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 درستی دریافت کرد. بر اساس نظریه ساختار شیمیایی A. M. Butlerov (ایزومر ساختاری) و نظریه استریوشیمیایی J. G. Van’t Hoff (ایزومر فضایی).
ایزومری 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 خاص ایزومری ساختاری) که در آن ایزومرها فقط 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)
انانتیومر (ایزومر نوری)
ایزومری 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 مواد هستند که با علامت مخالف و چرخش های یکسان صفحه قطبش نور با هویت سایر خواص فیزیکی و شیمیایی (به استثنای واکنش با سایر مواد فعال نوری و فیزیکی) مشخص می شوند. خواص در 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 بیشتر موارد دشوارآنها به مقایسه همه اتم ها ادامه می دهند تا زمانی که به اتم هایی با شماره سریال های مختلف 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، به عنوان 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، قیاس با ایزومری ساختاری وجود دارد ترکیبات آلی.
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 شامل بازآرایی های درون مولکولی نیز می شود که از جمله آنها می باشد پراهمیتبه عنوان مثال، تبدیل سیکلوهگزانون اکسیم به کاپرولاکتام - ماده خام برای تولید کاپرون - دارد.
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.
در طول درس دریافت خواهید کرد ایده کلیدر مورد انواع ایزومر، یاد بگیرید که ایزومر چیست. با انواع ایزومریسم آشنا شوید شیمی ارگانیک: ساختاری و فضایی (استریوایزومریسم). با استفاده از فرمول های ساختاری مواد، زیر انواع ایزومر ساختاری (ایزومر اسکلتی و موقعیتی) را در نظر بگیرید، با انواع ایزومری فضایی: هندسی و نوری آشنا شوید.
موضوع: مقدمه ای بر شیمی آلی
درس: ایزومریسم. انواع ایزومریسم ایزومری ساختاری، هندسی، نوری
انواع فرمول هایی که مواد آلی را توصیف می کنند که قبلا بررسی کردیم نشان می دهد که چندین فرمول ساختاری مختلف می توانند با یک فرمول مولکولی مطابقت داشته باشند.
به عنوان مثال، فرمول مولکولی ج 2H 6Oمطابقت دو مادهبا فرمول های ساختاری مختلف - اتانولو دی متیل اتر. برنج. 1.
اتیل الکل، مایعی که با سدیم فلزی واکنش می دهد و هیدروژن آزاد می کند، در دمای 0+78.5 درجه سانتیگراد می جوشد. تحت همین شرایط، دی متیل اتر، گازی که با سدیم واکنش نمی دهد، در 0-23 درجه سانتیگراد می جوشد.
این مواد از نظر ساختار متفاوت هستند - مواد مختلفمربوط به همان فرمول مولکولی است.
برنج. 1. ایزومری بین طبقاتی
پدیده وجود موادی که دارای ترکیبات یکسان، اما ساختارهای متفاوت و در نتیجه خواص متفاوت هستند را ایزومر (از کلمات یونانی"izos" - "برابر" و "مروس" - "بخش"، "سهم").
انواع ایزومریسم
وجود داشته باشد انواع متفاوتایزومریسم
ایزومری ساختاری با به ترتیب مختلفاتصالات اتم ها در یک مولکول
اتانول و دی متیل اتر ایزومرهای ساختاری هستند. از آنجایی که آنها به کلاس های مختلفی از ترکیبات آلی تعلق دارند، این نوع ایزومری ساختاری نامیده می شود همچنین بین طبقاتی . برنج. 1.
ایزومرهای ساختاری نیز می توانند در یک کلاس از ترکیبات وجود داشته باشند، برای مثال، فرمول C 5 H 12 مربوط به سه هیدروکربن مختلف است. این ایزومریسم اسکلت کربنی. برنج. 2.
برنج. 2 نمونه هایی از مواد - ایزومرهای ساختاری
ایزومرهای ساختاری با اسکلت کربن یکسان وجود دارند که در موقعیت پیوندهای متعدد (دو و سه گانه) یا اتم های جایگزین هیدروژن متفاوت هستند. این نوع ایزومری ساختاری نامیده می شود ایزومری موقعیتی.
برنج. 3. ایزومری موقعیت سازه
در مولکول هایی که فقط دارای پیوندهای منفرد هستند، چرخش تقریباً آزاد قطعات مولکولی به دور پیوندها در دمای اتاق امکان پذیر است و به عنوان مثال، تمام تصاویر فرمول های 1،2-دی کلرواتان معادل هستند. برنج. 4
برنج. 4. موقعیت اتم های کلر در اطراف یک پیوند
اگر چرخش، به عنوان مثال، در یک مولکول حلقوی یا با یک پیوند دوگانه مانع شود، ایزومر هندسی یا سیس ترانسدر ایزومرهای سیس، جانشین ها در یک طرف صفحه حلقه یا پیوند دوگانه قرار دارند، در ایزومرهای ترانس - در طرف مقابل.
ایزومرهای سیس ترانس زمانی وجود دارند که به اتم کربن متصل شوند. دو متفاوتقائم مقام برنج. 5.
برنج. 5. ایزومرهای سیس و ترانس
نوع دیگری از ایزومریسم به دلیل این واقعیت به وجود می آید که یک اتم کربن با چهار پیوند منفرد یک ساختار فضایی را با جایگزین های خود - یک چهار وجهی تشکیل می دهد. اگر یک مولکول حداقل یک اتم کربن داشته باشد که به چهار جانشین مختلف پیوند خورده باشد، ایزومری نوری. چنین مولکول هایی با تصویر آینه ای خود مطابقت ندارند. این ویژگی کایرالیتی نامیده می شود - از یونانی باhier- "دست". برنج. 6. ایزومر نوری مشخصه بسیاری از مولکول هایی است که موجودات زنده را تشکیل می دهند.
|
|
|
برنج. 6. نمونه هایی از ایزومرهای نوری
ایزومر نوری نیز نامیده می شود آنانتیومریسم (از یونانی انانتیوس- "مقابل" و meros- "بخش")، و ایزومرهای نوری - انانتیومرها . انانتیومرها از نظر نوری فعال هستند، آنها صفحه قطبش نور را با همان زاویه، اما در جهت مخالف می چرخانند: د- ، یا (+) -ایزومر، - به سمت راست، l- ، یا (-) -ایزومر، - به سمت چپ. مخلوطی از مقادیر مساوی انانتیومر نامیده می شود هم نژاد، از نظر نوری غیرفعال است و با نماد نشان داده می شود د، ل- یا (±).
جمع بندی درس
در طول درس، درک کلی از انواع ایزومر و اینکه ایزومر چیست، دریافت کردید. با انواع ایزومر در شیمی آلی آشنا شدیم: ساختاری و فضایی (استریوایزومریسم). با استفاده از فرمول های ساختاری مواد، زیرگروه های ایزومر ساختاری (ایزومر اسکلتی و موقعیتی) را بررسی کردیم و با انواع ایزومرهای فضایی هندسی و نوری آشنا شدیم.
کتابشناسی - فهرست کتب
1. رودزیتیس جی.ای. علم شیمی. مبانی شیمی عمومی. پایه دهم: کتاب درسی برای موسسات آموزشی: یک سطح پایه از/ G. E. Rudzitis، F.G. فلدمن - چاپ چهاردهم. - م.: آموزش و پرورش، 2012.
2. شیمی. پایه 10. سطح مشخصات: دانشگاهی. برای آموزش عمومی مؤسسات/ V.V. ارمین، ن.ای. کوزمنکو، وی. Lunin و همکاران - M.: Bustard, 2008. - 463 p.
3. شیمی. درجه 11. سطح مشخصات: دانشگاهی. برای آموزش عمومی مؤسسات/ V.V. ارمین، ن.ای. کوزمنکو، وی. Lunin و همکاران - M.: Bustard, 2010. - 462 p.
4. Khomchenko G.P.، Khomchenko I.G. مجموعه مسائل شیمی برای ورود به دانشگاه ها. - ویرایش چهارم - M.: RIA "موج جدید": ناشر Umerenkov، 2012. - 278 ص.
مشق شب
1. شماره 1،2 (ص39) رودزیتیس G.E. علم شیمی. مبانی شیمی عمومی. کلاس دهم: کتاب درسی موسسات آموزش عمومی: سطح پایه / G. E. Rudzitis، F.G. فلدمن - چاپ چهاردهم. - م.: آموزش و پرورش، 2012.
2. چرا تعداد ایزومرهای هیدروکربن های سری اتیلن بیشتر از هیدروکربن های اشباع است؟
3- کدام هیدروکربن ها ایزومرهای فضایی دارند؟
1. ایزومری ساختاری.
2. ایزومری ساختاری.
3. ایزومری هندسی.
4. ایزومری نوری.
ایزومرها- اینها موادی هستند که ترکیب و وزن مولکولی یکسان دارند، اما خواص فیزیکی و شیمیایی متفاوتی دارند. تفاوت در خواص ایزومرها به دلیل تفاوت در ساختار شیمیایی یا فضایی آنهاست. در این راستا دو نوع ایزومر متمایز می شود.
ایزومریسم
ساختاری
فضایی
اسکلت کربنی
پیکربندی
ساختاری
موقعیت عملکردی
نوری
بین کلاسی
هندسی
1. ایزومری ساختاری
ایزومرهای ساختاری در ساختار شیمیایی متفاوت هستند، به عنوان مثال. ماهیت و توالی پیوندهای بین اتم ها در یک مولکول. ایزومرهای ساختاری به شکل خالص جدا می شوند. آنها به عنوان مواد منفرد و پایدار وجود دارند؛ تبدیل متقابل آنها به انرژی بالایی نیاز دارد - حدود 350 - 400 کیلوژول بر مول. فقط ایزومرهای ساختاری - توتومرها - در تعادل دینامیکی هستند. توتومریسم یک پدیده رایج در شیمی آلی است. از طریق انتقال یک اتم هیدروژن متحرک در یک مولکول (ترکیبات کربونیل، آمین ها، هتروسیکل ها و غیره)، برهمکنش های درون مولکولی (کربوهیدرات ها) امکان پذیر است.
تمامی ایزومرهای ساختاری در قالب فرمول های ساختاری ارائه شده و بر اساس نامگذاری IUPAC نامگذاری شده اند. به عنوان مثال، ترکیب C 4 H 8 O مربوط به ایزومرهای ساختاری است:
آ)با اسکلت کربنی مختلف
زنجیره C بدون شاخه - CH 3 - CH 2 - CH 2 - CH = O (بوتانال، آلدئید) و
زنجیره C شاخه ای -
(2-متیل پروپانال، آلدهید) یا
چرخه - 
(سیکلوبوتانول، الکل حلقوی)؛
ب)با موقعیت متفاوت گروه عملکردی
بوتانون-2، کتون؛
V)با ترکیب متفاوتگروه عملکردی
3-بوتنول-2، الکل غیر اشباع؛
ز)متامریسم
یک گروه عاملی هترواتم ممکن است در یک اسکلت کربن (چرخه یا زنجیره) گنجانده شود. یکی از ایزومرهای احتمالی این نوع ایزومریسم CH 3 -O-CH 2 -CH=CH2 (3-methoxypropene-1، اتر) است.
د)توتومریسم (کتو انول)
فرم انول 
فرم کتو
توتومرها در تعادل دینامیکی هستند، با شکل پایدارتر، فرم کتو، در مخلوط غالب است.
برای ترکیبات معطر، ایزومری ساختاری فقط برای زنجیره جانبی در نظر گرفته می شود.
2. ایزومریسم فضایی (استریوایزومریسم)
ایزومرهای فضایی ساختار شیمیایی یکسانی دارند و در آرایش فضایی اتم ها در مولکول با هم تفاوت دارند. این تفاوت باعث ایجاد تفاوت در خواص فیزیکی و شیمیایی می شود. ایزومرهای فضایی به شکل برجستگی های مختلف یا فرمول های استریوشیمیایی به تصویر کشیده می شوند. شاخه ای از شیمی که به مطالعه ساختار فضایی و تأثیر آن بر خواص فیزیکی و شیمیایی ترکیبات، جهت و سرعت واکنش آنها می پردازد، استریوشیمی نامیده می شود.
آ)ایزومری ساختاری (چرخشی).
بدون تغییر زوایای پیوند یا طول پیوند، می توان بسیاری از اشکال هندسی (روش های) مولکول را تصور کرد که در چرخش متقابل چهار وجهی کربن به دور پیوند σ-C-C که آنها را به هم متصل می کند، متفاوت هستند. در نتیجه این چرخش، ایزومرهای دوار (conformer) بوجود می آیند. انرژی کنفورمرهای مختلف یکسان نیست، اما سد انرژی جداکننده ایزومرهای ساختاری مختلف برای اکثر ترکیبات آلی کوچک است. بنابراین، در شرایط عادی، به عنوان یک قاعده، ثابت کردن مولکول ها در یک ترکیب کاملاً تعریف شده غیرممکن است. به طور معمول، چندین ایزومر ساختاری به راحتی به یکدیگر تبدیل می شوند و در حالت تعادل وجود دارند.
روش های ترسیم و نامگذاری ایزومرها را می توان با استفاده از مثال مولکول اتان در نظر گرفت. برای آن، ما می‌توانیم وجود دو ترکیب را پیش‌بینی کنیم که از نظر انرژی حداکثر متفاوت هستند، که می‌توان آنها را در شکل نشان داد. پیش بینی های چشم انداز(1) ("بزهای کارخانه اره کشی") یا برجستگی ها انسان جدید(2):
conformation مهار شد conformation تحت الشعاع قرار گرفت
در طرح پرسپکتیو (1) اتصال C-C باید به دوردست تصور شود. اتم کربن سمت چپ به ناظر نزدیک است و اتم کربن سمت راست از او دورتر است.
در طرح نیومن (2)، مولکول در امتداد در نظر گرفته می شود اتصالات S-S. سه خط که با زاویه 120 درجه از مرکز دایره واگرا می شوند، پیوندهای اتم کربن را به ناظر نشان می دهد. خطوطی که از پشت دایره بیرون می آیند پیوندهای اتم کربن دوردست هستند.
ترکیب نشان داده شده در سمت راست نامیده می شود پنهان شده است . این نام به ما یادآوری می کند که اتم های هیدروژن هر دو گروه CH 3 در مقابل یکدیگر قرار دارند. شکل گرفت انرژی داخلی را افزایش داده است و بنابراین نامطلوب است. ترکیب نشان داده شده در سمت چپ نامیده می شود مهار شده است ، به این معنی است که چرخش آزاد در اطراف پیوند C-C در این موقعیت "ممانعت" می شود، یعنی. این مولکول عمدتاً در این ترکیب وجود دارد.
حداقل انرژی لازم برای چرخش کامل یک مولکول به دور یک پیوند خاص، سد چرخش آن پیوند نامیده می شود. مانع چرخش در مولکولی مانند اتان را می توان بر حسب تغییر در انرژی پتانسیل مولکول به عنوان تابعی از تغییر در زاویه دو وجهی (پیچش - τ) سیستم بیان کرد. مشخصات انرژی چرخش حول پیوند C-C در اتان در شکل 1 نشان داده شده است. سد چرخشی که دو شکل اتان را از هم جدا می کند حدود 3 کیلو کالری در مول (12.6 کیلوژول بر مول) است. حداقل منحنی انرژی پتانسیل مربوط به ترکیبات مهار شده، و حداکثر مربوط به ترکیبات مسدود شده است. از آنجایی که در دمای اتاق انرژی برخی از برخوردهای مولکولی می تواند به 20 کیلوکالری در مول (حدود 80 کیلوژول بر مول) برسد، این مانع 12.6 کیلوژول بر مول به راحتی برطرف می شود و چرخش در اتان آزاد در نظر گرفته می شود. در ترکیبی از تمام ترکیب‌های ممکن، ترکیب‌های مهار شده غالب هستند.
عکس. 1. نمودار انرژی بالقوه ترکیبات اتان.
برای مولکول های پیچیده تر، تعداد ترکیب های ممکن افزایش می یابد. بله، برای nبوتان را می توان در شش شکل به تصویر کشید که هنگام چرخش در اطراف پیوند مرکزی C2 - C3 و تفاوت در آرایش متقابل گروه های CH3 ایجاد می شود. ترکیب های مختلف گرفتگی و مهار شده بوتان از نظر انرژی متفاوت است. ترکیبات مهار شده از نظر انرژی مطلوب تر هستند.
مشخصات انرژی چرخش حول پیوند C2-C3 در بوتان در شکل 2 نشان داده شده است.
شکل 2. نمودار انرژی بالقوه ترکیبات n-بوتان.
برای یک مولکول با زنجیره کربنی طولانی، تعداد اشکال ساختاری افزایش می یابد.
مولکول ترکیبات آلی حلقوی با اشکال ساختاری مختلف چرخه مشخص می شود (به عنوان مثال، برای سیکلوهگزان صندلی راحتی, حمام, پیچ - پیچیدن-تشکیل می دهد).
بنابراین، رونوشت ها اشکال فضایی متفاوتی از یک مولکول هستند که دارای پیکربندی خاصی هستند. کنفورمرها ساختارهای استریوایزومری هستند که با حداقل انرژی در نمودار انرژی پتانسیل مطابقت دارند، در تعادل متحرک هستند و قادرند با چرخش حول پیوندهای σ ساده تبدیل شوند.
اگر مانع چنین تحولاتی به اندازه کافی زیاد شود، می توان اشکال استریو ایزومری را از هم جدا کرد (به عنوان مثال، بی فنیل های فعال نوری). در چنین مواردی، ما دیگر در مورد conformerها صحبت نمی کنیم، بلکه در مورد استریو ایزومرهای واقعی موجود صحبت می کنیم.
ب)ایزومری هندسی
ایزومرهای هندسی در نتیجه عدم وجود در مولکول موارد زیر به وجود می آیند:
1. چرخش اتم های کربن نسبت به یکدیگر نتیجه سفتی پیوند دوگانه C=C یا ساختار حلقوی است.
2. دو گروه یکسان در یک اتم کربن یک پیوند دوگانه یا حلقه.
ایزومرهای هندسی، بر خلاف کنفورمرها، می توانند به شکل خالص جدا شوند و به عنوان مواد منفرد و پایدار وجود داشته باشند. برای تبدیل متقابل آنها، انرژی بالاتری مورد نیاز است - حدود 125-170 کیلوژول در مول (30-40 کیلو کالری در مول).
ایزومرهای cis-trans-(Z,E) وجود دارد. سیس- فرم ها ایزومرهای هندسی هستند که در آن جانشین های یکسان در همان سمت صفحه پیوند یا حلقه π قرار می گیرند. خلسه- فرم ها ایزومرهای هندسی هستند که در آن جانشین های یکسان در طرف مقابل صفحه پیوند یا حلقه π قرار دارند.
ساده ترین مثال، ایزومرهای بوتن-2 است که به شکل ایزومرهای سیس، ترانس هندسی وجود دارد:
cis-butene-2 trans-butene-2
دمای ذوب
138.9 0 C - 105.6 0 C
دمای جوش
3.72 0 С 1.00 0 С
تراکم
1،2 - دی کلروسیکلوپروپان به شکل ایزومرهای سیس، ترانس وجود دارد:
cis-1،2-dichlorocyclopropane trans-1،2-dichlorocyclopropane
در موارد پیچیده تر از آن استفاده می شود ز,نامگذاری الکترونیکی (Kanna، Ingold، Prelog نامگذاری - KIP، نامگذاری ارشدیت معاونان). در ارتباط
1-برومو-2-متیل-1-کلروبوتن-1 (Br)(CI)C=C(CH3) - CH2-CH3 همه جانشین های روی اتم های کربن با پیوند دوگانه متفاوت هستند. بنابراین، این ترکیب به شکل ایزومرهای هندسی Z-، E- وجود دارد:
E-1-bromo-2-methyl-1-chlorobutene-1 Z-1-bromo-2-methyl-1-chlorobutene-1.
برای نشان دادن پیکربندی ایزومر، نشان دهید آرایش جانشین های ارشد در یک پیوند دوگانه (یا حلقه) Z- (از آلمانی Zusammen - با هم) یا E- (از آلمانی Entgegen - مقابل) است.
در سیستم Z،E، جایگزین هایی با عدد اتمی بزرگ ارشد در نظر گرفته می شوند. اگر اتم هایی که مستقیماً به اتم های کربن غیر اشباع پیوند می خورند یکسان هستند ، در صورت لزوم به "لایه دوم" بروید - به "لایه سوم" و غیره.
در طرح اول، گروه های ارشد نسبت به پیوند دوگانه مقابل یکدیگر قرار دارند، بنابراین ایزومر E است. در طرح دوم، گروه های ارشد در یک طرف پیوند دوگانه (با هم) قرار دارند، بنابراین یک ایزومر Z است.
ایزومرهای هندسی در طبیعت گسترده هستند. به عنوان مثال، پلیمرهای طبیعی لاستیک (سیس-ایزومر) و گوتاپرکا (ایزومر ترانس)، اسیدهای فوماریک طبیعی (اسید ترانس بوتندیوئیک) و اسیدهای مالئیک مصنوعی (سیس-بوتندیوئیک اسید)، در ترکیب چربی ها - سیس-اولئیک، لینولئیک، اسیدهای لینولنیک.
V)ایزومریسم نوری
مولکول های ترکیبات آلی می توانند کایرال و غیر کایرال باشند. کایرالیته (از یونانی cheir - دست) ناسازگاری یک مولکول با تصویر آینه ای آن است.
مواد کایرال قادرند صفحه قطبش نور را بچرخانند. این پدیده فعالیت نوری نامیده می شود و مواد مربوط به آن هستند فعال نوری. به صورت نوری مواد فعالبه صورت جفت یافت می شود آنتی پادهای نوری- ایزومرهایی که خواص فیزیکی و شیمیایی آنها در شرایط عادی یکسان است، به استثنای یک چیز - علامت چرخش صفحه قطبش: یکی از آنتی پادهای نوری، صفحه قطبش را به سمت راست منحرف می کند (+، ایزومر dextrorotatory)، دیگری - به سمت چپ (-، levorotatory). پیکربندی آنتی پادهای نوری را می توان به طور تجربی با استفاده از یک دستگاه - یک قطب سنج تعیین کرد.
ایزومری نوری زمانی ظاهر می شود که مولکول حاوی آن باشد اتم کربن نامتقارن(دلایل دیگری برای کایرالیته بودن یک مولکول وجود دارد). این نامی است که به اتم کربن در sp 3 داده شده است - هیبریداسیون و همراه با چهار جایگزین مختلف. دو آرایش چهار وجهی از جانشین ها در اطراف یک اتم نامتقارن امکان پذیر است. در این حالت، دو شکل فضایی را نمی توان با هیچ چرخشی ترکیب کرد. یکی از آنها تصویر آینه ای از دیگری است:
هر دو شکل آینه یک جفت پاد پادهای نوری یا انانتیومرها .
ایزومرهای نوری در قالب فرمول های طرح ریزی توسط E. Fischer به تصویر کشیده شده اند. آنها با برانگيختن يك مولكول با اتم كربن نامتقارن به دست مي آيند. در این حالت ، خود اتم کربن نامتقارن در هواپیما با یک نقطه مشخص می شود و نمادهای جایگزین های بیرون زده در جلوی صفحه نقاشی روی خط افقی نشان داده می شوند. خط عمودی (نقطه دار یا توپر) جایگزین هایی را نشان می دهد که خارج از صفحه نقاشی حذف می شوند. در زیر روش های مختلفی برای نوشتن فرمول طرح ریزی مربوط به مدل سمت چپ در شکل قبلی وجود دارد:
در طرح ریزی، زنجیره کربن اصلی به صورت عمودی به تصویر کشیده شده است. تابع اصلی، اگر در انتهای زنجیره باشد، در بالای پروجکشن نشان داده شده است. به عنوان مثال، فرمول های استریوشیمیایی و طرح ریزی (+) و (-) آلانین - CH 3 - * CH(NH 2)-COOH به شرح زیر ارائه شده است:
مخلوطی با محتوای یکسان از انانتیومرها راسمات نامیده می شود. راسمات فعالیت نوری ندارد و با خواص فیزیکی متفاوت از انانتیومرها مشخص می شود.
قوانین تبدیل فرمول های طرح ریزی.
1. فرمول ها را می توان 180 درجه در صفحه ترسیم بدون تغییر معنی استریوشیمیایی آنها چرخاند:
2. دو (یا هر عدد زوج) بازآرایی جانشین‌ها روی یک اتم نامتقارن، معنای استریوشیمیایی فرمول را تغییر نمی‌دهد:
3. یک (یا هر عدد فرد) بازآرایی جانشین ها در مرکز نامتقارن به فرمول پاد پاد نوری منجر می شود:
4. چرخش 90 درجه در صفحه رسم فرمول را به پاد پاد تبدیل می کند.
5. چرخش هر سه جایگزین در جهت عقربه های ساعت یا خلاف جهت عقربه های ساعت معنای استریوشیمیایی فرمول را تغییر نمی دهد:
6. فرمول های پروجکشن را نمی توان از صفحه ترسیم استخراج کرد.
فعالیت نوری توسط ترکیبات آلی انجام می شود که در مولکول های آنها سایر اتم ها مانند سیلیکون، فسفر، نیتروژن و گوگرد مراکز کایرال هستند.
ترکیباتی با چندین اتم کربن نامتقارن به شکل وجود دارد دیسترئومرها ، یعنی ایزومرهای فضایی که پاد پادهای نوری را با یکدیگر تشکیل نمی دهند.
دیاسترئومرها نه تنها در چرخش نوری، بلکه در سایر ثابت های فیزیکی با یکدیگر متفاوت هستند: آنها دارای نقاط ذوب و جوش متفاوت، انحلال پذیری های متفاوت و غیره هستند.
تعداد ایزومرهای فضایی با فرمول فیشر N=2 n تعیین می شود که n تعداد اتم های کربن نامتقارن است. تعداد استریو ایزومرها ممکن است به دلیل تقارن جزئی که در برخی ساختارها ظاهر می شود کاهش یابد. دیاسترئومرهای غیر فعال نوری نامیده می شوند مزو-تشکیل می دهد.
نامگذاری ایزومرهای نوری:
الف) نامگذاری D-، L-
برای تعیین سری D یا L یک ایزومر، پیکربندی (موقعیت گروه OH در اتم کربن نامتقارن) با پیکربندی‌های انانتیومرهای گلیسرآلدئید (کلید گلیسرول) مقایسه می‌شود:
ال-گلیسرآلدئید D-گلیسرآلدئید
استفاده از نامگذاری D-، L در حال حاضر به سه دسته از مواد فعال نوری محدود می شود: کربوهیدرات ها، اسیدهای آمینه و اسیدهای هیدروکسی.
ب) نامگذاری R -، S (نامگذاری کان، اینگولد و پریلوگ)
برای تعیین پیکربندی R (راست) یا S (چپ) یک ایزومر نوری، لازم است که جانشین‌ها در چهار وجهی (فرمول استریوشیمیایی) در اطراف اتم کربن نامتقارن به گونه‌ای مرتب شوند که جوان‌ترین جانشین (معمولاً هیدروژن) دارای جهت "دور از ناظر". اگر انتقال سه جایگزین باقیمانده از ارشد به میانی و جوان در ارشدیت در جهت عقربه‌های ساعت اتفاق بیفتد، این یک ایزومر R است (کاهش ارشدیت همزمان با حرکت دست هنگام نوشتن قسمت بالای حرف R است). اگر انتقال در خلاف جهت عقربه های ساعت رخ دهد، S است - ایزومر (کاهش تقدم همزمان با حرکت دست هنگام نوشتن بالای حرف S است).
برای تعیین پیکربندی R یا S یک ایزومر نوری با استفاده از فرمول طرح ریزی، لازم است جانشین ها را با تعداد جابجایی زوج مرتب کنیم به طوری که جوان ترین آنها در انتهای طرح قرار گیرد. کاهش قدمت سه جایگزین باقیمانده در جهت عقربه های ساعت مربوط به پیکربندی R و در خلاف جهت عقربه های ساعت با پیکربندی S مطابقت دارد.
ایزومرهای نوری با روش های زیر بدست می آیند:
الف) جداسازی از مواد طبیعی حاوی ترکیبات فعال نوری، مانند پروتئین ها و اسیدهای آمینه، کربوهیدرات ها، بسیاری از اسیدهای هیدروکسی (تارتاریک، مالیک، بادام)، هیدروکربن های ترپن، الکل ها و کتون های ترپن، استروئیدها، آلکالوئیدها و غیره.
ب) برش راسمات ها؛
ج) سنتز نامتقارن.
د) تولید بیوشیمیایی مواد فعال نوری.
آیا می دانید که
پدیده ایزومریسم (از یونانی - منsos - متفاوت و meros - سهم، بخش) در سال 1823 افتتاح شد. J. Liebig و F. Wöhler با استفاده از مثال نمک دو اسید معدنی: سیانیک H-O-C≡N و انفجار H-O-N= C.
در سال 1830، جی دوماس مفهوم ایزومریسم را به ترکیبات آلی گسترش داد.
در سال 1831 اصطلاح "ایزومر" برای ترکیبات آلی توسط J. Berzelius پیشنهاد شد.
استریو ایزومرهای ترکیبات طبیعی با فعالیت های بیولوژیکی مختلف (اسیدهای آمینه، کربوهیدرات ها، آلکالوئیدها، هورمون ها، فرمون ها، داروها) مشخص می شوند. منشاء طبیعیو غیره.).
سخنرانی برای دانشجویان دانشکده اطفال
سخنرانی2
موضوع: ساختار فضایی ترکیبات آلی
هدف:آشنایی با انواع ایزومرهای ساختاری و فضایی ترکیبات آلی.
طرح:
طبقه بندی ایزومریسم
ایزومریسم ساختاری
ایزومریسم فضایی
ایزومریسم نوری
اولین تلاش ها برای درک ساختار مولکول های آلی به اوایل قرن نوزدهم برمی گردد. پدیده ایزومریسم اولین بار توسط J. Berzelius کشف شد و A. M. Butlerov در سال 1861 نظریه ای در مورد ساختار شیمیایی ترکیبات آلی ارائه کرد که پدیده ایزومریسم را توضیح داد.
ایزومر عبارت است از وجود ترکیباتی با ترکیب کمی و کیفی یکسان، اما ساختار یا مکان متفاوت در فضا و خود مواد را ایزومر می نامند.
طبقه بندی ایزومرها
ساختاری
(ترتیب مختلف اتصال اتم ها)
استریوایزومریسم
(آرایش متفاوت اتم ها در فضا)
مفاد اتصال چندگانه
مقررات گروه عملکردی
پیکربندی
کنفورما-
ایزومری ساختاری.
ایزومرهای ساختاری ایزومرهایی هستند که ترکیب کمی و کیفی یکسانی دارند اما از نظر ساختار شیمیایی با هم تفاوت دارند.
ایزومری ساختاری تنوع ترکیبات آلی را تعیین می کند. به ویژه آلکان ها با افزایش تعداد اتم های کربن در مولکول هاآلکان ها، تعداد ایزومرهای ساختاری به سرعت افزایش می یابد. بنابراین، برای هگزان (C 6 H 14) 5، برای نونان (C 9 H 20) - 35 است.
مکان اتم های کربن در زنجیره متفاوت است. اتم کربن در ابتدای زنجیره به یک اتم کربن متصل است و نامیده می شود اولیه.یک اتم کربن که به دو اتم کربن پیوند دارد - ثانوی، با سه - درجه سوم، با چهار - چهارتایی. آلکان های زنجیره مستقیم فقط حاوی اتم های کربن اولیه و ثانویه هستند، در حالی که آلکان های زنجیره ای شاخه دار حاوی اتم های کربن سوم و چهارم هستند.
انواع ایزومریسم ساختاری
متامرها- ترکیبات متعلق به یک کلاس از ترکیبات، اما دارای رادیکال های متفاوت:
H 3 C – O – C 3 H 7 – متیل پروپیل اتر،
H 5 C 2 – O – C 2 H 5 – دی اتیل اتر
ایزومریسم بین طبقاتیبا وجود ترکیب کمی و کیفی یکسان مولکول ها، ساختار مواد متفاوت است.
به عنوان مثال: آلدهیدها نسبت به کتون ها ایزومر هستند:
آلکین ها - آلکادین ها
H 2 C = CH – CH = CH 2 بوتادین -1.3 HC = C - CH 2 – CH 3 – بوتین-1
ایزومری ساختاری نیز تنوع رادیکال های هیدروکربنی را تعیین می کند. ایزومریسم رادیکال ها با پروپان شروع می شود که برای آن دو رادیکال ممکن است. اگر یک اتم هیدروژن از اتم کربن اولیه کم شود، رادیکال پروپیل (n-propyl) به دست می آید. اگر یک اتم هیدروژن از یک اتم کربن ثانویه کم شود، رادیکال ایزوپروپیل به دست می آید.
-
ایزوپروپیل
CH 2 – CH 2 – CH 3 - برشایزومر فضایی (استریوایزومریسم)
این وجود ایزومرهایی است که ترکیب و ترتیب اتصال اتم ها یکسان است، اما در ماهیت آرایش اتم ها یا گروه های اتم در فضا نسبت به یکدیگر متفاوت هستند.
این نوع ایزومریسم توسط L. Pasteur (1848)، J. Van't Hoff، Le Bel (1874) توصیف شد.
در شرایط واقعی، خود مولکول و بخش‌های منفرد آن (اتم‌ها، گروه‌های اتم) در حالت حرکت ارتعاشی - چرخشی قرار دارند و این حرکت چینش نسبی اتم‌ها را در مولکول به شدت تغییر می‌دهد. در این زمان، پیوندهای شیمیایی کشیده می‌شوند و زوایای پیوند تغییر می‌کنند و در نتیجه آرایش‌ها و ترکیب‌های مختلف مولکول‌ها به وجود می‌آیند.
بنابراین ایزومرهای فضایی به دو نوع ساختاری و پیکربندی تقسیم می شوند.
پیکربندی ها ترتیبی هستند که در آن اتم ها بدون در نظر گرفتن تفاوت هایی که از چرخش حول پیوندهای منفرد حاصل می شود، در فضا مرتب می شوند.این ایزومرها در ترکیبات مختلف وجود دارند.
ترکیب ها اشکال دینامیکی بسیار ناپایدار یک مولکول هستند که در نتیجه چرخش اتم ها یا گروه هایی از اتم ها به دور پیوندهای منفرد به وجود می آیند که در نتیجه اتم ها موقعیت های مکانی متفاوتی را اشغال می کنند. هر ترکیب یک مولکول با یک پیکربندی خاص مشخص می شود.
پیوند b اجازه چرخش به دور آن را می دهد، بنابراین یک مولکول می تواند ترکیبات زیادی داشته باشد. از بسیاری از انطباق ها، تنها شش مورد در نظر گرفته شده است، زیرا حداقل زاویه چرخش زاویه ای برابر با 60 درجه در نظر گرفته می شود که به آن می گویند زاویه پیچش
عبارتند از: شکل گرفتگی و مهار شده.
شکل گرفت زمانی اتفاق می‌افتد که جانشینهای یکسان در حداقل فاصله از یکدیگر قرار گیرند و نیروهای دافعه متقابل بین آنها ایجاد شود و مولکول باید منبع انرژی زیادی برای حفظ این ترکیب داشته باشد. این ترکیب از نظر انرژی نامطلوب است.
ساختار مهار شده - زمانی اتفاق می‌افتد که جانشینهای یکسان تا حد امکان از یکدیگر فاصله داشته باشند و مولکول دارای حداقل ذخیره انرژی باشد. این ترکیب از نظر انرژی مطلوب است.
پ 
اولین ترکیبی که وجود ایزومرهای ساختاری برای آن شناخته شده است اتان است. ساختار آن در فضا با فرمول پرسپکتیو یا فرمول نیومن به تصویر کشیده می شود:
با 2 ن 6
پنهان شده مهار شد
ترکیب ساختار
فرمول های طرح ریزی نیومن
نزدیکترین اتم کربن به ما با یک نقطه در مرکز دایره مشخص می شود، دایره نشان دهنده اتم کربن دورتر است. سه پیوند هر اتم به صورت خطوطی به تصویر کشیده می شوند که از مرکز دایره - برای نزدیکترین اتم کربن و پیوندهای کوچک - برای اتم کربن دور، واگرا هستند.
در زنجیره های کربنی طولانی، چرخش حول چندین پیوند C-C امکان پذیر است. بنابراین، کل زنجیره می تواند اشکال هندسی مختلفی به خود بگیرد. بر اساس داده های پراش اشعه ایکس، زنجیره های بلند هیدروکربن های اشباع دارای ترکیب زیگزاگ و پنجه ای شکل هستند. به عنوان مثال: اسیدهای پالمیتیک (C 15 H 31 COOH ) و استئاریک ( C 17 H 35 COOH ) در ترکیبات زیگزاگی بخشی از لیپیدهای غشای سلولی هستند و مولکول های مونوساکارید در محلول ترکیبی به شکل پنجه می گیرند.
ترکیبات حلقوی
اتصالات چرخه ای با تنش زاویه ای مرتبط با حضور یک چرخه بسته مشخص می شود.
اگر چرخه ها را مسطح در نظر بگیریم، برای بسیاری از آنها زوایای پیوند به طور قابل توجهی از حالت عادی منحرف می شود. تنش ناشی از انحراف زوایای پیوند بین اتم های کربن در حلقه از مقدار نرمال نامیده می شود. گوشهیا بایر
به عنوان مثال، در سیکلوهگزان اتم های کربن در حالت هیبریدی sp 3 هستند و بر این اساس، زاویه پیوند باید برابر با 109 o 28 / باشد. اگر اتمهای کربن در یک صفحه قرار بگیرند، در حلقه مسطح زوایای پیوند داخلی برابر با 120 درجه خواهد بود و تمام اتمهای هیدروژن در یک شکل گرفت قرار می‌گیرند. اما سیکلوهگزان به دلیل وجود تنش های زاویه ای و پیچشی قوی نمی تواند مسطح باشد. به دلیل چرخش جزئی حول پیوندهای ϭ، ساختارهای غیرمسطح با استرس کمتری ایجاد می‌کند، که در میان آنها ترکیبات پایدارتر هستند. صندلی های راحتی و حمام ها
ساختار صندلی از نظر انرژی مطلوب ترین است، زیرا موقعیت های بسته اتم های هیدروژن و کربن را ندارد. آرایش اتم های H تمام اتم های C مانند ترکیب مهار شده اتان است. در این ترکیب، تمام اتم های هیدروژن باز و در دسترس برای واکنش هستند.
ساختار حمام از نظر انرژی کمتر مطلوب است، زیرا 2 جفت اتم C (C-2 و C-3)، (C-5 و C-6) که در پایه قرار دارند دارای اتم های H در یک ترکیب گرفتگی هستند، بنابراین این ترکیب بزرگ است. ذخیره انرژی و ناپایدار.
سیکلوهگزان C6H12
شکل "صندلی" از نظر انرژی مفیدتر از "وان حمام" است.
ایزومریسم نوری
در پایان قرن نوزدهم، کشف شد که بسیاری از ترکیبات آلی قادر به چرخش صفحه یک پرتو پلاریزه به چپ و راست هستند. یعنی یک پرتو نوری که بر روی یک مولکول فرو می‌رود با لایه‌های الکترونی آن برهمکنش می‌کند و قطبش الکترون‌ها رخ می‌دهد که منجر به تغییر جهت ارتعاشات در آن می‌شود. میدان الکتریکی. اگر ماده ای صفحه ارتعاش را در جهت عقربه های ساعت بچرخاند به آن می گویند راست چرخشی(+) اگر خلاف جهت عقربه های ساعت باشد - چپ دست(-). این مواد را ایزومرهای نوری می نامیدند. ایزومرهای فعال نوری حاوی یک اتم کربن نامتقارن (کایرال) هستند - این اتمی حاوی چهار جایگزین مختلف است. دومین شرط مهم عدم وجود انواع تقارن (محور، صفحه) است. اینها شامل بسیاری از اسیدهای آمینه و هیدروکسی است
مطالعات نشان داده است که چنین ترکیباتی در ترتیب آرایش جانشین ها بر روی اتم های کربن در هیبریداسیون sp 3 متفاوت است.
پ 
ساده ترین ترکیب اسید لاکتیک (2-هیدروکسی پروپانوئیک اسید) است.
استریو ایزومرهایی که مولکول های آنها به صورت یک جسم و یک تصویر آینه ای ناسازگار یا به صورت چپ و دست راستنامیده می شوند انانتیومرها(ایزومرهای نوری، ایزومرهای آینه ای، آنتی پادها و پدیده نامیده می شود آنانتیومریسمتمام شیمیایی و مشخصات فیزیکیانانتیومرها یکسان هستند، به جز دو مورد: چرخش صفحه نور پلاریزه (در دستگاه پلاریمتر) و فعالیت بیولوژیکی.
پیکربندی مطلق مولکول ها با روش های پیچیده فیزیکوشیمیایی تعیین می شود.
پیکربندی نسبی ترکیبات فعال نوری با مقایسه با استاندارد گلیسرآلدئید تعیین می شود. مواد فعال نوری که دارای پیکربندی گلیسرآلدئید راستگرد یا چپ گرد هستند (M. Rozanov, 1906) موادی از سری D و L نامیده می شوند. مخلوط مساوی از ایزومرهای dextro- و levorotary یک ترکیب راسمات نامیده می شود و از نظر نوری غیر فعال است.
تحقیقات نشان داده است که علامت چرخش نور را نمی توان با تعلق یک ماده به سری D و L مرتبط دانست، بلکه فقط به صورت تجربی در ابزارها - پلاریمترها تعیین می شود. به عنوان مثال، L-لاکتیک اسید دارای زاویه چرخش +3.8 o، D-لاکتیک اسید - 3.8 o است.
انانتیومرها با استفاده از فرمول های فیشر نشان داده می شوند.
زنجیره کربن با یک خط عمودی نشان داده می شود.
گروه عملکردی ارشد در بالا و گروه عملکردی جوان در پایین قرار می گیرند.
یک اتم کربن نامتقارن با یک خط افقی نشان داده می شود که در انتهای آن جایگزین هایی وجود دارد.
تعداد ایزومرها با فرمول 2 n تعیین می شود، n تعداد اتم های کربن نامتقارن است.
ردیف L ردیف D
در بین انانتیومرها ممکن است مولکول های متقارن وجود داشته باشند که فعالیت نوری ندارند و به نام مزوایزومرها
|
به عنوان مثال: خانه شراب |
|
D – (+) – ردیف L – (–) – ردیف |
Mezovinnaya k-ta |
راسمات - آب انگور
ایزومرهای نوری که ایزومرهای آینه ای نیستند و در پیکربندی چندین اتم C متفاوت هستند، اما نه همه آنها نامتقارن، دارای خواص فیزیکی و شیمیایی متفاوتی هستند، - نامیده می شوند. دی-آاستریو ایزومرها
-دیاسترومرها (ایزومرهای هندسی) استریومرهایی هستند که دارای پیوند در مولکول هستند. آنها در آلکن ها، ترکیبات کربن غیر اشباع بالاتر، ترکیبات دی کربنیک غیر اشباع یافت می شوند. مثلا:
Cis-butene-2 Trans-butene-2
فعالیت بیولوژیکی مواد آلی به ساختار آنها مربوط می شود. مثلا:
سیس بوتندییک اسید، اسید ترانس بوتندییک،
اسید مالئیک - اسید فوماریک - غیر سمی،
بسیار سمی در بدن یافت می شود
تمام ترکیبات غیراشباع کربن بالاتر طبیعی سیس ایزومر هستند.
(یونانی isos same، meros part) یکی از مهمترین مفاهیمدر شیمی، عمدتا آلی. 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 معرفی شد
آی. برزلیوس، 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. مفهوم ایزومر سرانجام پس از خلقت شکل گرفتA.M.Butlerovنظریه های ساختار شیمیایی (دهه 1860). بر اساس این نظریه، او پیشنهاد کرد که باید چهار بوتانول مختلف وجود داشته باشد (شکل 2).1). در زمان ایجاد این نظریه، تنها یک بوتانول (CH 3) 2 CHSN 2 OH بدست آمده از مواد گیاهی.برنج. 1. ایزومرهای بوتانولسنتز 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.
ایزومریزم 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 N 10 (بوتان) وجود دو ایزومر برای پنتان C امکان پذیر است 5 N 12 سه ایزومر، برای هگزان C 6 N 14 پنج (شکل 2):
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).
. 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 معطرایزومری موقعیتی
نوع دیگری از ایزومری ساختاری ایزومری موقعیتی است.
زمانی رخ می دهد که گروه های عاملی، هترواتم های منفرد یا پیوندهای متعدد در مکان های مختلف اسکلت هیدروکربنی قرار گیرند. ایزومرهای ساختاری می توانند به کلاس های مختلفی از ترکیبات آلی تعلق داشته باشند، بنابراین می توانند نه تنها از نظر فیزیکی، بلکه همچنین متفاوت باشند. خواص شیمیایی. در شکل شکل 5 سه ایزومر را برای ترکیب C نشان می دهد 3 N 8 اوه، دو تا از آنها الکل هستند و سومیاتر ساده 
برنج. 5. ایزومرها را تعیین کنیداغلب، 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 کلروبنزنگاهی اوقات ایزومرهای ساختاری ویژگی های ایزومر اسکلت هیدروکربنی و ایزومری موقعیتی را با هم ترکیب می کنند (شکل 7).
برنج. 8. ایزومرهای بنزنپنج 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 لطف ایجاد می شود مکان های مختلفاتم ها در فضا با همان ترتیب پیوندهای بین آنها. یکی از انواع استریوایزومریسم ایزومر سیس-ترانس (cis
لات . از یک طرف، ترانسلات . 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 استسیس -ایزومر، اگر در طرف مقابل باشدترنس-ایزومر:
خواص فیزیکی و شیمیایی
سیس- و ترنس - ایزومرها گاهی به طور قابل توجهی متفاوت هستند؛ در اسید مالئیک، گروه های کربوکسیل COOH از نظر مکانی به هم نزدیک هستند، آنها می توانند واکنش نشان دهند (شکل 11)، تشکیل انیدرید اسید مالئیک (این واکنش برای اسید فوماریک رخ نمی دهد):
برنج. 13. ایزومرهای کمپلکس کبالتنوع دوم استریوایزومریسم، ایزومر نوری، در مواردی رخ می‌دهد که دو ایزومر (طبق تعریفی که قبلاً فرموله شد، دو مولکول ناسازگار در فضا) نشان دهند. انعکاس آینهیکدیگر. 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 چهار وجهی چهار وجهی منظم هدایت می شود.سانتی متر.مداری) و به شدت ثابت می شوند. چهار جایگزین نابرابر در شکل نشان داده شده است. 14 به شکل چهار توپ با رنگ های مختلف:
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 نوریگزینه 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 بریلیوم، 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 شکل یک منشور پنج وجهی دارد، سه جانشین برای همین منظور 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 نامتقارندر 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 . مکالمه والدن). میخائیل لویتسکی ادبیاتاسلانینا 3. جنبه های نظری پدیده ایزومر در شیمی ، ترانس. از چک، مسکو، «میر»، 1984هافمن آر. چنین دنیای یکسان و متنوع . مسکو، میر، 2001