مثال آخر هو أحماض الطرطريك وحمض الطرطريك ، وبعد دراستها قدم J. Berzelius المصطلح ايزومريةواقترحوا أن الاختلافات تنشأ من "التوزيع المختلف للذرات البسيطة في ذرة معقدة" (أي الجزيء). لم يتم تلقي التفسير الحقيقي للتشابه إلا في النصف الثاني من القرن التاسع عشر. استنادًا إلى نظرية التركيب الكيميائي لـ A.M. Butlerov (التماثل البنيوي) والنظرية الفراغية الكيميائية لـ JG van't Hoff (التماثل المكاني).
التماثل الهيكلي
التماكب الهيكلي هو نتيجة الاختلافات في التركيب الكيميائي. هذا النوع يشمل:
تماثل سلسلة الهيدروكربون (هيكل كربوني)
تكافؤ الهيكل العظمي الكربوني ، بسبب اختلاف ترتيب الترابط بين ذرات الكربون. أبسط مثال على ذلك هو البيوتان CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 3 والأيزوبيوتان (CH 3) 3 CH. دكتور. أمثلة: الأنثراسين والفينانثرين (الصيغتان الأول والثاني ، على التوالي) ، السيكلوبوتان والميثيل سيكلوبروبان (الثالث والرابع).
تكافؤ التكافؤ
تكافؤ التكافؤ ( نوع خاصالتماثل البنيوي) ، حيث يمكن تحويل الأيزومرات إلى بعضها البعض فقط بسبب إعادة توزيع الروابط. على سبيل المثال ، ايزومرات التكافؤ للبنزين (V) هي bicyclohexa-2،5-diene (VI ، "Dewar's benzene") ، prisman (VII ، "Ladenburg's benzene") ، benzvalene (VIII).
تماثل المجموعة الوظيفية
يختلف في طبيعة المجموعة الوظيفية. مثال: الإيثانول (CH 3 -CH 2 -OH) وثنائي ميثيل الأثير (CH 3 -O-CH 3)
موقف isomerism
نوع من التماثل البنيوي يتميز باختلاف في موضع نفس المجموعات الوظيفية أو الروابط المزدوجة مع نفس الهيكل الكربوني. مثال: 2-chlorobutanoic acid و 4-chlorobutanoic acid.
التماثل المكاني (الأيزومرية الفراغية)
Enantiomerism (تماثل بصري)
تنشأ التماثل المكاني (الأيزومرية الفراغية) نتيجة للاختلافات في التكوين المكاني للجزيئات التي لها نفس التركيب الكيميائي. ينقسم هذا النوع من الأيزومر إلى المتشاهدين(التماثل البصري) و دياستيريوميرسم.
Enantiomers (أيزومرات بصرية ، أيزومرات مرآة) هي أزواج من الأضداد الضوئية من المواد تتميز بالتعاكس في الإشارة والمتساوية في حجم دوران مستوى استقطاب الضوء مع هوية جميع الخواص الفيزيائية والكيميائية الأخرى (باستثناء التفاعلات مع الأخرى المواد الفعالة بصريًا والخصائص الفيزيائية في وسط مراوان). السبب الضروري والكافي لظهور الأضداد الضوئية هو تخصيص جزيء وإحدى مجموعات تناظر النقاط التالية C ن، د ن، تي ، يا ، أنا (شراليتي). غالبًا ما نتحدث عن ذرة كربون غير متماثلة ، أي ذرة مرتبطة بأربعة بدائل مختلفة ، على سبيل المثال:
يمكن أيضًا أن تكون الذرات الأخرى غير متماثلة ، مثل ذرات السيليكون والنيتروجين والفوسفور والكبريت. إن وجود ذرة غير متناظرة ليس هو السبب الوحيد وراء المتغيرات. لذلك ، فإن مشتقات الأدمانتان (IX) ، والفيروسين (X) ، و 1،3-diphenylallene (XI) ، و 6،6 "-Dinitro-2،2" -diphenic acid (XII) لها أضداد بصرية. سبب النشاط البصري للمركب الأخير هو atropisomerism ، أي التماثل المكاني الناجم عن عدم وجود دوران حول رابطة واحدة. يظهر Enantiomerism أيضًا في التكوينات الحلزونية للبروتينات والأحماض النووية و hexahelycene (XIII).
(R) - ، (S) - تسمية الأيزومرات الضوئية (قاعدة التسمية)
يتم تعيين المجموعات الأربع المرتبطة بذرة الكربون غير المتماثلة C abcd أقدمية مختلفة تتوافق مع التسلسل: أ> ب> ج> د. في أبسط الحالات ، يتم تحديد الأقدمية من خلال الرقم التسلسلي للذرة المرتبطة بذرة الكربون غير المتماثلة: Br (35) ، Cl (17) ، S (16) ، O (8) ، N (7) ، C (6) ) ، ح (1).
على سبيل المثال ، في حمض البروموكلورو أسيتيك:
أقدمية البدائل في ذرة الكربون غير المتماثلة هي كما يلي: Br (a) ، Cl (b) ، C من مجموعة COOH (c) ، H (d).
في البيوتانول -2 ، الأكسجين هو البديل الأول (أ) ، والهيدروجين هو البديل الأصغر (د):
يلزم حل مشكلة البدائل CH 3 و CH 2 CH 3. في هذه الحالة ، يتم تحديد الأقدمية من خلال الرقم التسلسلي أو أرقام الذرات الأخرى في المجموعة. تظل الأسبقية مع مجموعة الإيثيل ، حيث يتم توصيل ذرة C الأولى بذرة C (6) أخرى وذرات H (1) أخرى ، بينما في مجموعة الميثيل ، يتم توصيل الكربون بثلاث ذرات H بالرقم التسلسلي 1 في المزيد الحالات الصعبةاستمر في مقارنة جميع الذرات حتى تصل إلى ذرات بأرقام تسلسلية مختلفة. إذا كانت هناك روابط مزدوجة أو ثلاثية ، فإن الذرات المرتبطة بها تعتبر ذرتين وثلاث ذرات ، على التوالي. وبالتالي ، تعتبر المجموعة -COH على أنها C (O ، O ، H) ، وتعتبر المجموعة -COOH على أنها C (O ، O ، OH) ؛ مجموعة الكربوكسيل أقدم من مجموعة الألدهيد ، لأنها تحتوي على ثلاث ذرات برقم تسلسلي 8.
في D-glyceraldehyde ، تكون مجموعة OH (a) هي الأعلى ، تليها CHO (b) ، CH 2 OH (c) و H (d):
تتمثل الخطوة التالية في تحديد ما إذا كان ترتيب المجموعات صحيحًا أم R (خط مستقيم مستقيم) أم يسارًا أو S (خط عرضي شرير). بالانتقال إلى النموذج المقابل ، يتم توجيهه بحيث مجموعة صغار(د) في صيغة المنظور تبين أنها في الأسفل ، ثم يتم عرضها من الأعلى على طول المحور الذي يمر عبر الوجه المظلل للرباعي السطوح والمجموعة (د). في مجموعة D-glyceraldehyde
تقع في اتجاه الدوران الصحيح ، وبالتالي ، لديها تكوين R:
(ص) -جليسرالديهايد
على عكس المصطلحات D و L ، يتم وضع تسميات (R) - و (S) - بين قوسين.
دياستيريوميرسم
σ-diastereomerism
أي مجموعة من الأيزومرات المكانية التي لا تشكل زوجًا من الأضداد الضوئية تعتبر دياستيريومير. هناك σ و π-diastereomers. تختلف σ-diasteriomers عن بعضها البعض في تكوين بعض العناصر chirality التي تحتوي عليها. لذلك ، فإن الدياستريومرات هي (+) - حمض الطرطريك وحمض الطرطريك المتوسط ، D-glucose و D-mannose ، على سبيل المثال:
بالنسبة لبعض أنواع الدياستيريوميرزم ، تم إدخال تسميات خاصة ، على سبيل المثال ، الأيزومرات الثلاثية والإريثروية عبارة عن دياستيريومر مع ذرتين غير متماثلتين من الكربون والمسافات ، وترتيب البدائل في هذه الذرات ، تذكرنا بالثلاثي المقابل (البدائل ذات الصلة موجودة الجوانب المتقابلة في صيغ الإسقاط فيشر) والإريثروز (النواب - من جانب واحد):
أيزومرات إريثرو التي ترتبط ذراتها غير المتماثلة بنفس البدائل تسمى الأشكال المتوسطة. إنها ، على عكس غيرها من diastereomers ، غير نشطة بصريًا بسبب التعويض داخل الجزيء للمساهمات في دوران مستوى استقطاب الضوء لمركزيْن غير متماثلين متطابقين من التكوين المعاكس. تسمى أزواج الدياستيريومرات التي تختلف في تكوين واحدة من عدة ذرات غير متماثلة epimers ، على سبيل المثال:
يشير المصطلح "anomers" إلى زوج من السكريات الأحادية المتباينة تختلف في تكوين ذرة الجليكوسيد في الشكل الدوري ، على سبيل المثال ، α-D- وبيتا- D- جلوكوز شاذة.
π-diastereomerism (تماثل هندسي)
π-diasteriomers ، وتسمى أيضًا الأيزومرات الهندسية ، تختلف عن بعضها البعض في الترتيب المكاني المختلف للبدائل بالنسبة لمستوى الرابطة المزدوجة (غالبًا C = C و C = N) أو الحلقة. وتشمل هذه ، على سبيل المثال ، أحماض ماليك وفوماريك (الصيغتان XIV و XV ، على التوالي) ، (E) - و (Z) -بنزالدوكسيمز (XVI و XVII) ، و cis- و trans-1،2-dimethylcyclopentanes (XVIII and XIX) .
المطابقين. توتوميرس
ترتبط هذه الظاهرة ارتباطًا وثيقًا بظروف درجة الحرارة عند ملاحظتها. لذلك ، على سبيل المثال ، يوجد الكلورو سيكلوهكسان في درجة حرارة الغرفة في شكل خليط توازن من اثنين من المطابقات - مع الاتجاهات الاستوائية والمحورية لذرة الكلور:
ومع ذلك ، عند درجة حرارة 150 درجة مئوية تحت الصفر ، يمكن عزل شكل a فردي ، والذي يتصرف في ظل هذه الظروف باعتباره أيزومرًا مستقرًا.
من ناحية أخرى ، قد تتحول المركبات التي تكون أيزومرات في ظل الظروف العادية إلى أن تكون متوازنة في حالة توازن مع زيادة درجة الحرارة. على سبيل المثال ، 1-بروموبروبان و 2-بروموبروبان هما أيزومرات بنيوية ، ومع ذلك ، مع ارتفاع درجة الحرارة إلى 250 درجة مئوية ، يتم إنشاء توازن بينهما ، وهو ما يميز توتومرات.
يمكن اعتبار الأيزومرات التي تتحول إلى بعضها البعض عند درجات حرارة أقل من درجة حرارة الغرفة جزيئات غير صلبة.
يشار أحيانًا إلى وجود المطابقات باسم "التماثل الدوراني". من بين الديانات ، يتم تمييز الأيزومرات s-cis- و s-trans ، والتي ، في جوهرها ، هي المطابقات الناتجة عن الدوران حول رابطة بسيطة (s-single):
التماكب هو أيضا سمة من سمات مركبات التنسيق. لذلك ، فإن المركبات التي تختلف في طريقة تنسيق الترابط (أيزومرية التأين) هي أيزومرية ، على سبيل المثال ، هي متزامنة:
SO 4 - و + Br -
هنا ، في الجوهر ، هناك تشابه مع التماثل البنيوي مركبات العضوية.
تسمى التحولات الكيميائية ، نتيجة تحويل الأيزومرات الهيكلية إلى بعضها البعض ، الأيزومرات. هذه العمليات مهمة في الصناعة. لذلك ، على سبيل المثال ، يتم إجراء أزمرة للألكانات العادية إلى ألكانات متساوية لزيادة عدد الأوكتان لوقود المحرك ؛ يتشابه البنتان إلى أيزوبنتان من أجل نزع الهيدروجين لاحقًا إلى أيزوبرين. الأزمرة هي أيضًا إعادة ترتيب داخل الجزيء ، منها أهمية عظيمةلديها ، على سبيل المثال ، تحويل أوكسيم سيكلوهكسانون إلى كابرولاكتام ، وهي مادة خام لإنتاج الكابرون.
تسمى عملية التحويل البيني للمتغيرات المتشابهة التمييز العنصري: فهي تؤدي إلى اختفاء النشاط البصري نتيجة لتشكيل خليط متساوي المولي من (-) - و (+) - أشكال ، أي زميل سباق. يؤدي التحويل البيني للدياستيريومرات إلى تكوين خليط يسود فيه الشكل الأكثر ثباتًا من الناحية الديناميكية الحرارية. في حالة π-diastereomers ، عادة ما يكون هو الشكل العابر. يسمى التحويل البيني للأيزومرات التوافقية بالتوازن التوافقي.
تساهم ظاهرة التماثل إلى حد كبير في نمو عدد المركبات المعروفة (وإلى حد أكبر عدد المركبات المحتملة المحتملة). لذا ، فإن العدد المحتمل للكحول الأيزومري الهيكلي هو أكثر من 500 (حوالي 70 منها معروف) ، والمسافات ، والأيزومرات هنا أكثر من 1500.
خلال الدورة سوف تتلقى فكرة عامةحول أنواع التماكب ، تعرف على ماهية الأيزومر. تعرف على أنواع التماثل في الكيمياء العضوية: الهيكلية والمكانية (الفراغية). باستخدام الصيغ التركيبية للمواد ، ضع في اعتبارك الأنواع الفرعية من التماكب البنيوي (التماكب الهيكلي والموضع) ، وتعرف على أنواع التماثل المكاني: الهندسي والبصري.
الموضوع: مقدمة في الكيمياء العضوية
الدرس: التماثل. أنواع التماثل. تماثل بنيوي ، هندسي ، بصري
تُظهر أنواع الصيغ التي درسناها سابقًا ، والتي تصف المواد العضوية ، أن العديد من الصيغ الهيكلية المختلفة يمكن أن تتوافق مع صيغة جزيئية واحدة.
على سبيل المثال ، الصيغة الجزيئية C2H6اتطابق مادتينمع الصيغ الهيكلية المختلفة - الإيثانولوثنائي ميثيل الأثير. أرز. 1.
كحول الإيثيل ، وهو سائل يتفاعل مع الصوديوم المعدني لإطلاق الهيدروجين ، يغلي عند +78.5 درجة مئوية تحت نفس الظروف ، يغلي ثنائي ميثيل إيثر ، وهو غاز لا يتفاعل مع الصوديوم ، عند -23 درجة مئوية.
هذه المواد تختلف في بنيتها - مواد مختلفةيتوافق مع نفس الصيغة الجزيئية.
أرز. 1. Interclass isomerism
تسمى ظاهرة وجود مواد لها نفس التركيب ، ولكن بنية مختلفة ، وبالتالي خصائص مختلفة ، isomerism (from كلمات يونانية"isos" - "يساوي" و "meros" - "جزء" ، "مشاركة").
أنواع التماثل
يخرج أنواع مختلفةايزومرية.
يرتبط التماكب الهيكلي بـ ترتيب مختلفاتصال الذرات في الجزيء.
الإيثانول وثنائي ميثيل الأثير عبارة عن أيزومرات هيكلية. نظرًا لأنهم ينتمون إلى فئات مختلفة من المركبات العضوية ، فإن هذا النوع من التماثل البنيوي يسمى أيضا interlass . أرز. 1.
الايزومرات الهيكليةيمكن أن تكون ضمن نفس فئة المركبات ، على سبيل المثال ، الصيغة C 5 H 12 تقابل ثلاثة هيدروكربونات مختلفة. هذا تماثل الهيكل الكربوني. أرز. 2.
أرز. 2 أمثلة على المواد - الايزومرات الهيكلية
هناك أيزومرات هيكلية لها نفس الهيكل الكربوني ، والتي تختلف في موضع الروابط المتعددة (المزدوجة والثلاثية) أو الذرات التي تحل محل الهيدروجين. يسمى هذا النوع من التماثل البنيوي موقف isomerism.
أرز. 3. التماكب الهيكلي
في الجزيئات التي تحتوي على روابط مفردة فقط ، يكون الدوران الحر تقريبًا لشظايا الجزيء حول الروابط ممكنًا في درجة حرارة الغرفة ، وعلى سبيل المثال ، تكون جميع صور صيغ 1،2 ثنائي كلورو إيثان متكافئة. أرز. 4
أرز. 4. موقف ذرات الكلور حول رابطة واحدة
إذا كان الدوران صعبًا ، على سبيل المثال ، في جزيء دوري أو رابطة مزدوجة ، إذن هندسية أو متشابهة.في أيزومرات رابطة الدول المستقلة ، تكون البدائل على نفس الجانب من مستوى الحلقة أو الرابطة المزدوجة ، وفي الأيزومرات العابرة تكون على جوانب متقابلة.
توجد أيزومرات Cis-trans عندما مختلفينالنائب. أرز. 5.
أرز. 5. رابطة الدول المستقلة والأيزومرات العابرة
ينشأ نوع آخر من التماثل بسبب حقيقة أن ذرة كربون ذات أربع روابط مفردة تتشكل مع بدائلها بنية مكانية - رباعي الوجوه. إذا كان الجزيء يحتوي على ذرة كربون واحدة على الأقل مرتبطة بأربعة بدائل مختلفة ، التماثل البصري. لا تتطابق هذه الجزيئات مع صورتها المرآة. هذه الخاصية تسمى chirality - من اليونانية معهير- "يُسلِّم". أرز. 6. التماكب البصري هو سمة من سمات العديد من الجزيئات التي تتكون منها الكائنات الحية.
|
|
|
أرز. 6. أمثلة على الايزومرات الضوئية
يسمى التماثل البصري أيضًا المتشاهدين (من اليونانية إينانتيوس- "المعاكس" و ميروس- "الجزء") ، والأيزومرات الضوئية - المتشاهدين . تنشط Enantiomers بصريًا ، فهي تقوم بتدوير مستوى استقطاب الضوء بنفس الزاوية ، ولكن في اتجاهين متعاكسين: د- ، أو (+) - أيزومر ، - إلى اليمين ، ل- ، أو (-) - أيزومر ، - إلى اليسار. يتم استدعاء خليط من كميات متساوية من المتغيرات رفيق، غير نشط بصريًا ويشار إليه بالرمز د ، ل- أو (±).
تلخيص الدرس
خلال الدرس ، حصلت على فكرة عامة عن أنواع التماثل ، ما هو الايزومر. تعرف على أنواع التماثل في الكيمياء العضوية: البنيوية والمكانية (الفراغية). بمساعدة الصيغ الهيكلية للمواد ، اعتبرنا سلالات من التماكب البنيوي (التماكب الهيكلي والموضعي) ، تعرفنا على أنواع التماكب المكاني: الهندسي والبصري.
فهرس
1. Rudzitis G.E. كيمياء. الأساسيات كيمياء عامة. الصف العاشر: كتاب مدرسي ل المؤسسات التعليمية: مستوى أساسي من/ G.E Rudzitis، F.G. فيلدمان. - الطبعة ال 14. - م: التعليم ، 2012.
2. الكيمياء. الصف 10. مستوى الملف الشخصي: كتاب مدرسي. للتعليم العام المؤسسات / V.V. إيريمين ، ن. كوزمينكو ، في. لونين وآخرون - م: دروفا ، 2008. - 463 ص.
3. الكيمياء. الصف 11. مستوى الملف الشخصي: كتاب مدرسي. للتعليم العام المؤسسات / V.V. إيريمين ، ن. كوزمينكو ، في. لونين وآخرون - م: دروفا ، 2010. - 462 ص.
4. Khomchenko G.P. ، Khomchenko I.G. مجموعة مشاكل في الكيمياء لدخول الجامعات. - الطبعة الرابعة. - م: ريا "الموجة الجديدة": الناشر أومرينكوف ، 2012. - 278 ص.
العمل في المنزل
1. رقم 1 ، 2 (ص 39) Rudzitis G.E. كيمياء. أساسيات الكيمياء العامة. الصف العاشر: كتاب مدرسي للمؤسسات التعليمية: المستوى الأساسي / G.E. Rudzitis، F.G. فيلدمان. - الطبعة ال 14. - م: التعليم ، 2012.
2. لماذا عدد الأيزومرات في الهيدروكربونات لسلسلة الإيثيلين أكبر من عدد الهيدروكربونات المشبعة؟
3. ما الهيدروكربونات التي لها أيزومرات مكانية؟
1. التماكب البنيوي.
2. التماثل التوافقي.
3. التماثل الهندسي.
4. التماثل البصري.
نظائرهي مواد لها نفس التركيب والوزن الجزيئي ، لكن لها خصائص فيزيائية وكيميائية مختلفة. تعود الاختلافات في خصائص الأيزومرات إلى الاختلافات في التركيب الكيميائي أو المكاني. في هذا الصدد ، هناك نوعان من التماثل.
ايزومرية
الهيكلي
مكاني
هيكل عظمي من الكربون
إعدادات
توافقي
موقع الوظيفة
بصري
Interclass
هندسي
1. التماكب البنيوي
تختلف الأيزومرات الهيكلية في التركيب الكيميائي ، أي طبيعة وتسلسل الروابط بين الذرات في الجزيء. يتم عزل الايزومرات الهيكلية في شكل نقي. توجد كمواد فردية ومستقرة ، ويتطلب تحويلها المتبادل طاقة عالية - حوالي 350-400 كيلوجول / مول. الايزومرات الهيكلية فقط هي المتوازنة الديناميكية. تعتبر Tautomerism ظاهرة شائعة في الكيمياء العضوية. من الممكن مع نقل ذرة هيدروجين متحركة في جزيء (مركبات كربونيل ، أمينات ، دورات غير متجانسة ، إلخ) ، تفاعلات داخل الجزيئية (كربوهيدرات).
يتم تقديم جميع الأيزومرات الهيكلية في شكل صيغ هيكلية ويتم تسميتها وفقًا لتسمية IUPAC. على سبيل المثال ، يتوافق تكوين C 4 H 8 O مع أيزومرات بنيوية:
أ)مع هيكل عظمي كربوني مختلف
سلسلة C غير متفرعة - CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH \ u003d O (بيوتانال ، ألدهيد) و
سلسلة C المتفرعة -
(2-ميثيل بروبانال ، ألدهيد) أو
دورة - 
(سيكلوبوتانول ، كحول دوري) ؛
ب)مع موقف مختلف للمجموعة الوظيفية
بوتانون -2 ، كيتون.
الخامس)مع تكوين مختلفمجموعة وظيفية
3-بيوتينول -2 ، كحول غير مشبع ؛
ز)metamerism
يمكن تضمين الذرة غير المتجانسة للمجموعة الوظيفية في الهيكل الكربوني (دورة أو سلسلة). أحد الأيزومرات المحتملة لهذا النوع من التماثل هو CH 3 -O-CH 2 -CH \ u003d CH 2 (3-methoxypropene-1 ، إثير بسيط) ؛
ه)توتومرية (كيتو إنول)
شكل اينول 
شكل كيتو
تكون المواد الصلبة في حالة توازن ديناميكي ، بينما يسود الشكل الأكثر ثباتًا ، شكل كيتو ، في الخليط.
بالنسبة للمركبات العطرية ، يعتبر التماثل البنيوي فقط للسلسلة الجانبية.
2. التماثل المكاني (الأيزومرية الفراغية)
الأيزومرات المكانية لها نفس التركيب الكيميائي ، وتختلف في الترتيب المكاني للذرات في الجزيء. هذا الاختلاف يخلق اختلافًا في الخصائص الفيزيائية والكيميائية. يتم تصوير الأيزومرات المكانية على أنها إسقاطات مختلفة أو صيغ كيميائية مجسمة. يسمى فرع الكيمياء الذي يدرس التركيب المكاني وتأثيره على الخصائص الفيزيائية والكيميائية للمركبات ، على اتجاه ومعدل تفاعلاتها ، بالكيمياء الفراغية.
أ)التماثل التوافقي (الدوراني)
بدون تغيير أي من زوايا الرابطة أو أطوال الرابطة ، يمكن للمرء أن يتخيل العديد من الأشكال الهندسية (المطابقة) لجزيء تختلف عن بعضها البعض من خلال الدوران المتبادل لرباعي السطوح الكربونية حول الرابطة σ-C-C التي تربطها. نتيجة لهذا الدوران ، تنشأ أيزومرات دورانية (المطابقة). طاقة المطابقة المختلفة ليست هي نفسها ، لكن حاجز الطاقة الذي يفصل الأيزومرات التوافقية المختلفة صغير بالنسبة لمعظم المركبات العضوية. لذلك ، في ظل الظروف العادية ، كقاعدة عامة ، من المستحيل تثبيت الجزيئات في شكل واحد محدد بدقة. عادة ، تتعايش العديد من الايزومرات التوافقية في حالة توازن.
يمكن اعتبار طرق الصور وتسميات الأيزومرات باستخدام مثال جزيء الإيثان. بالنسبة له ، يمكن للمرء أن يتوقع وجود شكلين يختلفان قدر الإمكان في الطاقة ، والتي يمكن تمثيلها على أنها توقعات المنظور(1) ("المنشار") أو النتوءات رجل جديد(2):
التشكل المعوق يحجب التشكل
في إسقاط المنظور (1) ، يجب تخيل اتصال C-C على أنه يسير في المسافة ؛ ذرة الكربون الواقفة على اليسار قريبة من الراصد ، والوقوف على اليمين يُزال منه.
في إسقاط نيومان (2) ، يُنظر إلى الجزيء على طول اتصالات C-C. تشير ثلاثة خطوط متباعدة بزاوية 120 درجة من مركز الدائرة إلى روابط ذرة الكربون الأقرب إلى المراقب ؛ الخطوط "البارزة" من خلف الدائرة هي روابط ذرة الكربون البعيدة.
يسمى التشكل الظاهر على اليمين مشوشة . يذكرنا هذا الاسم بحقيقة أن ذرات الهيدروجين لكلا المجموعتين CH 3 متقابلة. يحتوي التشكل المحمي على طاقة داخلية متزايدة وبالتالي فهو غير موات. يسمى التشكل الظاهر على اليسار تثبط ، مما يعني أن الدوران الحر حول الرابطة C-C "يبطئ" في هذا الوضع ، أي يوجد الجزيء في الغالب في هذا التشكل.
يُطلق على الحد الأدنى من الطاقة المطلوبة للدوران الكامل للجزيء حول رابطة معينة حاجز الدوران لتلك الرابطة. يمكن التعبير عن حاجز الدوران في جزيء مثل الإيثان من حيث التغيير في الطاقة الكامنة للجزيء كدالة للتغيير في زاوية ثنائية السطوح (التواء - τ) للنظام. يوضح الشكل 1. ملف الطاقة الخاص بالدوران حول رابطة C-C في الإيثان. يبلغ حاجز الدوران الذي يفصل بين شكلي الإيثان حوالي 3 كيلو كالوري / مول (12.6 كيلو جول / مول). تتوافق الحدود الدنيا لمنحنى الطاقة الكامنة مع المطابقات المعوقة ، وتتوافق الحد الأقصى مع المطابقات المحجوبة. نظرًا لأن طاقة بعض تصادمات الجزيئات في درجة حرارة الغرفة يمكن أن تصل إلى 20 كيلو كالوري / مول (حوالي 80 كيلو جول / مول) ، يمكن التغلب على هذا الحاجز البالغ 12.6 كيلو جول / مول بسهولة ويعتبر الدوران في الإيثان حرًا. في مزيج من جميع المطابقات الممكنة ، تسود المطابقات المعوقة.
رسم بياني 1. مخطط الطاقة المحتملة لمطابقة الإيثان.
بالنسبة للجزيئات الأكثر تعقيدًا ، يزداد عدد التوافقات الممكنة. نعم لاجل ن- يمكن بالفعل تصوير البوتان في ستة مطابقة تنشأ عند الدوران حول الرابطة المركزية C 2 - C 3 وتختلف في الترتيب المتبادل لمجموعات CH 3. تختلف التشكيلات المختلفة للكسوف والمعيقة للبيوتان في الطاقة. التكوينات المعوقة هي أكثر مواتاة بقوة.
يظهر الشكل 2 ملف تعريف الطاقة للدوران حول رابطة C 2-C 3 في البيوتان.
الصورة 2. مخطط الطاقة المحتملة لمطابقة n- البوتان.
بالنسبة للجزيء ذي السلسلة الكربونية الطويلة ، يزداد عدد الأشكال التوافقية.
تتميز جزيئات المركبات الحلقية بأشكال مطابقة مختلفة للحلقة (على سبيل المثال ، للهكسان الحلقي كرسي ذو ذراعين, حمام, إلتواء-نماذج).
إذن ، المطابقة هي أشكال مكانية مختلفة لجزيء له تكوين معين. المحولات عبارة عن هياكل أيزومرية مجسمة تتوافق مع الحد الأدنى للطاقة على مخطط الطاقة الكامنة ، وهي في حالة توازن متنقل وقادرة على التحويل البيني بالدوران حول روابط بسيطة.
إذا أصبح حاجز مثل هذه التحولات مرتفعًا بدرجة كافية ، فيمكن فصل أشكال الأيزوميرات الفراغية (مثال على ذلك هو ثنائي الفينيل النشط بصريًا). في مثل هذه الحالات ، لا يتحدث المرء بعد الآن عن المطابقات ، ولكن عن الأيزومرات الفراغية الموجودة بالفعل.
ب)تماثل هندسي
تنشأ الايزومرات الهندسية نتيجة الغياب في الجزيء:
1. دوران ذرات الكربون بالنسبة لبعضها البعض - نتيجة صلابة الرابطة المزدوجة C = C أو الهيكل الدوري ؛
2. مجموعتان متطابقتان في ذرة كربون واحدة لرابطة أو دورة مزدوجة.
يمكن عزل الأيزومرات الهندسية ، على عكس المطابقة ، في شكل نقي وتوجد كمواد فردية ومستقرة. من أجل التحول المتبادل ، يلزم وجود طاقة أعلى - حوالي 125-170 كيلوجول / مول (30-40 كيلو كالوري / مول).
هناك أيزومرات cis-trans- (Z ، E) ؛ رابطة الدول المستقلة- الأشكال عبارة عن أيزومرات هندسية حيث توجد نفس البدائل على جانب واحد من مستوى الرابطة أو الحلقة ، نشوة- تسمى الأشكال أيزومرات هندسية ، حيث توجد نفس البدائل على جوانب متقابلة من مستوى الرابطة أو الحلقة.
أبسط مثال على ذلك هو أيزومرات البيوتين -2 ، والتي توجد في شكل أيزومرات هندسية عابرة لرابطة الدول المستقلة:
رابطة الدول المستقلة - بيوتين - 2 ترانس - بيوتين - 2
درجة حرارة الانصهار
138.9 0 درجة مئوية - 105.6 0 درجة مئوية
درجة حرارة الغليان
3.72 0 درجة مئوية 1.00 0 درجة مئوية
كثافة
1،2 - ثنائي كلورو حلقي البروبان موجود في شكل رابطة الدول المستقلة ، عبر الأيزومرات:
cis-1،2-dichlorocyclopropane trans-1،2-dichlorocyclopropane
في الحالات الأكثر تعقيدًا ، قم بتطبيق ض، التسمية الإلكترونية (تسميات Kann ، Ingold ، Prelog - KIP ، تسمية أقدمية النواب). بالاقتران
1-برومو -2-ميثيل-1-كلوروبوتين -1 (Br) (CI) C \ u003d C (CH 3) - CH 2-CH 3 جميع البدائل في ذرات الكربون برابطة مزدوجة مختلفة ؛ لذلك ، يوجد هذا المركب في شكل Z- ، E- أيزومرات هندسية:
Е-1-bromo-2-methyl-1-chlorobutene-1 Z-1-bromo-2-methyl-1-chlorobutene-1.
للإشارة إلى تكوين الأيزومر ، حدد موقع البدائل الأقدم في رابطة مزدوجة (أو دورة) - Z- (من Zusammen الألمانية - معًا) أو E- (من Entgegen الألمانية - المقابل).
في النظام الإلكتروني Z ، تعتبر البدائل ذات العدد الذري الأعلى من كبار السن. إذا كانت الذرات المرتبطة مباشرة بذرات الكربون غير المشبعة هي نفسها ، فإنها تنتقل إلى "الطبقة الثانية" ، إذا لزم الأمر ، إلى "الطبقة الثالثة" ، إلخ.
في الإسقاط الأول ، تكون المجموعات الأقدم معاكسة لبعضها البعض بالنسبة إلى الرابطة المزدوجة ، لذلك هذا هو أيزومر E. في الإسقاط الثاني ، تكون المجموعات الأقدم على نفس الجانب من الرابطة المزدوجة (معًا) ، لذلك هذا هو Z-isomer.
الأيزومرات الهندسية منتشرة على نطاق واسع في الطبيعة. على سبيل المثال ، بوليمرات المطاط الطبيعي (cis-isomer) و gutta-percha (trans-isomer) ، وأحماض الفوماريك الطبيعية (حمض الترانس-بوتينيويك) وأحماض المالييك الاصطناعية (cis-butenedioic acid) ، تحتوي الدهون على أحماض cis-oleic و linoleic و linolenic .
الخامس)التماثل البصري
يمكن أن تكون جزيئات المركبات العضوية مراوان وأمبير. شراليتي (من الهتاف اليوناني) - عدم توافق الجزيء مع صورته المرآة.
المواد اللولبية قادرة على تدوير مستوى استقطاب الضوء. هذه الظاهرة تسمى النشاط البصري ، والمواد المقابلة - نشطة ضوئيا. بصريا المواد الفعالةيجتمع في أزواج الأضداد الضوئية- أيزومرات ، خصائصها الفيزيائية والكيميائية هي نفسها في الظروف العادية ، باستثناء واحد - علامة دوران مستوى الاستقطاب: أحد المضادات الضوئية ينحرف مستوى الاستقطاب إلى اليمين (+ ، أيزومر ديكستروتوري) ، والآخر - إلى اليسار (- ، المصعد). يمكن تحديد تكوين الأكواد الضوئية بشكل تجريبي باستخدام جهاز - مقياس الاستقطاب.
يظهر التماثل البصري عندما يحتوي الجزيء ذرة كربون غير متماثلة(هناك أسباب أخرى لظاهرة الجزيء). هذا هو اسم ذرة الكربون في sp 3 - التهجين والمرتبط بأربعة بدائل مختلفة. يمكن إجراء ترتيبين رباعي السطوح للبدائل حول ذرة غير متماثلة. في الوقت نفسه ، لا يمكن الجمع بين شكلين مكانيين بأي دوران ؛ أحدهما صورة معكوسة للآخر:
كلا شكلي المرآة يشكلان زوجًا من الأضداد البصرية أو المتشاهدين .
تصور الأيزومرات الضوئية في شكل صيغ الإسقاط E. يتم الحصول عليها عن طريق إسقاط جزيء بذرة كربون غير متماثلة. في هذه الحالة ، يُشار إلى ذرة الكربون غير المتماثلة نفسها على المستوى بنقطة ، ويُشار إلى رموز البدائل البارزة أمام مستوى الشكل على الخط الأفقي. يشير الخط العمودي (المتقطع أو الصلب) إلى البدائل التي تمت إزالتها من مستوى الشكل. فيما يلي طرق مختلفة لكتابة صيغة الإسقاط المقابلة للنموذج الأيسر في الشكل السابق:
في الإسقاط ، يتم تصوير سلسلة الكربون الرئيسية رأسياً ؛ الوظيفة الرئيسية ، إذا كانت في نهاية السلسلة ، يشار إليها في الجزء العلوي من الإسقاط. على سبيل المثال ، الصيغ الكيميائية الفراغية والإسقاط (+) و (-) للألانين - CH 3 - * CH (NH 2) -COOH هي كما يلي:
يُطلق على الخليط الذي يحتوي على نفس المحتوى من المتغيرات المتشابهة اسم زميل السباق. الزميل ليس له نشاط بصري ويتميز بخصائص فيزيائية مختلفة عن المتصادمات.
قواعد تحويل صيغ الإسقاط.
1. يمكن تدوير الصيغ في مستوى الرسم بمقدار 180 درجة دون تغيير المعنى الكيميائي الفراغي:
2. لا يغير اثنان (أو أي عدد زوجي) من البدائل على ذرة غير متماثلة المعنى الفراغي الكيميائي للصيغة:
3. يؤدي تبديل واحد (أو أي رقم فردي) للبدائل في المركز غير المتماثل إلى صيغة المضاد البصري:
4. تحويل مستوى الرسم بمقدار 90 يحول الصيغة إلى نقيض.
5. دوران أي ثلاثة بدائل في اتجاه عقارب الساعة أو عكس اتجاه عقارب الساعة لا يغير المعنى الفراغي الكيميائي للصيغة:
6. لا يمكن اشتقاق صيغ الإسقاط من مستوى الرسم.
للمركبات العضوية نشاط بصري ، في الجزيئات التي تكون فيها الذرات الأخرى أيضًا مراكز مراوان ، مثل السيليكون والفوسفور والنيتروجين والكبريت.
توجد مركبات ذات ذرات كربون متعددة غير متماثلة مثل دياستيريومرس ، أي. الايزومرات المكانية التي لا تشكل نقيضات ضوئية مع بعضها البعض.
يختلف Diastereomers عن بعضها البعض ليس فقط في الدوران البصري ، ولكن أيضًا في جميع الثوابت الفيزيائية الأخرى: لديهم نقاط انصهار وغليان مختلفة ، وقابلية ذوبان مختلفة ، إلخ.
يتم تحديد عدد الأيزومرات المكانية بواسطة صيغة فيشر N = 2 n ، حيث n هو عدد ذرات الكربون غير المتماثلة. قد ينخفض عدد الأيزومرات الفراغية بسبب التناظر الجزئي الذي يظهر في بعض الهياكل. تسمى diastereomers الخاملة بصريا ميسو-نماذج.
تسمية الايزومرات الضوئية:
أ) D- ، L- التسمية
لتحديد سلسلة D- أو L من أيزومر ، تتم مقارنة التكوين (موضع مجموعة OH في ذرة الكربون غير المتماثلة) مع تكوينات متناهية الصغر من glyceraldehyde (مفتاح الجلسرين):
L-glyceraldehyde D-glyceraldehyde
يقتصر استخدام التسمية D- و L حاليًا على ثلاث فئات من المواد النشطة بصريًا: الكربوهيدرات والأحماض الأمينية وأحماض الهيدروكسي.
ب) R - ، S- تسمية (تسمية Kahn و Ingold و Prelog)
لتحديد تكوين R (يمين) - أو S (يسار) - للأيزومر البصري ، من الضروري ترتيب البدائل في رباعي الوجوه (الصيغة الكيميائية الفراغية) حول ذرة الكربون غير المتماثلة بحيث يكون البديل الأدنى (عادةً الهيدروجين) الاتجاه "من المراقب". إذا كان انتقال البدائل الثلاثة الأخرى من الأقدم إلى المتوسط والصغار في الأقدمية يحدث في اتجاه عقارب الساعة ، فهذا هو R-isomer (يتزامن الانخفاض في الأقدمية مع حركة اليد عند كتابة الجزء العلوي من الحرف R). إذا حدث الانتقال عكس اتجاه عقارب الساعة - فهذا هو S. - أيزومر (يتزامن انخفاض الأقدمية مع حركة اليد عند كتابة الجزء العلوي من الحرف S).
لتحديد التكوين R أو S للأيزومر البصري بواسطة صيغة الإسقاط ، من الضروري ترتيب البدائل بعدد زوجي من التباديل بحيث يكون أصغرها في أسفل الإسقاط. يتوافق الانخفاض في أقدمية البدائل الثلاثة المتبقية في اتجاه عقارب الساعة مع التكوين R ، عكس اتجاه عقارب الساعة - إلى التكوين S.
يتم الحصول على الايزومرات الضوئية بالطرق التالية:
أ) العزل عن المواد الطبيعية التي تحتوي على مركبات نشطة بصريًا ، مثل البروتينات والأحماض الأمينية والكربوهيدرات والعديد من أحماض الهيدروكسي (الطرطريك والماليك والمندليك) وهيدروكربونات التربين وكحولات التربين والكيتونات والمنشطات والقلويدات ، إلخ.
ب) انقسام زملائه ؛
ج) التركيب غير المتماثل.
د) الإنتاج البيوكيميائي للمواد الفعالة بصريا.
هل تعرف أن
ظاهرة ايزومرية (من اليونانية - أنااستغاثة - مختلف و ميروس - حصة ، جزء) في عام 1823. J. Liebig و F. Wöhler في مثال أملاح اثنين من الأحماض غير العضوية: سيانيك H-O-C≡N و fulminant H-O-N = C.
في عام 1830 ، قام J. Dumas بتوسيع مفهوم isomerism إلى المركبات العضوية.
في عام 1831 اقترح المصطلح "أيزومر" للمركبات العضوية من قبل J. Berzelius.
تتميز الأيزومرات المجسمة للمركبات الطبيعية بالنشاط البيولوجي المختلف (الأحماض الأمينية والكربوهيدرات والقلويدات والهرمونات والفيرومونات والمواد الطبية أصل طبيعيإلخ.).
محاضرات لطلاب كلية طب الاطفال
محاضرة2
الموضوع: التركيب المكاني للمركبات العضوية
هدف:التعرف على أنواع التماكبات الهيكلية والمكانية للمركبات العضوية.
يخطط:
تصنيف الايزومرية.
التماثل الهيكلي.
التماثل المكاني
التماثل البصري
تعود المحاولات الأولى لفهم بنية الجزيئات العضوية إلى بداية القرن التاسع عشر. لأول مرة ، تم اكتشاف ظاهرة الأيزومرية من قبل J.
Isomerism - وجود مركبات لها نفس التركيب النوعي والكمي ، ولكن بنية مختلفة أو موقعها في الفضاء ، والمواد نفسها تسمى أيزومرات.
تصنيف الايزومرات
الهيكلي
(ترتيب مختلف لاتصال الذرات)
الأيزومرية الفراغية
(ترتيب مختلف للذرات في الفضاء)
مراكز السندات المتعددة
وظائف المجموعة الوظيفية
إعدادات
توافق-
التماثل الهيكلي.
الأيزومرات الهيكلية هي أيزومرات لها نفس التركيب النوعي والكمي ، ولكنها تختلف في التركيب الكيميائي.
تحدد التماثل البنيوي تنوع المركبات العضوية ، على وجه الخصوص الألكانات. مع زيادة عدد ذرات الكربون في الجزيئاتالألكانات تزيد بسرعة من عدد الايزومرات الهيكلية. لذلك ، بالنسبة للهكسان (C 6 H 14) فهو 5 ، بالنسبة إلى nonane (C 9 H 20) - 35.
تختلف ذرات الكربون في موقعها في السلسلة. ذرة الكربون في بداية السلسلة مرتبطة بذرة كربون واحدة وتسمى أساسي.ذرة كربون مرتبطة بذرتين من الكربون ثانوي، مع ثلاثة بعد الثانوي، بأربعة رباعي. تحتوي جزيئات الألكان المستقيمة السلسلة فقط على ذرات كربون أولية وثانوية ، بينما تحتوي جزيئات الألكان المتفرعة السلسلة على ذرات كربون ثالثية ورباعية.
أنواع التماثل البنيوي.
العدادات- المركبات التي تنتمي إلى نفس فئة المركبات ، ولكن لها جذور مختلفة:
H 3 C - O - C 3 H 7 - ميثيل بروبيل إيثر ،
H 5 C 2 - O - C 2 H 5 - ثنائي إيثيل إيثر
التزاوج بين الطبقات.مع نفس التركيب النوعي والكمي للجزيئات ، يختلف هيكل المواد.
على سبيل المثال: الألدهيدات متشابهة للكيتونات:
الكينس - الكادينام
H 2 C \ u003d CH - CH \ u003d CH 2 بوتادين -1.3 HC \ u003d C - CH 2 - CH 3 - بوتين -1
تحدد التماثل البنيوي أيضًا تنوع جذور الهيدروكربون. يبدأ التزاوج الراديكالي بالبروبان ، حيث يمكن وجود راديكاليين. إذا تم أخذ ذرة الهيدروجين بعيدًا عن ذرة الكربون الأولية ، يتم الحصول على البروبيل الجذري (n-propyl). إذا تم أخذ ذرة الهيدروجين بعيدًا عن ذرة الكربون الثانوية ، فسيتم الحصول على الأيزوبروبيل الجذري
-
الأيزوبروبيل
CH 2 - CH 2 - CH 3 - بروبيلالتماثل المكاني (الأيزومرية الفراغية)
هذا هو وجود أيزومرات لها نفس تكوين وترتيب اتصال الذرات ، ولكنها تختلف في طبيعة ترتيب الذرات أو مجموعات الذرات في الفضاء بالنسبة لبعضها البعض.
تم وصف هذا النوع من التماثل من قبل L. Pasteur (1848) ، J. van't Hoff ، Le Bel (1874).
في الظروف الواقعية ، يكون الجزيء نفسه وأجزائه الفردية (الذرات ، مجموعات الذرات) في حالة حركة متذبذبة دورانية ، وهذه الحركة تغير بشكل كبير الترتيب المتبادل للذرات في الجزيء. في هذا الوقت ، يتم شد الروابط الكيميائية وتغير زوايا الرابطة ، وبالتالي تنشأ تكوينات وتشكيلات مختلفة للجزيئات.
لذلك ، يتم تقسيم الأيزومرات المكانية إلى نوعين: توافقي وتشكيلي.
التكوينات هي ترتيب الذرات في الفضاء دون مراعاة الفروق التي تنشأ نتيجة الدوران حول الروابط المفردة.توجد هذه الايزومرات في تشكيلات مختلفة.
التوافقات هي أشكال ديناميكية غير مستقرة جدًا لنفس الجزيء والتي تنشأ نتيجة دوران الذرات أو مجموعات الذرات حول روابط مفردة ، ونتيجة لذلك تشغل الذرات مواقع مكانية مختلفة. يتميز كل شكل من أشكال الجزيء بتكوين معين.
تسمح الرابطة b بالدوران حولها ، لذلك يمكن أن يكون لجزيء واحد العديد من التوافقات. من بين العديد من المطابقات ، يتم أخذ ستة فقط في الاعتبار ، منذ ذلك الحين تعتبر الزاوية الدنيا للدوران زاوية تساوي 60 درجة ، وهو ما يسمى زاوية الالتواء.
يميز بين التشابه الخسوف والمعرقل.
التشكل المحمي ينشأ في حالة وجود بدائل متطابقة على مسافة لا تقل عن بعضها البعض وتنشأ قوى تنافر متبادلة بينهما ، ويجب أن يكون للجزيء احتياطي طاقة كبير من أجل الحفاظ على هذا التشكل. هذا التشكل غير موات بقوة.
التشكل المعوق - يحدث عندما تكون البدائل المتطابقة متباعدة قدر الإمكان ويكون للجزيء حد أدنى من احتياطي الطاقة. هذا التشكل موات بقوة.
ص 
أول مركب معروف باحتوائه على أيزومرات توافقية هو الإيثان. يتم تمثيل هيكلها في الفضاء بواسطة صيغة المنظور أو صيغة نيومان:
مع 2 ح 6
يحجب يحجب
التشكل
صيغ الإسقاط نيومان.
يشار إلى ذرة الكربون الأقرب إلينا بنقطة في وسط الدائرة ، والدائرة تصور ذرة كربون بعيدة. تُصوَّر الروابط الثلاث لكل ذرة كخطوط تشع من مركز الدائرة - لأقرب ذرة كربون وصغيرة - لذرة الكربون البعيدة.
في سلاسل الكربون الطويلة ، يكون الدوران ممكنًا حول العديد من روابط C - C. لذلك ، يمكن أن تتخذ السلسلة بأكملها مجموعة متنوعة من الأشكال الهندسية. وفقًا لبيانات الأشعة السينية ، فإن السلاسل الطويلة من الهيدروكربونات المشبعة لها تطابق متعرج وكماشة. على سبيل المثال: البالمتيك (C 15 H 31 COOH) والأحماض الدهنية (C 17 H 35 COOH) في مطابقة متعرجة هي جزء من الدهون في أغشية الخلايا ، وجزيئات السكاريد الأحادي في المحلول تأخذ شكلًا يشبه المخلب.
تركيبات المركبات الحلقية
تتميز المركبات الحلقية بالإجهاد الزاوي المرتبط بوجود دورة مغلقة.
إذا اعتبرنا أن الدورات مسطحة ، فإن زوايا الرابطة بالنسبة للعديد منها ستنحرف بشكل كبير عن الزوايا العادية. يسمى الإجهاد الناجم عن انحراف زوايا الرابطة بين ذرات الكربون في دورة عن القيمة الطبيعية ركنأو باير.
على سبيل المثال ، في الهكسان الحلقي ، تكون ذرات الكربون في الحالة الهجينة sp 3 ، وبالتالي ، يجب أن تكون زاوية الرابطة مساوية لـ 109 حوالي 28 /. إذا كانت ذرات الكربون في نفس المستوى ، ففي دورة مستوية ، ستكون زوايا الرابطة الداخلية مساوية لـ 120 درجة ، وستكون جميع ذرات الهيدروجين في شكل مكسوف. لكن الهكسان الحلقي لا يمكن أن يكون مستويًا بسبب وجود ضغوط زاويّة والتوائية قوية. لديها تشابهات غير مستوية أقل توترًا بسبب الدوران الجزئي حول روابط ، من بينها التشابهات أكثر استقرارًا الكراسي و الحمامات.
شكل الكرسي هو الأكثر ملاءمة من حيث الطاقة ، لأنه لا يحتوي على مواضع مكسوفة من ذرات الهيدروجين والكربون. ترتيب ذرات H لجميع ذرات C هو نفسه كما هو الحال في التشكل المعوق للإيثان. في هذا التشكل ، تكون جميع ذرات الهيدروجين مفتوحة ومتاحة للتفاعلات.
يعتبر شكل الحمام أقل ملاءمة من حيث الطاقة ، نظرًا لأن اثنين من أزواج من ذرات C (C-2 و C-3) ، (C-5 و C-6) الموجودة في القاعدة تحتويان على ذرات H في شكل خسوف ، وبالتالي فإن هذا التشكل له إمدادات كبيرة من الطاقة وغير مستقرة.
C 6 H 12 الهكسان الحلقي
شكل "الكرسي بذراعين" أكثر ملاءمة من "الحمام".
التماثل البصري.
في نهاية القرن التاسع عشر ، تم اكتشاف أن العديد من المركبات العضوية قادرة على تدوير مستوى شعاع مستقطب إلى اليسار واليمين. أي أن شعاع الضوء الساقط على جزيء يتفاعل مع غلافه الإلكتروني ، بينما يحدث استقطاب الإلكترونات ، مما يؤدي إلى تغيير في اتجاه التذبذبات في الحقل الكهربائي. إذا قامت مادة ما بتدوير مستوى التذبذب في اتجاه عقارب الساعة ، فإنها تسمى دكسترروتوري(+) إذا عكس اتجاه عقارب الساعة - ليفوروتاري(-). هذه المواد كانت تسمى الايزومرات الضوئية. تحتوي الأيزومرات النشطة بصريًا على ذرة كربون غير متماثلة (مراوان) - وهي ذرة تحتوي على أربعة بدائل مختلفة. الشرط الثاني المهم هو عدم وجود جميع أنواع التناظر (المحاور ، المستويات). وتشمل هذه العديد من الأحماض الهيدروكسي والأحماض الأمينية
أظهرت الدراسات أن هذه المركبات تختلف في ترتيب البدائل عند ذرات الكربون في تهجين sp 3.
ص 
أبسط مركب هو حمض اللاكتيك (2-هيدروكسي بروبانويك).
الأيزومرات المجسمة ، ترتبط جزيئاتها ببعضها البعض ككائن وصورة معكوسة غير متوافقة أو كصورة يسار ويمين اليد اليمنىمُسَمًّى المتشاهدين(الأيزومرات الضوئية ، الأيزومرات المرآة ، الأضداد ، وتسمى هذه الظاهرة المتشاهدين.جميع المواد الكيميائية و الخصائص الفيزيائيةالمتشكلات هي نفسها ، باستثناء اثنين: دوران مستوى الضوء المستقطب (في جهاز مقياس الاستقطاب) والنشاط البيولوجي.
يتم تحديد التكوين المطلق للجزيئات بواسطة طرق فيزيائية كيميائية معقدة.
يتم تحديد التكوين النسبي للمركبات النشطة بصريًا من خلال المقارنة مع معيار glyceraldehyde. المواد الفعالة بصريا التي لها تكوين dextrorotatory أو levorotatory glyceraldehyde (M. Rozanov ، 1906) تسمى مواد من سلسلة D- و L. يسمى الخليط المتساوي من أيزومرات اليمين واليسار لمركب واحد بزميل وهو غير نشط بصريًا.
أظهرت الدراسات أن علامة دوران الضوء لا يمكن أن ترتبط بانتماء مادة إلى السلسلتين D و L ، يتم تحديدها تجريبيًا فقط في الأجهزة - أجهزة قياس الاستقطاب. على سبيل المثال ، يحتوي حمض L-milk على زاوية دوران تبلغ +3.8 o ، وحمض D-milk - 3.8 o.
يتم تصوير Enantiomers باستخدام صيغ فيشر.
تظهر سلسلة الكربون كخط عمودي.
يتم وضع أعلى مجموعة وظيفية في الأعلى ، ويتم وضع الأصغر في الأسفل.
يتم تمثيل ذرة الكربون غير المتماثلة بخط أفقي مع وجود بدائل في النهايات.
يتم تحديد عدد الأيزومرات بواسطة الصيغة 2 n ، n هو عدد ذرات الكربون غير المتماثلة.
L- صف D- صف
من بين المتشكلات ، قد تكون هناك جزيئات متناظرة ليس لها نشاط بصري ، ويسمى الميزوزومرات.
|
على سبيل المثال: قائمة النبيذ |
|
د - (+) - صف L - (-) - صف |
Mezovinnaya إلى - ذلك |
Racemate - حمض العنب
الايزومرات الضوئية التي ليست ايزومرات مرآة ، تختلف في تكوين العديد من ذرات C غير المتماثلة ، ولكن ليس كلها ، والتي لها خصائص فيزيائية وكيميائية مختلفة ، تسمى - دي-أ- الأيزومرات.
-Diastereomers (أيزومرات هندسية) هي مجسمات لها رابطة في الجزيء. توجد في الألكينات ، الكربوكسيل العالي غير المشبع إلى الكربوكسيل غير المشبع ، ثنائي الكربوكسيل غير المشبع. على سبيل المثال:
رابطة الدول المستقلة - بيوتين - 2 ترانس - بيوتين - 2
يرتبط النشاط البيولوجي للأشياء العضوية ببنيتها. على سبيل المثال:
حمض Cis-butenedioic ، حمض ترانس-بوتينيديويك ،
حمض الماليك - حمض الفوماريك - غير سام ،
شديدة السمية الموجودة في الجسم
جميع الأحماض الكربوكسيلية غير المشبعة الطبيعية هي أيزومرات رابطة الدول المستقلة.
(غرام. isos نفسه ، جزء meros) واحد من أهم المفاهيمفي الكيمياء ، وخاصة في الكيمياء العضوية. يمكن أن تحتوي المواد على نفس التركيب والوزن الجزيئي ، ولكن تسمى الهياكل والمركبات المختلفة التي تحتوي على نفس العناصر بنفس المقدار ، ولكنها تختلف في الترتيب المكاني للذرات أو مجموعات الذرات ، أيزومرات. التماكب هو أحد أسباب تعدد المركبات العضوية وتنوعها.تم اكتشاف التماكب لأول مرة من قبل J. Liebig في عام 1823 ، الذي وجد أن الأملاح الفضية للأحماض الخاطفية والأيزوسيانيك: Ag-O-N = C و Ag-N = C = O لها نفس التركيب ، لكن لها خصائص مختلفة. قدم مصطلح "isomerism" في عام 1830
اولا برزيليوس، الذي اقترح أن الاختلافات في خصائص المركبات من نفس التركيب تنشأ بسبب حقيقة أن الذرات في الجزيء مرتبة في ترتيب غير متكافئ. تم تشكيل أفكار حول التماثل أخيرًا بعد الخلقصباحا بتليروفنظريات التركيب الكيميائي (ستينيات القرن التاسع عشر). بناءً على هذه النظرية ، اقترح أنه يجب أن يكون هناك أربعة بيوتانولات مختلفة (الشكل.1). بحلول الوقت الذي تم فيه إنشاء النظرية ، كان هناك بيوتانول واحد فقط (CH 3) 2 CHSN 2 OH ، تم الحصول عليها من المواد النباتية.أرز. 1. ايزومرات البوتانولأصبح التركيب اللاحق لجميع ايزومرات البيوتانول وتحديد خصائصها تأكيدًا مقنعًا للنظرية.وفقًا للتعريف الحديث ، يتم اعتبار مركبين من نفس التركيبة ايزومرات إذا تعذر دمج جزيئاتهما في الفضاء بحيث تتطابق تمامًا. يتم الجمع ، كقاعدة عامة ، عقليًا ؛ في الحالات المعقدة ، يتم استخدام النماذج المكانية أو طرق الحساب.
هناك عدة أسباب للتشابه.
ISOMERISM الهيكلية يحدث هذا ، كقاعدة عامة ، بسبب الاختلافات في هيكل الهيكل الهيدروكربوني أو بسبب الترتيب غير المتكافئ للمجموعات الوظيفية أو الروابط المتعددة.تماثل الهيكل العظمي الهيدروكربوني. الهيدروكربونات المشبعة التي تحتوي على من واحد إلى ثلاث ذرات كربون (ميثان ، إيثان ، بروبان) لا تحتوي على أيزومرات. لمركب يحتوي على أربع ذرات كربون C 4 شمال 10 (البيوتان) من الممكن وجود اثنين من الأيزومرين ، للبنتان C 5 شمال 12 ثلاثة ايزومرات للهكسان سي 6 H 14 خمسة (الشكل 2):
في الحالات المعقدة ، يتم تحديد مسألة ما إذا كان المركبان عبارة عن أيزومرات باستخدام دورات مختلفة حول روابط التكافؤ (تسمح الروابط البسيطة بذلك ، والذي يتوافق إلى حد ما مع خصائصهما الفيزيائية). بعد حركة الأجزاء الفردية من الجزيء (دون كسر الروابط) ، يتم تثبيت جزيء على آخر (الشكل.
. 3). إذا كان جزيئين متطابقين تمامًا ، فهذه ليست أيزومرات ، ولكن نفس المركب: عادة ما يكون للأيزومرات التي تختلف في الهيكل العظمي خصائص فيزيائية مختلفة (نقطة الانصهار ، نقطة الغليان ، إلخ) ، مما يجعل من الممكن فصل أحدهما عن الآخر. توجد أيزومرية من هذا النوع أيضًا في الهيدروكربونات العطرية (الشكل 4):
أرز. 4. الايزومرات العطريةموقف isomerism.
نوع آخر من التماثل الموضعي البنيوي
يحدث عندما توجد مجموعات وظيفية أو ذرات غير متجانسة أو روابط متعددة في أماكن مختلفة من الهيكل الهيدروكربوني. يمكن أن تنتمي الأيزومرات الهيكلية إلى فئات مختلفة من المركبات العضوية ، لذلك يمكن أن تختلف ليس فقط في الفيزياء ، ولكن أيضًا الخواص الكيميائية. على التين. يوضح الشكل 5 ثلاثة أيزومرات للمركب C 3 ح 8 أوه ، اثنان منهم كحول ، والثالثالأثير 
أرز. 5. موقف الايزومراتغالبًا ما تكون الاختلافات في بنية أيزومرات الموضع واضحة جدًا لدرجة أنه ليس من الضروري دمجها ذهنيًا في الفضاء ، على سبيل المثال ، أيزومرات البيوتين أو ثنائي كلورو بنزين (الشكل 6):
أرز. 6. ايزومرات البيوتين وثنائي كلورو بنزينتجمع الأيزومرات الهيكلية أحيانًا بين سمات تماكب الهيكل العظمي الهيدروكربوني والتشابه الموضعي (الشكل 7).
أرز. 8. ايزومرات البنزينتوجد أول خمسة من الأيزومرات الموضحة (تم الحصول على الأيزومرات الثانية والثالثة والرابعة والخامسة بعد حوالي 100 عام من إنشاء بنية البنزين). على الأرجح لن يتم الحصول على الأيزومر الأخير. يتم تقديمه على شكل سداسي ، وهو الأقل احتمالًا ، حيث تؤدي تشوهاته إلى هياكل في شكل منشور مائل ، ونجم ثلاثي الشعاع ، وهرم غير مكتمل ، وهرم مزدوج (ثماني الوجوه غير مكتمل). يحتوي كل خيار من هذه الخيارات إما على روابط C-C مختلفة جدًا ، أو زوايا رابطة مشوهة بشدة (الشكل 9):
تسمى التحولات الكيميائية ، نتيجة تحويل الأيزومرات الهيكلية إلى بعضها البعض ، الأيزومرات.الأيزومرية الفراغية ينشأ من موقع مختلفذرات في الفضاء بنفس ترتيب الروابط بينهما. أحد أنواع الأيزومرية الفراغية هو cis-trans-isomerism (cis
اللات . جانب واحد ، العابرةاللات . خلال ، على الجوانب المقابلة) في المركبات التي تحتوي على روابط متعددة أو دورات مسطحة. على عكس الرابطة المفردة ، لا تسمح الرابطة المتعددة لشظايا فردية من الجزيء بالدوران حولها. من أجل تحديد نوع الأيزومر ، يتم رسم المستوى عقليًا من خلال الرابطة المزدوجة ثم يتم تحليل الطريقة التي يتم بها وضع البدائل بالنسبة لهذا المستوى. إذا كانت المجموعات المتماثلة على نفس الجانب من المستوى ، فهذا يعني أن هذارابطة الدول المستقلة -ايزومير ، إذا كان على طرفي نقيضنشوة-ايزومير:
الخصائص الفيزيائية والكيميائية
رابطة الدول المستقلة- و نشوة - تختلف الأيزومرات في بعض الأحيان بشكل ملحوظ ، في حمض الماليك ، تكون مجموعات الكربوكسيل COOH قريبة من الناحية المكانية ، ويمكن أن تتفاعل (الشكل 11) ، وتشكل أنهيدريد المالئيك (بالنسبة لحمض الفوماريك ، لا يحدث هذا التفاعل):
أرز. 13. ايزومرات مجمع الكوبالتالنوع الثاني من الأيزومرية الضوئية يحدث عندما يكون اثنان من الايزومرات (وفقًا للتعريف الذي تمت صياغته سابقًا ، جزيئين غير متوافقين في الفضاء) انعكاس المرآةبعضها البعض. الجزيئات التي يمكن تمثيلها كذرة كربون واحدة بأربعة بدائل مختلفة لها هذه الخاصية. يتم توجيه تكافؤ ذرة الكربون المركزية المرتبطة بأربعة بدائل نحو رؤوس رباعي الوجوه العقلية العادية الرباعية السطوح (سم.أوربيتال) وهي ثابتة بشكل صارم. يتم عرض أربعة بدائل مختلفة في الشكل. 14 على شكل أربع كرات بألوان مختلفة:
لا تنشأ التماثل البصري فقط في حالة وجود ذرة غير متماثلة ، بل تتحقق أيضًا في بعض جزيئات الإطار في وجود عدد معين من البدائل المختلفة. على سبيل المثال ، يمكن أن يحتوي الإطار الهيدروكربوني adamantane ، الذي يحتوي على أربعة بدائل مختلفة (الشكل 17) ، على أيزومر بصري ، بينما يلعب الجزيء بأكمله دور مركز غير متماثل ، والذي يصبح واضحًا إذا كان إطار adamantane متقلصًا عقليًا إلى نقطة. وبالمثل ، فإن siloxane ، الذي له هيكل مكعب (الشكل 17) ، يصبح نشطًا بصريًا أيضًا في حالة أربعة بدائل مختلفة:
أرز. 17. جزيئات الإطار النشط بصرياتكون المتغيرات ممكنة عندما لا يحتوي الجزيء على مركز غير متماثل حتى في شكل كامن ، ولكن قد يكون نفسه غير متماثل بشكل عام ، في حين أن الأيزومرات الضوئية ممكنة أيضًا. على سبيل المثال ، في مركب معقد من البريليوم ، توجد شظيتان دوريتان في مستويين متعامدين بشكل متبادل ؛ وفي هذه الحالة ، يكون بديلين مختلفين كافيين للحصول على أيزومر بصري (الشكل 18). بالنسبة لجزيء الفيروسين ، الذي له شكل منشور خماسي الجوانب ، هناك حاجة لثلاثة بدائل لنفس الغرض ، تلعب ذرة الهيدروجين في هذه الحالة دور أحد البدائل (الشكل 18):
أرز. 18. التماثل البصري للجزيئات غير المتماثلةفي معظم الحالات ، تتيح الصيغة الهيكلية للمركب فهم ما يجب تغييره بالضبط من أجل جعل المادة نشطة بصريًا. عند تصنيع الأيزومرات الفراغية النشطة بصريًا ، يتم عادةً الحصول على خليط من المركبات المنشطة والمركبة. يتم فصل الأيزومرات عن طريق تفاعل خليط من الأيزومرات مع الكواشف (غالبًا من أصل طبيعي) تحتوي على مركز تفاعل غير متماثل. بعض الكائنات الحية ، بما في ذلك البكتيريا ، تستقلب الأيزومرات اليسرى بشكل تفضيلي.
حاليًا ، تم تطوير عمليات (تسمى التخليق غير المتماثل) تجعل من الممكن الحصول بشكل هادف على أيزومر بصري معين.
هناك تفاعلات تجعل من الممكن تحويل أيزومير بصري إلى نقيضه (
سم . محادثة والدن). ميخائيل ليفيتسكي الأدبسلانينا 3. الجوانب النظرية لظاهرة التماثل في الكيمياء ، لكل. من التشيك ، موسكو ، مير ، 1984هوفمان ر. مثل هذا العالم نفسه والمتنوع . موسكو ، مير ، 2001