ایزومرها چگونه متفاوت هستند؟ ایزومریسم انواع ایزومریسم ایزومری ساختاری، هندسی، نوری

ایزومریسم برای اولین بار توسط J. Liebig در سال 1823 کشف شد که نشان داد نمک های نقره فولمینات و اسیدهای ایزوسیانیک: Ag-O-N=C و Ag-N=C=O ترکیب یکسانی دارند، اما خواص متفاوتی دارند. اصطلاح "ایزومریسم" در سال 1830 معرفی شد

طبق تعریف مدرن، دو ترکیب با یک ترکیب در صورتی ایزومر در نظر گرفته می شوند که مولکول های آنها نتوانند در فضا ترکیب شوند تا کاملاً منطبق شوند. ترکیب معمولا به صورت ذهنی انجام می شود، در موارد دشواراز مدل های فضایی یا روش های محاسبه استفاده کنید.

دلایل مختلفی برای ایزومریسم وجود دارد.

در موارد پیچیده، این سؤال که آیا دو ترکیب ایزومر هستند یا خیر، با استفاده از چرخش‌های مختلف در اطراف پیوندهای ظرفیتی حل می‌شود (پیوندهای ساده این امکان را می‌دهند، که تا حدی با خواص فیزیکی آنها مطابقت دارد). پس از حرکت تک تک قطعات مولکول (بدون اجازه شکستن پیوندها)، یک مولکول روی مولکول دیگر قرار می گیرد (شکل 1).

یکی از انواع استریوایزومریسم ایزومر سیس-ترانس (cis

خواص فیزیکی و شیمیایی

ایزومری نوری نه تنها در مورد یک اتم نامتقارن رخ می دهد، بلکه در برخی از مولکول های چارچوب در حضور تعداد معینی از جانشین های مختلف نیز تحقق می یابد. به عنوان مثال، چارچوب هیدروکربن آدامتان، که دارای چهار جایگزین مختلف است (شکل 17)، می تواند یک ایزومر نوری داشته باشد، با کل مولکول نقش یک مرکز نامتقارن را بازی می کند، که اگر چارچوب آدامتان به صورت ذهنی به یک نقطه منقبض شود، آشکار می شود. . به طور مشابه، سیلوکسان، که ساختار مکعبی دارد (شکل 17)، در مورد چهار جایگزین مختلف نیز از نظر نوری فعال می شود:

سنتز استریوایزومرهای فعال نوری معمولاً مخلوطی از ترکیبات دکسترو و چپگرد تولید می کند. جداسازی ایزومرها با واکنش مخلوط ایزومرها با معرف ها (معمولاً منشاء طبیعی) حاوی یک مرکز واکنش نامتقارن. برخی از موجودات زنده، از جمله باکتری ها، ترجیحا ایزومرهای چرخشی را متابولیزه می کنند.

فرآیندهایی (به نام سنتز نامتقارن) در حال حاضر برای تولید یک ایزومر نوری خاص توسعه یافته اند.

واکنش هایی وجود دارد که به شما امکان می دهد یک ایزومر نوری را به آنتی پاد آن تبدیل کنید (

محتوای مقاله

ایزومریا(یونانی isos - یکسان، meros - قسمت) یکی از مهمترین مفاهیم در شیمی، عمدتا در آلی است. مواد ممکن است ترکیب و وزن مولکولی یکسانی داشته باشند، اما ساختارها و ترکیبات مختلف حاوی عناصر یکسان در یک مقدار، اما در آرایش فضایی اتم‌ها یا گروه‌هایی از اتم‌ها، ایزومر نامیده می‌شوند. ایزومریسم یکی از دلایلی است که ترکیبات آلی بسیار زیاد و متنوع هستند.

ایزومریسم برای اولین بار توسط J. Liebig در سال 1823 کشف شد که نشان داد نمک های نقره فولمینات و اسیدهای ایزوسیانیک: Ag-O-N=C و Ag-N=C=O ترکیب یکسانی دارند، اما خواص متفاوتی دارند. اصطلاح "ایزومریسم" در سال 1830 توسط I. Berzelius معرفی شد، که پیشنهاد کرد که تفاوت در خواص ترکیبات یکسان به دلیل این واقعیت است که اتم های موجود در مولکول به ترتیب متفاوتی مرتب شده اند. ایده ایزومریسم سرانجام پس از ایجاد نظریه ساختار شیمیایی (دهه 1860) توسط A.M. بر اساس این نظریه، او پیشنهاد کرد که باید چهار بوتانول مختلف وجود داشته باشد (شکل 1). در زمان ایجاد این نظریه، تنها یک بوتانول شناخته شده بود (CH 3) 2 CHCH 2 OH که از مواد گیاهی به دست می آمد.

برنج. 1. ایزومرهای بوتانول

سنتز بعدی تمام ایزومرهای بوتانول و تعیین خواص آنها تأیید قانع کننده این نظریه شد.

طبق تعریف مدرن، دو ترکیب با یک ترکیب در صورتی ایزومر در نظر گرفته می شوند که مولکول های آنها نتوانند در فضا ترکیب شوند تا کاملاً منطبق شوند. ترکیب، به عنوان یک قاعده، به صورت ذهنی انجام می شود، در موارد پیچیده، از مدل های فضایی یا روش های محاسبه استفاده می شود.

دلایل مختلفی برای ایزومریسم وجود دارد.

ایزومریسم ساختاری

به عنوان یک قاعده، به دلیل تفاوت در ساختار اسکلت هیدروکربنی یا ترتیب نابرابر گروه های عاملی یا پیوندهای متعدد ایجاد می شود.

ایزومریسم اسکلت هیدروکربنی.

هیدروکربن های اشباع حاوی یک تا سه اتم کربن (متان، اتان، پروپان) هیچ ایزومری ندارند. برای ترکیبی با چهار اتم کربن C 4 H 10 (بوتان)، دو ایزومر ممکن است، برای پنتان C 5 H 12 - سه ایزومر، برای هگزان C 6 H 14 - پنج (شکل 2):

برنج. 2. ایزومرهای ساده ترین هیدروکربن ها

با افزایش تعداد اتم های کربن در یک مولکول هیدروکربن، تعداد ایزومرهای ممکن به طور چشمگیری افزایش می یابد. برای هپتان C 7 H 16 9 ایزومر، برای هیدروکربن C 14 H 30 1885 ایزومر، برای هیدروکربن C 20 H 42 بیش از 366000 وجود دارد.

در موارد پیچیده، این سؤال که آیا دو ترکیب ایزومر هستند یا خیر، با استفاده از چرخش‌های مختلف در اطراف پیوندهای ظرفیتی حل می‌شود (پیوندهای ساده این امکان را می‌دهند، که تا حدی با خواص فیزیکی آنها مطابقت دارد). پس از حرکت تک تک قطعات مولکول (بدون شکستن پیوندها)، یک مولکول روی دیگری قرار می گیرد (شکل 3). اگر دو مولکول کاملاً یکسان باشند، اینها ایزومر نیستند، بلکه یک ترکیب هستند:

ایزومرهایی که از نظر ساختار اسکلتی متفاوت هستند معمولاً دارای خواص فیزیکی متفاوتی هستند (نقطه ذوب، نقطه جوش و غیره) که امکان جداسازی یکی از دیگری را فراهم می کند. این نوع ایزومریسم در هیدروکربن های آروماتیک نیز وجود دارد (شکل 4):

برنج. 4. ایزومرهای معطر

ایزومری موقعیتی

نوع دیگری از ایزومریسم ساختاری، ایزومری موقعیتی، در مواردی رخ می دهد که گروه های عاملی، هترواتم های منفرد یا پیوندهای متعدد در مکان های مختلف اسکلت هیدروکربنی قرار دارند. ایزومرهای ساختاری می توانند به کلاس های مختلفی از ترکیبات آلی تعلق داشته باشند، بنابراین می توانند نه تنها در خواص فیزیکی، بلکه از نظر خواص شیمیایی نیز متفاوت باشند. در شکل شکل 5 سه ایزومر را برای ترکیب C 3 H 8 O نشان می دهد که دو تا از آنها الکل هستند و سومی اتر است.

برنج. 5. ایزومرها را تعیین کنید

اغلب، تفاوت در ساختار ایزومرهای موقعیتی به قدری آشکار است که حتی لازم نیست آنها را بطور ذهنی در فضا ترکیب کرد، به عنوان مثال، ایزومرهای بوتن یا دی کلروبنزن (شکل 6):

برنج. 6. ایزومرهای بوتن و دی کلروبنزن

گاهی اوقات ایزومرهای ساختاری ویژگی های ایزومر اسکلت هیدروکربنی و ایزومری موقعیتی را با هم ترکیب می کنند (شکل 7).

برنج. 7. ترکیب دو نوع ایزومر ساختاری

در مسائل ایزومریسم، ملاحظات نظری و آزمایش به هم مرتبط هستند. اگر ملاحظات نشان دهد که ایزومرها نمی توانند وجود داشته باشند، آزمایشات نیز باید همین را نشان دهند. اگر محاسبات تعداد معینی از ایزومرها را نشان دهد، می توان همان تعداد یا کمتر از آنها را به دست آورد، اما نه بیشتر - همه ایزومرهای محاسبه شده نظری را نمی توان به دست آورد، زیرا ممکن است فواصل بین اتمی یا زوایای پیوند در ایزومر پیشنهادی خارج از حدود مجاز باشد. . برای یک ماده حاوی شش گروه CH (به عنوان مثال، بنزن)، 6 ایزومر از نظر تئوری امکان پذیر است (شکل 8).

برنج. 8. ایزومرهای بنزن

پنج ایزومر اول نشان داده شده وجود دارند (ایزومرهای دوم، سوم، چهارم و پنجم تقریباً 100 سال پس از ایجاد ساختار بنزن به دست آمدند). ایزومر اخیر به احتمال زیاد هرگز به دست نخواهد آمد. که به صورت شش ضلعی نشان داده می شود، کمترین احتمال تشکیل را دارد و تغییر شکل های آن منجر به ساختارهایی به شکل منشور اریب، ستاره سه پر، هرم ناقص و هرم دوتایی (هشت وجهی ناقص) می شود. هر یک از این گزینه‌ها یا دارای پیوندهای C-C بسیار متفاوت در اندازه یا زوایای پیوند بسیار مخدوش هستند (شکل 9):

تبدیل های شیمیایی که در نتیجه ایزومرهای ساختاری به یکدیگر تبدیل می شوند، ایزومریزاسیون نامیده می شوند.

استریوایزومریسم

به دلیل آرایش متفاوت اتم ها در فضا با ترتیب پیوندهای یکسان بین آنها بوجود می آید.

یکی از انواع استریوایزومریسم ایزومر سیس-ترانس (cis - لات. در یک طرف، ترانس - لات. از طریق، در طرف های مختلف) در ترکیبات حاوی پیوندهای متعدد یا چرخه های مسطح مشاهده می شود. برخلاف یک پیوند، یک پیوند چندگانه اجازه نمی‌دهد تکه‌های تکی مولکول به دور آن بچرخند. برای تعیین نوع ایزومر، صفحه ای به صورت ذهنی از طریق پیوند دوگانه کشیده می شود و سپس نحوه قرارگیری جانشین ها نسبت به این صفحه مورد تجزیه و تحلیل قرار می گیرد. اگر گروه های یکسان در همان سمت هواپیما هستند، پس این است سیس-ایزومر، اگر در طرف مقابل باشد - ترنس-ایزومر:

خواص فیزیکی و شیمیایی سیس- و ترنس- ایزومرها در اسید مالئیک به طور قابل توجهی متفاوت هستند، گروه های کربوکسیل -COOH از نظر مکانی نزدیک هستند، آنها می توانند واکنش نشان دهند (شکل 11)، تشکیل انیدرید مالئیک اسید (این واکنش برای اسید فوماریک رخ نمی دهد):

برنج. 11. تشکیل انیدرید مالئیک

در مورد مولکول های حلقوی مسطح، ترسیم یک صفحه به صورت ذهنی ضروری نیست، زیرا قبلاً توسط شکل مولکول داده می شود، به عنوان مثال، در سیلوکسان های حلقوی (شکل 12):

برنج. 12. ایزومرهای سیکلوسیلوکسان

در ترکیبات پیچیده فلزی سیسایزومر ترکیبی است که در آن دو گروه یکسان، از گروه های اطراف فلز، در نزدیکی آن قرار دارند ترنسایزومر، آنها توسط گروه های دیگر از هم جدا می شوند (شکل 13):

برنج. 13. ایزومرهای کمپلکس کبالت

نوع دوم استریوایزومریسم، ایزومر نوری، در مواردی رخ می دهد که دو ایزومر (طبق تعریفی که قبلاً فرموله شد، دو مولکول که در فضا سازگار نیستند) تصاویر آینه ای از یکدیگر باشند. این خاصیت توسط مولکول هایی وجود دارد که می توانند به عنوان یک اتم کربن منفرد با چهار جایگزین مختلف نشان داده شوند. ظرفیت های اتم کربن مرکزی متصل به چهار جانشین به سمت رئوس یک چهار وجهی ذهنی هدایت می شوند - یک چهار وجهی منظم. سانتی متر. ORBITAL) و به طور صلب ثابت شده است. چهار جایگزین نابرابر در شکل نشان داده شده است. 14 به شکل چهار توپ با رنگ های مختلف:

برنج. 14. اتم کربن با چهار جایگزین مختلف

برای تشخیص شکل گیری احتمالی یک ایزومر نوری، لازم است (شکل 15) مولکول را در یک آینه منعکس کنید، سپس تصویر آینه ای باید به عنوان یک مولکول واقعی گرفته شود، زیر مولکول اصلی قرار داده شود تا محورهای عمودی آنها بر هم منطبق باشد. و مولکول دوم باید حول محور عمودی بچرخد تا توپ قرمز مولکول های بالایی و پایینی زیر یکدیگر قرار گیرند. در نتیجه، موقعیت تنها دو توپ، بژ و قرمز، مطابقت دارد (با فلش های دوتایی مشخص شده است). اگر مولکول پایینی را بچرخانید تا توپ های آبی در یک راستا قرار گیرند، موقعیت تنها دو توپ دوباره مطابقت می کند - بژ و آبی (همچنین با فلش های دوتایی مشخص شده است). همه چیز آشکار می شود اگر این دو مولکول به طور ذهنی در فضا ترکیب شوند و یکی را در دیگری بگذارند، مانند چاقویی در غلاف، توپ قرمز و سبز بر هم منطبق نمی شوند:

برای هر جهت گیری متقابل در فضا، دو مولکول از این دست وقتی با هم ترکیب می شوند نمی توانند به همدیگر برسند، اینها ایزومر هستند. توجه به این نکته ضروری است که اگر اتم کربن مرکزی نه چهار، بلکه فقط سه جانشین مختلف داشته باشد (یعنی دو تای آنها یکسان باشند)، در آن صورت وقتی چنین مولکولی در آینه منعکس می شود، ایزومر نوری تشکیل نمی شود. از آنجایی که مولکول و بازتاب آن را می توان در فضا ترکیب کرد (شکل 16):

علاوه بر کربن، اتم های دیگری که در آنها پیوندهای کووالانسی به سمت گوشه های چهار وجهی هدایت می شوند، به عنوان مثال، سیلیکون، قلع، فسفر، می توانند به عنوان مراکز نامتقارن عمل کنند.

ایزومری نوری نه تنها در مورد یک اتم نامتقارن رخ می دهد، بلکه در برخی از مولکول های چارچوب در حضور تعداد معینی از جانشین های مختلف نیز تحقق می یابد. به عنوان مثال، چارچوب هیدروکربن آدامتان، که دارای چهار جایگزین مختلف است (شکل 17)، می تواند یک ایزومر نوری داشته باشد، با کل مولکول نقش یک مرکز نامتقارن را بازی می کند، که اگر چارچوب آدامتان به صورت ذهنی به یک نقطه منقبض شود، آشکار می شود. . به طور مشابه، سیلوکسان، که ساختار مکعبی دارد (شکل 17)، در مورد چهار جایگزین مختلف نیز از نظر نوری فعال می شود:

برنج. 17. مولکول های داربست فعال نوری

گزینه ها زمانی امکان پذیر است که مولکول دارای مرکز نامتقارن نباشد، حتی به شکل پنهان، اما ممکن است خود به طور کلی نامتقارن باشد، و ایزومرهای نوری نیز ممکن است. به عنوان مثال، در یک ترکیب کمپلکس بریلیم، دو قطعه حلقوی در صفحات متقابل عمود بر هم قرار دارند، در این مورد، دو جایگزین مختلف برای به دست آوردن یک ایزومر نوری کافی است (شکل 18). برای یک مولکول فروسن، که به شکل یک منشور پنج وجهی است، سه جایگزین برای یک هدف مورد نیاز است، اتم هیدروژن در این مورد نقش یکی از جانشین ها را بازی می کند (شکل 18).

برنج. 18. ایزومری نوری مولکول های نامتقارن

در بیشتر موارد، فرمول ساختاری یک ترکیب به ما امکان می دهد بفهمیم که دقیقاً چه چیزی باید در آن تغییر کند تا ماده از نظر نوری فعال شود.

سنتز استریوایزومرهای فعال نوری معمولاً مخلوطی از ترکیبات دکسترو و چپگرد تولید می کند. جداسازی ایزومرها با واکنش مخلوط ایزومرها با معرف هایی (معمولاً با منشاء طبیعی) حاوی یک مرکز واکنش نامتقارن انجام می شود. برخی از موجودات زنده، از جمله باکتری ها، ترجیحا ایزومرهای چرخشی را متابولیزه می کنند.

فرآیندهایی (به نام سنتز نامتقارن) در حال حاضر برای تولید یک ایزومر نوری خاص توسعه یافته اند.

واکنش هایی وجود دارد که به شما امکان می دهد یک ایزومر نوری را به آنتی پاد آن تبدیل کنید ( سانتی متر. تبدیل والدن).

میخائیل لویتسکی

ایزومرها - مهمترین مفهوم شیمی ارگانیک. موادی که دارای ترکیب و وزن مولکولی یکسان هستند ممکن است در ساختار و ترکیب عناصر یکسان در ترکیب آنها متفاوت باشند. این عناصر در مقادیر مساوی وجود دارند، اما در آرایش فضایی گروه‌های اتم یا به سادگی اتم‌ها متفاوت هستند. چنین موادی معمولاً ایزومر نامیده می شوند.
با استفاده از مثال ساده ترین ایزومرها - بوتان و ایزوبوتان (یا بهتر بگوییم فرمول های ساختاری آنها) که کاملاً فرمول مولکولی یکسانی دارند C4 H10، به راحتی می توانید متوجه شوید که در مورد چه چیزی صحبت می کنیم. فرمول ساختاری بوتان به این صورت است: CH3-CH2-CH2-CH3 و ایزوبوتان CH3-CH(CH3)-CH3. آرایش فضایی اتم های کربن و هیدروژن و همچنین ترتیب اتصال آنها در بوتان و ایزوبوتان متفاوت است.
علاوه بر این، گروه رادیکال -CH3 در ایزوبوتان (که در بوتان وجود ندارد) به اتم کربن دوم متصل شده و یک شاخه تشکیل می دهد. وجود گروه رادیکال –CH3 در ایزوبوتان باعث پیدایش گروه –CH در آن می شود. در بوتان، تمام گروه های اتم به صورت خطی به هم متصل هستند، علاوه بر این، بر خلاف ایزوبوتان، دارای دو گروه -CH2 است.

ایزومرها چیست؟

ایزومرها- ترکیبات شیمیایی خاص با فرمول و ترکیب یکسان، اما از نظر ساختار و خواص متفاوت. ایزومرها عمدتاً در ترکیبات آلی یافت می شوند.
اگر مولکول‌های دو ترکیب با ترکیبات یکسان هنگام ترکیب در فضا کاملاً منطبق نباشند، ایزومر در نظر گرفته می‌شوند. خواص ایزومرها نه به ترکیبات آنها، بلکه به ساختار شیمیایی آنها، به طور دقیق تر، به ترتیب اتصال اتم های سازنده مولکول ها و تأثیر متقابل اتم ها بر یکدیگر بستگی دارد.

مقایسه ایزومرها

تفاوت بین ایزومرها چیست؟ ایزومرها با داشتن ترکیب یکسان، متفاوت هستند ویژگی های فیزیکوشیمیایی. این به دلیل این واقعیت است که اتم های موجود در مولکول ها به ترتیب نابرابر قرار گرفته اند. ایزومرهای ساختاری در ساختار اسکلت هیدروکربنی یا در مکان‌های مختلف پیوندهای متعدد یا گروه‌های عاملی متفاوت هستند که منجر به خواص فیزیکوشیمیایی متفاوتی می‌شود.
استریو ایزومرها (ایزومرهای سیس و ترانس) دارای ترتیب پیوندهای یکسانی بین اتم ها و مکان های مختلف آنها در فضا هستند. خواص استریو ایزومرها به طور قابل توجهی متفاوت است.
به عنوان مثال، مواد با فرمول C2H6O دو ترکیب آلی ایزومر کاملاً متفاوت هستند: دی متیل اتر (گاز با حداقل محلول در آب) و اتانول(جوش مایع در دمای 78 درجه سانتیگراد). آنها به کلاس های کاملاً متفاوت (اترها و الکل ها) ترکیبات آلی تعلق دارند. خواص شیمیایی آنها به طور قابل توجهی متفاوت است.

TheDifference.ru تشخیص داد که تفاوت بین ایزومرها به شرح زیر است:

ترتیب پیوند اتم ها در فرمول های ساختاری متفاوت است.
ساختار اسکلت کربنی ایزومرها یکسان نیست.
پیوندهای متعدد در ایزومرها به طور متفاوتی مرتب شده اند.
مکان گروه های عاملی برای ایزومرها متفاوت است.
اتم ها در فضا در موقعیت های مختلفی قرار دارند.
خواص فیزیکوشیمیایی ایزومرها می تواند به طور چشمگیری متفاوت باشد.

مثال دیگر اسیدهای تارتاریک و انگور بود که پس از مطالعه آنها، J. Berzelius این اصطلاح را معرفی کرد ایزومریاو پیشنهاد کرد که تفاوت‌ها از «توزیع متفاوت اتم‌های ساده در یک اتم پیچیده» (یعنی یک مولکول) ناشی می‌شوند. ایزومریسم تنها در نیمه دوم قرن نوزدهم توضیح واقعی دریافت کرد. بر اساس نظریه ساختار شیمیایی A. M. Butlerov (ایزومر ساختاری) و نظریه استریوشیمیایی J. G. Van’t Hoff (ایزومر فضایی).

ایزومریسم ساختاری

ایزومری ساختاری نتیجه تفاوت در ساختار شیمیایی است. این نوع شامل:

ایزومریسم زنجیره هیدروکربنی (اسکلت کربنی)

ایزومری اسکلت کربن، به دلیل ترتیب متفاوت پیوند اتم های کربن. ساده ترین مثال بوتان CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 3 و ایزوبوتان (CH 3) 3 CH است. دکتر. نمونه ها: آنتراسن و فنانترن (به ترتیب فرمول I و II)، سیکلوبوتان و متیل سیکلوپروپان (III و IV).

ایزومریسم ظرفیت

ایزومریسم ظرفیت ( نوع خاصایزومر ساختاری)، که در آن ایزومرها تنها از طریق توزیع مجدد پیوندها می توانند به یکدیگر تبدیل شوند. به عنوان مثال، ایزومرهای ظرفیتی بنزن (V) عبارتند از bicyclohexa-2،5-diene (VI، "Dewar benzene")، پریسمان (VII، "Ladenburg benzene") و بنزووالن (VIII).

ایزومریسم گروه عملکردی

در ماهیت گروه عملکردی متفاوت است. مثال: اتانول (CH 3 - CH 2 - OH ) و دی متیل اتر ( CH 3 - O - CH 3 )

ایزومری موقعیت

نوعی ایزومری ساختاری که با تفاوت در موقعیت‌های گروه‌های عاملی یکسان یا پیوندهای دوگانه روی یک اسکلت کربن مشخص می‌شود. مثال: 2-کلروبوتانوئیک اسید و 4-کلروبوتانوئیک اسید.

ایزومر فضایی (استریوایزومریسم)

انانتیومریسم (ایزومر نوری)

ایزومر فضایی (استریوایزومریسم) در نتیجه تفاوت در پیکربندی فضایی مولکول هایی که ساختار شیمیایی یکسانی دارند رخ می دهد. این نوع ایزومرها به دو دسته تقسیم می شوند آنانتیومریسم(ایزومر نوری) و دیاسترومریسم.

انانتیومرها (ایزومرهای نوری، ایزومرهای آینه ای) جفت پاد پادهای نوری از مواد هستند که با علامت مخالف و چرخش مساوی صفحه قطبش نور با هویت سایر فیزیکی و دیگر مشخص می شوند. خواص شیمیایی(به استثنای واکنش با سایر نوری مواد فعالو مشخصات فیزیکیدر یک محیط کایرال). دلیل لازم و کافی برای پیدایش پاد پادهای نوری، انتساب مولکول به یکی از گروه های نقطه ای زیر با تقارن C است. n، دی n, T, O, I (Chirality). اغلب ما در مورد یک اتم کربن نامتقارن صحبت می کنیم، یعنی یک اتم متصل به چهار جایگزین مختلف، به عنوان مثال:

اتم های دیگر نیز می توانند نامتقارن باشند، برای مثال اتم های سیلیکون، نیتروژن، فسفر و گوگرد. وجود یک اتم نامتقارن تنها دلیل انانتیومریسم نیست. بنابراین، مشتقات آدامانتان (IX)، فروسن (X)، 1،3-دی فنیل آلن (XI)، و 6،6"-دینیترو-2،2"-دیفنیک اسید (XII) دارای آنتی پادهای نوری هستند. دلیل فعالیت نوری ترکیب اخیر آتروپوایزومریسم است، یعنی ایزومری فضایی ناشی از عدم وجود چرخش حول یک پیوند ساده. انانتیومریسم همچنین در ترکیبات مارپیچی پروتئین ها، اسیدهای نوکلئیک و هگزاگلیسن (XIII) ظاهر می شود.

(R)-، (S)- نامگذاری ایزومرهای نوری (قاعده نامگذاری)

چهار گروه متصل به اتم کربن نامتقارن C abcd دارای اولویت متفاوتی هستند که مربوط به توالی است: a>b>c>d. در ساده ترین حالت، اولویت با شماره سریال اتم متصل به اتم کربن نامتقارن ایجاد می شود: Br(35)، Cl(17)، S(16)، O(8)، N(7)، C(6). ), H(1).

به عنوان مثال، در اسید بروموکلرواستیک:

قدمت جانشین ها در اتم کربن نامتقارن به شرح زیر است: Br(a)، Cl(b)، گروه C COOH (c)، H(d).

در بوتانول-2، اکسیژن جایگزین اصلی (a) و هیدروژن جایگزین اصلی (d) است:

حل مشکل جایگزین های CH 3 و CH 2 CH 3 ضروری است. در این حالت، ارشدیت با عدد اتمی یا تعداد اتم های دیگر گروه تعیین می شود. اولویت با گروه اتیل باقی می ماند، زیرا در آن اولین اتم C به اتم C(6) دیگر و سایر اتم های H(1) متصل است، در حالی که در گروه متیل کربن به سه اتم H با شماره سریال 1 متصل است. در موارد پیچیده‌تر، آن‌ها به مقایسه همه اتم‌ها ادامه می‌دهند تا زمانی که به اتم‌هایی با شماره‌های سریال متفاوت برسند. اگر پیوندهای دو یا سه گانه وجود داشته باشد، اتم های واقع در آنها به ترتیب دو و سه اتم محسوب می شوند. بنابراین، گروه -COH به عنوان C (O, O, H) و گروه -COOH به عنوان C (O, O, OH) در نظر گرفته می شود. گروه کربوکسیل قدیمی تر از گروه آلدهید است زیرا دارای سه اتم با عدد اتمی 8 است.

در D-گلیسرآلدئید، مسن ترین گروه OH(a) و به دنبال آن CHO(b)، CH2 OH(c) و H(d) است:

مرحله بعدی تعیین این است که آیا آرایش گروهی راست دست، R (lat. rectus)، یا چپ دست، S (lat. sinister) است. با حرکت به مدل مربوطه، جهت گیری می شود که گروه نوجوانان(د) در فرمول پرسپکتیو در پایین ظاهر می شود و سپس از بالا در امتداد محوری که از وجه سایه دار چهار وجهی و گروه (d) می گذرد مشاهده می شود. در گروه D-گلیسرآلدئید

در جهت چرخش راست قرار دارند و بنابراین دارای یک پیکربندی R است:

(R) -گلیسرآلدئید

بر خلاف نام‌گذاری D,L، نام‌های ایزومرهای (R)- و (S) در براکت قرار دارند.

دیاسترومریسم

σ-دیاسترئومریسم

هر ترکیبی از ایزومرهای فضایی که یک جفت پاد پادهای نوری را تشکیل ندهند دیاسترئومر در نظر گرفته می شود. دیاسترومرهای σ و π وجود دارد. σ-دیاستریومرها در پیکربندی برخی از عناصر کایرال موجود در آنها با یکدیگر متفاوت هستند. بنابراین، دیاستریومرها عبارتند از (+) - تارتاریک اسید و مزو تارتاریک اسید، D-گلوکز و D-مانوز، برای مثال:

برای برخی از انواع دیاسترومریسم، نامگذاری های ویژه ای معرفی شده است، به عنوان مثال، ایزومرهای تری و اریترو - این یک دیاسترومریسم با دو اتم و فضاهای نامتقارن کربن است، آرایش جایگزین ها روی این اتم ها، یادآور تریوز (جایگزین های مرتبط) مربوطه است. در فرمول های طرح ریزی فیشر در دو طرف مخالف و اریتروز (جایگزین ها - در یک طرف) قرار دارند:

ایزومرهای اریترو، که اتمهای نامتقارن آنها به جانشینهای یکسانی مرتبط هستند، مزوفرم نامیده می شوند. آنها، بر خلاف سایر σ-دیاسترومرها، به دلیل جبران درون مولکولی کمک به چرخش صفحه قطبش نور از دو مرکز نامتقارن یکسان با پیکربندی های مخالف، از نظر نوری غیر فعال هستند. جفت دیاسترومرهایی که در پیکربندی یکی از چندین اتم نامتقارن با هم متفاوت هستند، اپیمر نامیده می شوند، برای مثال:

اصطلاح "آنومرها" به یک جفت مونوساکارید دیاسترئومری اشاره دارد که در پیکربندی اتم گلیکوزیدی در شکل حلقوی متفاوت هستند، برای مثال آنومریک های α-D- و β-D-گلوکز.

π-دیاسترئومریسم (ایزومری هندسی)

دیاستریومرهای π که ایزومرهای هندسی نیز نامیده می شوند، با آرایش فضایی متفاوتی از جانشین ها نسبت به صفحه پیوند دوگانه (اغلب C=C و C=N) یا حلقه با یکدیگر متفاوت هستند. برای مثال، اسیدهای مالئیک و فوماریک (به ترتیب فرمول های XIV و XV)، (E)- و (Z)-benzaldoximes (XVI و XVII)، سیس- و ترانس-1،2-دی متیل سیکلوپنتان ها (XVIII و XIX) هستند. .

همنوازان. توتومرها

این پدیده به طور جدایی ناپذیری با شرایط دمایی مشاهده آن مرتبط است. به عنوان مثال، کلروسیکلوهگزان در دمای اتاق به شکل یک مخلوط تعادلی از دو کنفورمر وجود دارد - با جهت استوایی و محوری اتم کلر:

با این حال، در دمای منفی 150 درجه سانتیگراد، یک فرم منفرد a را می توان جدا کرد که تحت این شرایط به عنوان یک ایزومر پایدار رفتار می کند.

از سوی دیگر، ترکیباتی که در شرایط عادی ایزومر هستند، ممکن است با افزایش دما تبدیل به توتومر در تعادل شوند. به عنوان مثال، 1-بروموپروپان و 2-بروموپروپان ایزومرهای ساختاری هستند، اما هنگامی که دما به 250 درجه سانتیگراد افزایش می یابد، یک ویژگی تعادلی توتومرها بین آنها برقرار می شود.

ایزومرهایی که در دمای کمتر از دمای اتاق به یکدیگر تبدیل می شوند را می توان به عنوان مولکول های غیر صلب در نظر گرفت.

وجود کنفورمرها گاهی اوقات به عنوان "ایزومری چرخشی" نامیده می شود. در بین دی‌ن‌ها، ایزومرهای s-cis- و s-trans متمایز می‌شوند که اساساً conformerهایی هستند که از چرخش حول یک پیوند ساده (s-single) حاصل می‌شوند:

ایزومریسم نیز مشخصه ترکیبات هماهنگی است. بنابراین، ترکیباتی که در روش هماهنگی لیگاندها (ایزومر یونیزاسیون) متفاوت هستند، ایزومر هستند، به عنوان مثال، موارد زیر ایزومر هستند:

SO 4 - و + Br -

در اینجا، در اصل، قیاسی با ایزومری ساختاری ترکیبات آلی وجود دارد.

تبدیل های شیمیایی که در نتیجه ایزومرهای ساختاری به یکدیگر تبدیل می شوند، ایزومریزاسیون نامیده می شوند. چنین فرآیندهایی دارند مهمدر صنعت به عنوان مثال، ایزومریزاسیون آلکان های معمولی به ایزوآلکان ها برای افزایش تعداد اکتان سوخت های موتور انجام می شود. پنتان برای هیدروژن زدایی بعدی به ایزوپرن به ایزوپنتان تبدیل می شود. ایزومریزاسیون همچنین شامل بازآرایی‌های درون مولکولی است که از اهمیت زیادی برخوردار است، به عنوان مثال، تبدیل سیکلوهگزانون اکسیم به کاپرولاکتام، ماده خام برای تولید کاپرون.

فرآیند تبدیل انانتیومرها راسمی شدن نامیده می شود: این امر منجر به ناپدید شدن فعالیت نوری در نتیجه تشکیل مخلوط هممولار (-)- و (+) - یعنی راسمات می شود. تبدیل متقابل دیاسترئومرها منجر به تشکیل مخلوطی می شود که در آن شکل ترمودینامیکی پایدارتر غالب است. در مورد π-دیاسترومرها، معمولاً شکل ترانس است. به تبدیل ایزومرهای ساختاری تعادل ساختاری می گویند.

پدیده ایزومریسم تا حد زیادی به افزایش تعداد ترکیبات شناخته شده (و حتی بیشتر از آن تعداد بالقوه ممکن) کمک می کند. بنابراین، تعداد احتمالی دسیل الکل‌های ایزومر ساختاری بیش از 500 عدد است (حدود 70 مورد از آنها شناخته شده است)، بیش از 1500 فضا و ایزومر وجود دارد.