a due legami nel piano (x-C-y definiscono il piano di riferimento), viene ruotato per ottenere l'orientazione della proiezione di Fischer (la formula più a destra). Quando si scrivono le formule di proiezione di Fischer è importante è importante ricordare queste convenzioni. Dal momento che i legami verticali si estendono lontano dall'osservatore ed i legami orizzontali verso l'osservatore, una struttura di Fischer può essere ruotata solo di 180º restando nel piano, affinché conservi questa relazione. La struttura non può essere voltata o ruotata di 90º.
Un modello ad aste del precedente diagramma può essere esaminato .
Nel diagramma mostrato sopra, se x = CO2H, y = CH3, a = H e b = OH, la formula risultante descrive l'acido (R)-(–)-lattico. L'immagine speculare della formula, dove x = CO2H, y = CH3, a = OH e b = H, rappresenterebbe, naturalmente, l'acido (S)-(–)-lattico.
Utilizzando la notazione della proiezione di Fischer, gli stereoisomeri del 2-metilammino-1-fenilpropanolo sono disegnato nel modo seguente. Notare che è di uso comune scegliere la catena carboniosa più lunga come assieme rappresentato dal legame verticale.
Il vantaggio avuto da Fiscer, nei suoi studi sui carboidrati, è evidente dal diagramma seguente. Abbiamo otto stereoisomeri del 2,3,4,5-tetraidrossipentanale, un gruppo di composti a cui ci si riferisce come aldopentosi. Dal momento che in questa struttura vi sono tre centri stereogenici, ci aspetteremo un massimo di 23 stereoisomeri. Questi otto stereoisomeri consistono di quattro insiemi di enantiomeri. Se la configurazione a C-4 è mantenuta costante (R nell'esempio mostrato qui), i quattro stereoisomeri che ne risultano saranno diastereoisomeri. Le formule di Fischer di questi quattro isomeri, che Fiscer designò come la famiglia "D", sono mostrati nel diagramma. Ognuno di questi composti ha un enantiomero, che è un membro della famiglia "L", così, come atteso, vi sono otto stereoisomeri in totale. Determinare se un carbonio stereogenico è R o S può sembrare difficile utilizzando le proiezioni di Fischer, ma in realtà è abbastanza semplice. Se il gruppo con priorità più bassa (spesso un idrogeno) è sul legame verticale, la configurazione è data direttamente dalle posizioni relative dei tre sostituenti meglio allineati. Se il gruppo con priorità più bassa è su di un legame orizzontale, le posizioni dei restanti gruppi forniscono una risposta errata (stai guardando la configurazione dal lato sbagliato), per cui basta semplicemente ribaltarla.
Le strutture dell'aldopentoso disegnate sopra sono tutte diastereoisomeri. Un termine più selettivo, epimero, viene usato per denotare i diastereoisomeri che differiscono in configurazione solo su un centro chirale. Quindi, ribosio ed arabinosio sono epimeri a C-2, e arabinosio e lisoso sono epimeri a C-3. Tuttavia, arabinosio e xilosio non sono epimeri, dal momento che le loro configurazioni differiscono in entrambi C-2 e C-3.
I centri chirali nei precedenti esempi erano tutti differenti tra di essi. Nel caso dell'acido 2,3-diidrossibutandioico, conosciuto come acido tartarico, i due centri chirali hanno gli stessi quattro sostituenti equivalenti tra di essi. Come risultato, due dei quattro possibili stereoisomeri di questo composto sono identici a causa di un piano di simmetria, per cui vi sono solo tre stereoisomeri dell'acido tartarico. Due di questi stereoisomeri sono enatiomeri ed il terzo è un diastereoisomero achirale, chiamato meso composto. I meso composti sono diastereoisomeri achirali (otticamente inattivi) di stereoisomeri chirali. Studi sui sali degli isomeri dell'acido tartarico, effettuati da Louis Pasteur nella metà del XIX secolo, furono utili nel delucidare alcune sottigliezze della stereochimica. Alcune proprietà fisiche degli isomeri dell'acido tartarico sono fornite dalla tabella seguente.
Le formule di proiezione di Fischer fornisce una visione utile delle relazioni configurazionali all'interno della strutture di questi isomeri. Nella seguente illustrazione una linea speculare è disegnata tra formule che presentano un relazione con l'immagine speculare. Nel dimostrare l'identità delle formule dei due meso composti, ricordare che la formula di proiezione di Fischer può essere ruotata di 180º nel piano.
Un modello Chime dell'acido meso-tartarico può essere esaminato
Un ulteriore esempio, consistente in due meso composti, può essere esaminato
Le formule di proiezione di Fischer sono particolarmente utili per confrontare isomeri configurazionali all'interno di una famiglia di composti chirali correlati, come i carboidrati. Tuttavia, le conformazioni eclissate soggiacenti a queste rappresentazioni non sono realistiche. Quando si descrivono composti aciclici comprendenti due o più centri stereogenici, molti chimici preferiscono le formule della catena carboniosa principale con linee a zig-zag. Qui, la catena di carbonio a zig-zag giace in un piano e le configurazioni assolute o relative dei centri stereogenici sono allora rappresentate da legami a forma di cunei e linee tratteggiate verso i gruppi sostituenti. Questo è illustrato nel diagramma seguente per il D-(-)-ribosio e l'eritrosio e treoso, diastereoisomeri dei D-tetrosi.
Questi composti sono tutti chirali ed è disegnato solo un enantiomero (il membro della famiglia D). Molte volte, tuttavia, dobbiamo fare riferimento e denominare diastereoisomeri che sono racemi o achirali. Per esempio, l'addizione del cloro al cis-2-butene produce uno stereoisomero del 2,3-diclorobutano diverso da quello che si ottiene addizionando cloro al trans-2-butene. Nei casi in cui si hanno due centri stereogenici adiacenti, come questo, si possono usare i prefissi eritro e treo per designare la configurazione relativa dei centri. Questi prefissi, presi dai nomi dei tetrosi eritroso e treoso (in alto), possono essere applicati ai composti racemici, così come agli enantiomeri ed ai meso composti puri, come mostrato nel diagramma successivo. Nel disegnare la strutture utilizzando le comuni linee a zig-zag, i sostituenti possono giacere sullo stesso lato dalla catena del carbonio, una orientazione sin, o sul lato opposto, una orientazione anti. Per i sostituenti adiacenti (vicinali) questo è l'opposto della loro localizzazione in una formula di Ficher. Quindi, i sostituenti in un eritro-isomero hanno orientazione anti, mentre sono sin nei treo-isomeri
La nomenclatura sin-anti può essere applicata ai composti aciclici aventi più di un centro stereogenico, come illustrato dall'esempio nella finestra colorata. Il centro stereogenico più vicino al carbonio 1 serve da riferimento. Ai siti aventi due sostituenti, come per il carbonio 5, i termini si riferiscono all'orientazione relativa del sostituente di ordine più elevato, come determinato dalle regole C.I.P. di successione.
Come notato prima, i composti chirali sintetizzati a partire da sostanza e reagenti achirali sono generalmente racemi (ad es. una miscela 50:50 di enantiomeri). La separazione di racemati negli enantiomeri che li compongono è un processo chiamato risoluzione. Dal momento che gli enantiomeri hanno proprietà fisiche identiche, come solubilità e punto di fusione, la risoluzione è estremamente difficile. I diastereoisomeri, d'altro canto, hanno differenti proprietà fisiche, e questa circostanza viene sfruttata per la risoluzione dei racemati. La reazione di un racemato con un reagente chirale enantiomericamente puro fornisce una miscela di diastereoisomeri, che può essere separata nei suoi componenti. Rovesciando la prima reazione si ottengono gli enantiomeri separati assieme al reagente recuperato
Molti tipi di reazioni chimiche e fisiche, incluso la formazione di sali, possono essere usate per ottenere intermedi necessari alla separazione. Il diagramma seguente illustra questo principio generale mostrando come un dado che ha una filettatura destrorsa (R) potrebbe servire come "reagente" per distinguere e separare una miscela di bulloni destrorsi e sinistrorsi identici per peso e dimensioni. Solo due partners destrorsi possono interagire per dare un intermedio completo destrorso, così la separazione risulta abbastanza semplice. Il mezzo risolutivo, ad es. il dado, viene quindi rimosso, lasciando i bulloni nelle loro forme separate destrorsa e sinistrorsa. Le reazioni chimiche degli enantiomeri non sono normalmente così tanto differenti, ma una distinzione pratica è tuttavia possibile.
La formula di proiezione di Fischer dell'acido mesotartarico ha un piano di simmetria che divide a metà il legame C2-C3, come mostrato a sinistra nel diagramma seguente, da cui si deduce che questa struttura è chiaramente achirale. L'orientazione eclissata dei legami che è supposta nel diagramma di Fischer è, tuttavia, una conformazione instabile, e dovremmo esaminare i conformeri sfalsati che indubbiamente costituiscono la maggior parte delle molecole di un campione. Le quattro strutture a destra della proiezione di Fischer corrispondono alla conformazione achirale di Fischer (A) e a tre conformeri sfalsati, tutti mostrati in entrambe la rappresentazioni a cavalletto e delle proiezioni di Newman. La seconda e la quarta conformazione (B e D) sono dissimetriche, e sono infatti strutture enantiomeriche. Il terzo conformero (C) ha un centro di simmetria ed è achirale.
Dal momento che una porzione significativa delle molecole in un campione di acido mesotartarico avranno conformazioni chirali, le proprietà achirali del campione (ad es. inattività ottica) non devono essere attribuite alla simmetria della formula di Fischer. Gli equilibri tra le varie conformazioni si stabiliscono rapidamente, e la porzione di ogni conformero presente all'equilibrio dipende dalla sua relativa energia potenziale (predominano i conformeri più stabili). Dal momento che gli enantiomeri hanno uguali energie potenziali, essi saranno presenti in uguale concentrazione, cancellando quindi la loro attività ottica in senso macroscopico e altri comportamenti tipicamente chirali. Detta semplicemente, le specie chirali presenti sono racemi.
E' interessante notare che le conformazioni chirali sono presente nella maggior parte dei composti con variabilità conformazionale, anche in assenza di alcun centro stereogenico. I conformeri gauche del butano, per esempio, sono chirali e sono presenti in tutti i campioni di questo idrocarburo. La seguente illustrazione mostra la relazione enantiomerica di questi cconformeri, che sono un esempio di un asse chirale piuttosto di un centro chirale.
Un'altra classe di composti che mostra enantiomorfismo conformazionale sono i bifenili sostituiti. Come mostrato nel diagramma seguente, il bifenile stesso non è planare, con un anello benzenico che è leggermente ritorto o inclinato rispetto all'altro come conseguenza di affollamento serico. Questo affollamento sarà dimostrato cliccando sul diagramma. La conformazione chirale risultante, avente un angolo diedro di circa 45º, entra rapidamente in equilibrio con il suo enantiomero per rotazione attorno al singolo legame che connette i due anelli. Notare che la conformazione avente un angolo diedro di 90º risulta achirale, come conseguenza di un piano di simmetria.
Se ognuno degli anelli fenilici di un bifenile ha due differenti sostituenti in posizione orto e meta (uno può essere idrogeno), anche il conformero ritorto con angolo diedro di 90º diventa chirale. Allo scopo di interconvertire tali conformeri con le loro strutture speculari, può essere attuata una rotazione attraverso la forma coplanare, di più alta energia. La facilità con cui avviene questa interconversione dipenderà dalla dimensione degli orto sostituenti, dal momento che questi gruppi possono scorrere vicino l'un l'altro.L'acido 2,2'-dicarbossilico sulla sinistra in basso non può essere risolto a temperatura ambiente, in quanto l'energia termica (cinetica) è sufficiente a fornire la necessaria energia di attivazione per la racemizzazione. I due diacidi sostituti aggiunti alla sua destra hanno un'energia di attivazione per la racemizzazione più elevata, e possono essere risolti se si prende cura di evitarne il riscaldamento. Come regola, è richiesta una barriera tra 16 e 19 kcal/mole di energia di attivazione per prevenire la racemizzazione spontanea dei bifenili sostituiti a temperatura ambiente. Poiché il fluoro è più piccolo di un nitrogruppo, il composto mostrato al centro rcemizza più rapidamente per riscaldamento del nitrocomposto alla sua destra. Gli isomeri conformazionali che sono isolabili a causa di alte energie di barriera vengono denominati atropoisomeri.
Cliccando sul diagramma, saranno mostrati tre esempi aggiuntivi, L'acido 2,2'-disolfonico (composto A) può essere sisolto prestando attenzione, confermando la maggior dimensione di SO3H in confronto con CO2H. I composti B e C fornisce ulteriori rivelazioni circa la racemizzazione dei bifenili. Sebbene questi bifenili abbiano sostituenti orto identici, il sostituente nitro in posizione meta adiacente al gruppo metossile in C esercita una rinforzante influenza che aumenta l'effettiva dimensione di quell'ortosostitutente. Infine, cliccando sul diagramma una seconda volta saranno mostrati altri due esempi di bifenili sostituiti. Il composto a sinistra è trattenuto in una conformazione ritorta dalla catena di carbonio a ponte. La racemizzazione richiede un passaggio attraverso una configurazione planare, e l'accrescimento dell'angolo e la tensione di eclissamento in questa struttura contribuiscono ad un'elevata energia di attivazione. Di conseguenza, questo composto viene facilmente risolto nei suoi stereoisomeri enantiomerici. Il composto a destra è pesantemente ortosostituito ed è sicuramente più resistente assumendo una configurazione planare. Tuttavia, l'anello benzenico a destra ha due sostituenti identici, sicché il conformero stabile con angolo diedro a 90º ha un piano di simmetria. Tutti i conformeri chirali ritorti sono presenti come racemati, per sui questo composto non può essere risolto.
Per osservare un modello Chime del bifenile e di un derivato chirale tetrasostituito .
La distinzione che si può assumere tra stereoisomeri configurazionali ed i conformeri è ben spiegata dai cicloacani disostituiti. La seguente discussione fa uso di vari isomeri del diclorocicloesano quali esempi. L'isomero 1,1-diclorocicloesano è stato omesso poiché esso rappresenta un ordinario isomero costituzionale degli altri, e non ha centri di chiralità (atomi di carbonio asimmetrici). L' 1,2- e l' 1,3-diclorocicloesano hanno ognuno due centri di chiralità, recando lo stesso insieme di sostituenti. Il cis- ed il trans-1,4-diclorocicloesano non ahnno alcun centro di chiralità, dal momento che i due gruppi di anelli sugli atomi di carbonio sostituiti sono identici.
Esistono tre isomeri configurazionali dell' 1,2-diclorocicloesano e tre isomeri configurazionali dell' 1,3-diclorocicloesano. Questi sono mostrati nella tavola seguente.
Tutti gli isomeri 1,2-dicloro sono isomeri costituzionali degli isomeri 1,3-dicloro. In ognuna delle categorie (1,2- e 1,3-), l'isomero (R,R)-trans e l'isomero (S,S)-trans sono enantiomeri. L'isomero cis- è un diastereoisomero degli isomeri trans-. Infine, tutti questi isomeri possono esistere come miscela di due (o più) isomeri conformazionali, come illustrato nella tavola.
Il conformero a sedia dell'isomero cis 1,2-dicloro è chirale. Esso esiste come miscela 50:50 di conformazioni enantiomeriche, che s'interconvertono così rapidamente da non poter essere risolti (cioè, separati). Dal momento che l'isomero cis ha due centri di chiralità (atomi di carbonio asimmetrici) ed è inattivo otticamente, esso è un meso composto. I corrispondenti isomeri trans possono anche esistere sotto forma di conformazioni chirali rapidamente interconvertenti. Il conformero diequatoriale predomina in ogni caso, con le conformazioni (R,R) che sono immagini speculari di quelle (S,S). Tutte queste conformazioni sono diastereoisomeriche con conformazioni cis.
Il conformero diequatoriale a sedia dell'isomero cis-1,3-dicloro è chirale. Esso è il maggior componente di un veloce equilibrio con il conformero diassiale, anch'esso chirale. Anche questo isomero è un meso composto. Pure il corrispondente isomero trans è sottoposto ad una rapida interconversione, per cui ogni enantiomero (R,R) e (S,S) ha predominantemente una singola conformazione chirale. Queste conformazioni enantiomeriche sono diastereomeriche con le conformazioni cis.
L' 1,4-diclorocicloesano può esistere come stereoisomero trans o cis. Entrambi sono chirali, poiché gli anelli a sei membri disostituiti hanno un piano di simmetria. Questi isomeri sono diastereoisomeri l'un dell'altro, e sono isomeri costituzionali degli isomeri 1,2- e 1,3-.
Tutti i conformeri a sedia di questi isomeri sono chirali, ed il conformero equatoriale dell'isomero trans è la specie predomeinante all'equilibrio.
I primi cinque problemi ti chiedono di identificare gruppi di atomi equivalenti, elementi di simmetria, centri stereogenici e l'assenza o la presenza di chiralità. La seconda parte del quarto problema richiede l'applicazione della nomenclatura R/S. La terminologia e la classificazione della nomenclatura di stereoisomeri è esaminata nei successivi due problemi, seguiti da una domanda riguardante la relazione esistente tra coppie d'isomeri. La designazione di nomi CIP è il soggetto dei successivi tre problemi. I prodotti di reazioni stereoselettive sono esaminate nel successivo problema ed un esame della terminologia conformazionale del cicloesano è l'argomento degli ultimi due problemi.