Un altro esempio furono gli acidi tartarico e tartarico, dopo lo studio del quale J. Berzelius introdusse il termine isomerismo e ha suggerito che le differenze derivano dalla "diversa distribuzione di atomi semplici in un atomo complesso" (cioè una molecola). La vera spiegazione dell'isomerismo fu ricevuta solo nella seconda metà del XIX secolo. basato sulla teoria della struttura chimica di A. M. Butlerov (isomerismo strutturale) e sulla teoria stereochimica di J. G. van't Hoff (isomerismo spaziale).
Isomeria strutturale
L'isomerismo strutturale è il risultato di differenze nella struttura chimica. Questo tipo include:
Isomeria della catena di idrocarburi (scheletro di carbonio)
Isomeria dello scheletro di carbonio, dovuto al diverso ordine di legame degli atomi di carbonio. L'esempio più semplice è il butano CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 3 e l'isobutano (CH 3) 3 CH. Dott. esempi: antracene e fenantrene (formule I e II, rispettivamente), ciclobutano e metilciclopropano (III e IV).
Isomeria di valenza
Isomeria di valenza ( tipo speciale isomerismo strutturale), in cui gli isomeri possono essere convertiti l'uno nell'altro solo a causa della ridistribuzione dei legami. Ad esempio, gli isomeri di valenza del benzene (V) sono bicicloesa-2,5-diene (VI, "benzene di Dewar"), prismano (VII, "benzene di Ladenburg"), benzvalene (VIII).
Isomeria di gruppi funzionali
Differisce nella natura del gruppo funzionale. Esempio: Etanolo (CH 3 -CH 2 -OH) e Dimetil etere (CH 3 -O-CH 3)
isomeria di posizione
Un tipo di isomeria strutturale caratterizzato da una differenza nella posizione degli stessi gruppi funzionali o doppi legami con lo stesso scheletro di carbonio. Esempio: acido 2-clorobutanoico e acido 4-clorobutanoico.
Isomeria spaziale (stereoisomeria)
Enantiomerismo (isomerismo ottico)
L'isomerismo spaziale (stereoisomerismo) deriva da differenze nella configurazione spaziale di molecole che hanno la stessa struttura chimica. Questo tipo di isomero è suddiviso in enantiomeri(isomerismo ottico) e diastereomerismo.
Gli enantiomeri (isomeri ottici, isomeri speculari) sono coppie di antipodi ottici di sostanze caratterizzate da rotazioni di segno opposto e di grandezza uguale del piano di polarizzazione della luce con l'identità di tutte le altre proprietà fisiche e chimiche (ad eccezione delle reazioni con altri sostanze otticamente attive e proprietà fisiche in un mezzo chirale). Una ragione necessaria e sufficiente per la comparsa di antipodi ottici è l'assegnazione di una molecola e uno dei seguenti gruppi di simmetria puntuale C N, D N, T, O, I (Chiralità). Molto spesso parliamo di un atomo di carbonio asimmetrico, cioè un atomo associato a quattro diversi sostituenti, ad esempio:
Altri atomi possono anche essere asimmetrici, come gli atomi di silicio, azoto, fosforo e zolfo. La presenza di un atomo asimmetrico non è l'unica ragione degli enantiomeri. Quindi, i derivati dell'adamantano (IX), del ferrocene (X), dell'1,3-difenilallene (XI), dell'acido 6,6"-dinitro-2,2"-difenico (XII) hanno antipodi ottici. La ragione dell'attività ottica di quest'ultimo composto è l'atropisomerismo, cioè l'isomerismo spaziale causato dalla mancanza di rotazione attorno a un singolo legame. L'enantiomerismo appare anche nelle conformazioni elicoidali di proteine, acidi nucleici, esaelicene (XIII).
(R)-, (S)- nomenclatura degli isomeri ottici (regola di denominazione)
Ai quattro gruppi attaccati all'atomo di carbonio asimmetrico C abcd viene assegnata una diversa anzianità corrispondente alla sequenza: a>b>c>d. Nel caso più semplice, l'anzianità è stabilita dal numero di serie dell'atomo attaccato all'atomo di carbonio asimmetrico: Br(35), Cl(17), S(16), O(8), N(7), C(6 ), H(1).
Ad esempio, nell'acido bromocloroacetico:
L'anzianità dei sostituenti all'atomo di carbonio asimmetrico è la seguente: Br(a), Cl(b), C del gruppo COOH (c), H(d).
Nel butanolo-2, l'ossigeno è il sostituente senior (a), l'idrogeno è il sostituente junior (d):
È necessario risolvere il problema dei sostituenti CH 3 e CH 2 CH 3 . In questo caso, l'anzianità è determinata dal numero di serie o dai numeri di altri atomi nel gruppo. Il primato resta al gruppo etilico, poiché in esso il primo atomo di C è connesso ad un altro atomo di C (6) e ad altri atomi di H (1), mentre nel gruppo metilico il carbonio è connesso a tre atomi di H con il numero di serie 1 . In più casi difficili continua a confrontare tutti gli atomi finché non raggiungono atomi con numeri di serie diversi. Se sono presenti doppi o tripli legami, gli atomi ad essi collegati sono considerati rispettivamente due e tre atomi. Pertanto, il gruppo -COH è considerato come C (O, O, H) e il gruppo -COOH è considerato come C (O, O, OH); il gruppo carbossilico è più antico del gruppo aldeidico, poiché contiene tre atomi con un numero di serie di 8.
Nella D-gliceraldeide, il gruppo OH(a) è il più alto, seguito da CHO(b), CH 2 OH(c) e H(d):
Il passo successivo è determinare se la disposizione dei gruppi è destra, R (lat. rectus), o sinistra, S (lat. sinister). Passando al modello corrispondente, è orientato in modo che gruppo giovanile(d) nella formula prospettica risultava essere in basso, e quindi vista dall'alto lungo l'asse passante per la faccia ombreggiata del tetraedro e il gruppo (d). Nel gruppo D-gliceraldeide
situato nella direzione di rotazione destra, e quindi ha una configurazione R:
(R)-gliceraldeide
Contrariamente alla nomenclatura D,L, le denominazioni degli isomeri (R) e (S) sono racchiuse tra parentesi.
diastereomerismo
σ-diastereomerismo
Qualsiasi combinazione di isomeri spaziali che non formano una coppia di antipodi ottici è considerata diastereomerica. Ci sono σ e π-diastereomeri. I σ-diasteriomeri differiscono l'uno dall'altro nella configurazione di alcuni degli elementi di chiralità che contengono. Quindi, i diasteriomeri sono acido (+)-tartarico e acido meso-tartarico, D-glucosio e D-mannosio, ad esempio:
Per alcuni tipi di diastereomerismo, sono state introdotte designazioni speciali, ad esempio i treo ed eritroisomeri sono un diastereomerismo con due atomi e spazi di carbonio asimmetrici, la disposizione dei sostituenti in questi atomi, che ricorda il corrispondente tre (i sostituenti correlati sono su lati opposti nelle formule di proiezione di Fisher) ed eritrosio ( deputati - su un lato):
Gli isomeri eritro i cui atomi asimmetrici sono legati agli stessi sostituenti sono chiamati forme meso. Essi, a differenza degli altri σ-diastereomeri, sono otticamente inattivi a causa della compensazione intramolecolare dei contributi alla rotazione del piano di polarizzazione della luce di due centri asimmetrici identici di configurazione opposta. Le coppie di diastereomeri che differiscono nella configurazione di uno dei numerosi atomi asimmetrici sono chiamate epimeri, ad esempio:
Il termine "anomeri" si riferisce a una coppia di monosaccaridi diastereomerici che differiscono nella configurazione dell'atomo glicosidico nella forma ciclica, per esempio, α-D- e β-D-glucosio sono anomerici.
π-diastereomerismo (isomerismo geometrico)
I π-diasteriomeri, detti anche isomeri geometrici, si differenziano tra loro per la diversa disposizione spaziale dei sostituenti rispetto al piano del doppio legame (il più delle volte C=C e C=N) o dell'anello. Questi includono, ad esempio, acido maleico e acido fumarico (formule XIV e XV, rispettivamente), (E)- e (Z)-benzaldossime (XVI e XVII), cis- e trans-1,2-dimetilciclopentani (XVIII e XIX) .
conformisti. Tautomeri
Il fenomeno è indissolubilmente legato alle condizioni di temperatura della sua osservazione. Quindi, ad esempio, il clorocicloesano a temperatura ambiente esiste sotto forma di una miscela di equilibrio di due conformeri - con gli orientamenti equatoriali e assiali dell'atomo di cloro:
Tuttavia, a meno 150 °C, è possibile isolare una singola forma a, che in queste condizioni si comporta come un isomero stabile.
D'altra parte, i composti che sono isomeri in condizioni normali possono rivelarsi tautomeri in equilibrio con l'aumentare della temperatura. Ad esempio, 1-bromopropano e 2-bromopropano sono isomeri strutturali, tuttavia, quando la temperatura sale a 250 ° C, si stabilisce un equilibrio tra di loro, che è caratteristico dei tautomeri.
Gli isomeri che si trasformano l'uno nell'altro a temperature inferiori alla temperatura ambiente possono essere considerati molecole non rigide.
L'esistenza di conformisti viene talvolta definita "isomerismo rotazionale". Tra i dieni si distinguono gli isomeri s-cis- e s-trans, che, in sostanza, sono conformeri risultanti dalla rotazione attorno a un legame semplice (s-singolo):
L'isomerismo è anche caratteristico dei composti di coordinazione. Quindi, i composti che differiscono nel modo di coordinare i ligandi (isomerismo di ionizzazione) sono isomerici, ad esempio, sono isomerici:
SO 4 - e + Br -
Qui, in sostanza, c'è un'analogia con l'isomerismo strutturale composti organici.
Le trasformazioni chimiche, a seguito delle quali gli isomeri strutturali vengono convertiti l'uno nell'altro, sono chiamate isomerizzazione. Tali processi sono importanti nell'industria. Quindi, ad esempio, l'isomerizzazione di alcani normali in isoalcani viene effettuata per aumentare il numero di ottano dei carburanti per motori; pentano isomerizzato a isopentano per la successiva deidrogenazione a isoprene. L'isomerizzazione è anche riarrangiamenti intramolecolari, di cui Grande importanza ha, ad esempio, la conversione del cicloesanone ossima in caprolattame, materia prima per la produzione di capron.
Il processo di interconversione degli enantiomeri è chiamato racemizzazione: porta alla scomparsa dell'attività ottica a seguito della formazione di una miscela equimolare di forme (-)- e (+)-, cioè un racemo. L'interconversione dei diastereomeri porta alla formazione di una miscela in cui predomina la forma termodinamicamente più stabile. Nel caso dei π-diastereomeri, di solito è la forma trans. L'interconversione degli isomeri conformazionali è chiamata equilibrio conformazionale.
Il fenomeno dell'isomerismo contribuisce notevolmente alla crescita del numero di composti noti (e in misura ancora maggiore del numero di composti potenzialmente possibili). Quindi, il numero possibile di alcoli decilici isomerici strutturali è superiore a 500 (ne sono noti circa 70), gli spazi, gli isomeri qui sono più di 1500.
Durante il corso riceverai idea generale sui tipi di isomerismo, scopri cos'è un isomero. Scopri i tipi di isomeria in chimica organica: strutturale e spaziale (stereoisomerismo). Utilizzando le formule strutturali delle sostanze, considera le sottospecie dell'isomerismo strutturale (isomerismo scheletrico e posizionale), scopri le varietà dell'isomerismo spaziale: geometrico e ottico.
Argomento: Introduzione alla chimica organica
Lezione: Isomeria. Tipi di isomeria. Isomeria strutturale, geometrica, ottica
I tipi di formule che abbiamo considerato in precedenza, che descrivono le sostanze organiche, mostrano che diverse formule strutturali diverse possono corrispondere a una formula molecolare.
Ad esempio, la formula molecolare C2H6O corrispondere due sostanze con diverse formule di struttura - etanolo e dimetil etere. Riso. 1.
L'alcol etilico, un liquido che reagisce con il sodio metallico per rilasciare idrogeno, bolle a +78,5 0 C. Nelle stesse condizioni, il dimetil etere, un gas che non reagisce con il sodio, bolle a -23 0 C.
Queste sostanze differiscono nella loro struttura - diverse sostanze corrisponde alla stessa formula molecolare.
Riso. 1. Isomeria interclasse
Il fenomeno dell'esistenza di sostanze aventi la stessa composizione, ma diversa struttura e quindi diverse proprietà si chiama isomerismo (dall Parole greche"isos" - "uguale" e "meros" - "parte", "condividi").
Tipi di isomeria
Esistere tipi diversi isomerismo.
L'isomerismo strutturale è associato a ordine diverso connessione di atomi in una molecola.
L'etanolo e il dimetil etere sono isomeri strutturali. Poiché appartengono a diverse classi di composti organici, viene chiamato questo tipo di isomerismo strutturale anche interclasse . Riso. 1.
Isomeri strutturali possono essere all'interno della stessa classe di composti, ad esempio, la formula C 5 H 12 corrisponde a tre diversi idrocarburi. Questo isomerismo dello scheletro carbonioso. Riso. 2.
Riso. 2 Esempi di sostanze - isomeri strutturali
Esistono isomeri strutturali con lo stesso scheletro di carbonio, che differiscono per la posizione di più legami (doppi e tripli) o atomi che sostituiscono l'idrogeno. Questo tipo di isomeria strutturale è chiamato isomeria di posizione.
Riso. 3. Isomeria di posizione strutturale
Nelle molecole contenenti solo legami singoli, è possibile una rotazione quasi libera dei frammenti della molecola attorno ai legami a temperatura ambiente e, ad esempio, tutte le immagini delle formule dell'1,2-dicloroetano sono equivalenti. Riso. 4
Riso. 4. Posizione degli atomi di cloro attorno a un singolo legame
Se la rotazione è difficile, ad esempio, in una molecola ciclica o con un doppio legame, allora isomeria geometrica o cis-trans. Negli isomeri cis, i sostituenti si trovano sullo stesso lato del piano dell'anello o del doppio legame, negli isomeri trans si trovano sui lati opposti.
Gli isomeri cis-trans esistono quando due diversi vice. Riso. 5.
Riso. 5. Isomeri cis e trans
Un altro tipo di isomeria nasce dal fatto che un atomo di carbonio con quattro legami singoli forma con i suoi sostituenti una struttura spaziale: un tetraedro. Se una molecola ha almeno un atomo di carbonio legato a quattro diversi sostituenti, isomerismo ottico. Tali molecole non coincidono con la loro immagine speculare. Questa proprietà è chiamata chiralità - dal greco Conhier- "mano". Riso. 6. L'isomerismo ottico è caratteristico di molte molecole che costituiscono gli organismi viventi.
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Riso. 6. Esempi di isomeri ottici
Viene anche chiamato isomerismo ottico enantiomeri (dal greco enantios- "opposto" e meros- "parte"), e isomeri ottici - enantiomeri . Gli enantiomeri sono otticamente attivi, ruotano il piano di polarizzazione della luce dello stesso angolo, ma in direzioni opposte: D- , o (+)-isomero, - a destra, l- , o (-)-isomero, - a sinistra. Viene chiamata una miscela di quantità uguali di enantiomeri racemo, è otticamente inattivo ed è indicato dal simbolo d,l- o (±).
Riassumendo la lezione
Durante la lezione, hai avuto un'idea generale dei tipi di isomerismo, cos'è un isomero. Conoscenza dei tipi di isomeria in chimica organica: strutturale e spaziale (stereoisomeria). Con l'aiuto delle formule strutturali delle sostanze, abbiamo considerato le sottospecie dell'isomerismo strutturale (isomerismo scheletrico e posizionale), abbiamo familiarizzato con le varietà dell'isomerismo spaziale: geometrico e ottico.
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2. Perché il numero di isomeri negli idrocarburi della serie dell'etilene è maggiore di quello degli idrocarburi saturi?
3. Quali idrocarburi hanno isomeri spaziali?
1. Isomeria strutturale.
2. Isomeria conformazionale.
3. Isomeria geometrica.
4. Isomeria ottica.
Isomeri sono sostanze che hanno la stessa composizione e peso molecolare, ma diverse proprietà fisiche e chimiche. Le differenze nelle proprietà degli isomeri sono dovute a differenze nella loro struttura chimica o spaziale. A questo proposito, ci sono due tipi di isomeria.
isomerismo
strutturale
spaziale
scheletro di carbonio
Configurazione
conformazionale
La posizione del funzionale
Ottico
Interclasse
Geometrico
1. Isomeria strutturale
Gli isomeri strutturali differiscono nella struttura chimica, ad es. la natura e la sequenza dei legami tra gli atomi in una molecola. Gli isomeri strutturali sono isolati in forma pura. Esistono come sostanze individuali e stabili, la loro trasformazione reciproca richiede un'energia elevata - circa 350 - 400 kJ / mol. Solo gli isomeri strutturali, i tautomeri, sono in equilibrio dinamico. Il tautomerismo è un fenomeno comune in chimica organica. È possibile con il trasferimento di un atomo di idrogeno mobile in una molecola (composti carbonilici, ammine, eterocicli, ecc.), interazioni intramolecolari (carboidrati).
Tutti gli isomeri strutturali sono presentati sotto forma di formule strutturali e denominati secondo la nomenclatura IUPAC. Ad esempio, la composizione di C 4 H 8 O corrisponde agli isomeri strutturali:
UN)con diverso scheletro di carbonio
catena C non ramificata - CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH \u003d O (butanale, aldeide) e
catena C ramificata -
(2-metilpropanale, aldeide) o
ciclo - 
(ciclobutanolo, alcol ciclico);
B)con una diversa posizione del gruppo funzionale
butanone-2, chetone;
V)Con composizione diversa gruppo funzionale
3-butenol-2, alcool insaturo;
G)metamerismo
L'eteroatomo del gruppo funzionale può essere incluso nello scheletro di carbonio (ciclo o catena). Uno dei possibili isomeri di questo tipo di isomerismo è CH 3 -O-CH 2 -CH \u003d CH 2 (3-metossipropene-1, semplice etere);
e)tautomeria (cheto-enolo)
forma enolica 
forma chetonica
I tautomeri sono in equilibrio dinamico, mentre la forma più stabile, la forma cheto, predomina nella miscela.
Per i composti aromatici, l'isomerismo strutturale è considerato solo per la catena laterale.
2. Isomeria spaziale (stereoisomeria)
Gli isomeri spaziali hanno la stessa struttura chimica, differiscono nella disposizione spaziale degli atomi nella molecola. Questa differenza crea una differenza nelle proprietà fisiche e chimiche. Gli isomeri spaziali sono rappresentati come varie proiezioni o formule stereochimiche. La branca della chimica che studia la struttura spaziale e la sua influenza sulle proprietà fisiche e chimiche dei composti, sulla direzione e velocità delle loro reazioni, si chiama stereochimica.
UN)Isomeria conformazionale (rotazionale).
Senza modificare né gli angoli di legame né le lunghezze di legame, si può immaginare una moltitudine di forme geometriche (conformazioni) di una molecola che differiscono l'una dall'altra per la rotazione reciproca dei tetraedri di carbonio attorno al legame σ-CC che le collega. Come risultato di tale rotazione, sorgono isomeri rotazionali (conformatori). L'energia di diversi conformeri non è la stessa, ma la barriera energetica che separa diversi isomeri conformazionali è piccola per la maggior parte dei composti organici. Pertanto, in condizioni normali, di regola, è impossibile fissare le molecole in una conformazione strettamente definita. Di solito, diversi isomeri conformazionali coesistono in equilibrio.
I metodi immagine e la nomenclatura degli isomeri possono essere considerati utilizzando l'esempio della molecola di etano. Per esso, si può prevedere l'esistenza di due conformazioni che differiscono il più possibile in energia, che possono essere rappresentate come proiezioni prospettiche(1) ("cavalli da sega") o sporgenze Uomo nuovo(2):
conformazione ostacolata conformazione eclissata
In una proiezione prospettica (1), la connessione C-C deve essere immaginata come andare in lontananza; l'atomo di carbonio in piedi a sinistra è vicino all'osservatore, in piedi a destra ne è allontanato.
Nella proiezione di Newman (2), la molecola è considerata lungo Connessioni C-C. Tre linee divergenti di un angolo di 120° dal centro del cerchio indicano i legami dell'atomo di carbonio più vicino all'osservatore; le linee "sporgenti" da dietro il cerchio sono i legami del remoto atomo di carbonio.
Viene chiamata la conformazione mostrata a destra oscurato . Questo nome ricorda il fatto che gli atomi di idrogeno di entrambi i gruppi CH 3 sono uno di fronte all'altro. La conformazione schermata ha una maggiore energia interna ed è quindi sfavorevole. Viene chiamata la conformazione mostrata a sinistra inibito , il che implica che la rotazione libera attorno al legame C-C "rallenta" in questa posizione, cioè la molecola esiste prevalentemente in questa conformazione.
L'energia minima richiesta per la rotazione completa di una molecola attorno a un particolare legame è chiamata barriera rotazionale per quel legame. La barriera rotazionale in una molecola come l'etano può essere espressa in termini di variazione dell'energia potenziale della molecola in funzione della variazione dell'angolo diedro (torsione - τ) del sistema. Il profilo energetico della rotazione attorno al legame CC nell'etano è mostrato nella Figura 1. La barriera rotazionale che separa le due forme di etano è di circa 3 kcal/mol (12,6 kJ/mol). I minimi della curva dell'energia potenziale corrispondono a conformazioni ostacolate, i massimi corrispondono a conformazioni oscurate. Poiché a temperatura ambiente l'energia di alcune collisioni di molecole può raggiungere 20 kcal/mol (circa 80 kJ/mol), questa barriera di 12,6 kJ/mol è facilmente superata e la rotazione nell'etano è considerata libera. In una miscela di tutte le conformazioni possibili, predominano le conformazioni ostacolate.
Fig. 1. Diagramma dell'energia potenziale delle conformazioni dell'etano.
Per molecole più complesse, il numero di possibili conformazioni aumenta. Sì, per N-butano può già essere rappresentato in sei conformazioni che sorgono quando si gira attorno al legame centrale C 2 - C 3 e differiscono nella disposizione reciproca dei gruppi CH 3. Le varie conformazioni eclissate e ostacolate del butano differiscono in energia. Le conformazioni ostacolate sono energeticamente più favorevoli.
Il profilo energetico di rotazione attorno al legame C 2 -C 3 nel butano è mostrato in Figura 2.
Fig.2. Diagramma dell'energia potenziale delle conformazioni del n-butano.
Per una molecola con una lunga catena di carbonio, il numero di forme conformazionali aumenta.
Le molecole dei composti aliciclici sono caratterizzate da diverse forme conformazionali dell'anello (ad esempio, per il cicloesano poltrona, bagno, intrecciare-forme).
Quindi, le conformazioni sono varie forme spaziali di una molecola che ha una certa configurazione. I conformeri sono strutture stereoisomeriche che corrispondono ai minimi energetici sul diagramma dell'energia potenziale, sono in equilibrio mobile e sono in grado di interconvertirsi mediante rotazione attorno a semplici legami σ.
Se la barriera di tali trasformazioni diventa abbastanza alta, allora le forme stereoisomeriche possono essere separate (un esempio sono i bifenili otticamente attivi). In tali casi non si parla più di conformisti, ma di stereoisomeri realmente esistenti.
B)isomeria geometrica
Gli isomeri geometrici sorgono come risultato dell'assenza nella molecola:
1. rotazione degli atomi di carbonio l'uno rispetto all'altro - una conseguenza della rigidità del doppio legame C=C o della struttura ciclica;
2. due gruppi identici in un atomo di carbonio di un doppio legame o ciclo.
Gli isomeri geometrici, a differenza dei conformeri, possono essere isolati in forma pura ed esistere come singole sostanze stabili. Per la loro reciproca trasformazione è necessaria un'energia maggiore - circa 125-170 kJ / mol (30-40 kcal / mol).
Ci sono isomeri cis-trans-(Z,E); cis- le forme sono isomeri geometrici in cui gli stessi sostituenti giacciono su un lato del piano del legame π o del ciclo, trance- le forme sono chiamate isomeri geometrici, in cui gli stessi sostituenti giacciono su lati opposti del piano del legame π o dell'anello.
L'esempio più semplice sono gli isomeri del butene-2, che esiste sotto forma di isomeri cis e transgeometrici:
cis-butene-2 trans-butene-2
temperatura di fusione
138,9 0 С - 105,6 0 С
temperatura di ebollizione
3,72 0 С 1,00 0 С
densità
1,2 - diclorociclopropano esiste sotto forma di cis-, trans-isomeri:
cis-1,2-diclorociclopropano trans-1,2-diclorociclopropano
Nei casi più complessi, applicare z,E-nomenclatura (la nomenclatura di Kann, Ingold, Prelog - KIP, la nomenclatura dell'anzianità dei deputati). In congiunzione
1-bromo -2-metil-1-clorobutene-1 (Br) (CI) C \u003d C (CH 3) - CH 2 -CH 3 tutti i sostituenti agli atomi di carbonio con un doppio legame sono diversi; pertanto, questo composto esiste sotto forma di isomeri Z-, E- geometrici:
E-1-bromo-2-metil-1-clorobutene-1 Z-1-bromo-2-metil-1-clorobutene-1.
Per indicare la configurazione di un isomero, indicare la posizione dei sostituenti senior in un doppio legame (o ciclo) - Z- (dal tedesco Zusammen - insieme) o E- (dal tedesco Entgegen - opposto).
Nel sistema Z,E, i sostituenti con un numero atomico più alto sono considerati senior. Se gli atomi direttamente legati agli atomi di carbonio insaturi sono gli stessi, allora vanno al "secondo strato", se necessario, al "terzo strato", ecc.
Nella prima proiezione, i gruppi più vecchi sono l'uno di fronte all'altro rispetto al doppio legame, quindi questo è l'isomero E. Nella seconda proiezione, i gruppi più vecchi sono sullo stesso lato del doppio legame (insieme), quindi questo è l'isomero Z.
Gli isomeri geometrici sono ampiamente distribuiti in natura. Ad esempio, gomma polimerica naturale (isomero cis) e guttaperca (isomero trans), acido fumarico naturale (acido trans-butenedioico) e acido maleico sintetico (acido cis-butenedioico), i grassi contengono acido cis-oleico, linoleico, linolenico .
V)Isomeria ottica
Le molecole di composti organici possono essere chirali e achirali. Chiralità (dal greco cheir - mano) - l'incompatibilità di una molecola con la sua immagine speculare.
Le sostanze chirali sono in grado di ruotare il piano di polarizzazione della luce. Questo fenomeno è chiamato attività ottica e le sostanze corrispondenti - otticamente attivo. Otticamente sostanze attive incontrarsi in coppia antipodi ottici- isomeri, le cui proprietà fisiche e chimiche sono le stesse in condizioni normali, ad eccezione di uno - il segno di rotazione del piano di polarizzazione: uno degli antipodi ottici devia il piano di polarizzazione verso destra (+, isomero destrogiro) , l'altro - a sinistra (-, levogiro). La configurazione degli antipodi ottici può essere determinata sperimentalmente utilizzando un dispositivo: un polarimetro.
L'isomerismo ottico appare quando la molecola contiene atomo di carbonio asimmetrico(ci sono altri motivi per la chiralità della molecola). Questo è il nome dell'atomo di carbonio in sp 3 - ibridazione e associato a quattro diversi sostituenti. Sono possibili due disposizioni tetraedriche di sostituenti attorno a un atomo asimmetrico. Allo stesso tempo, due forme spaziali non possono essere combinate da alcuna rotazione; uno di loro è un'immagine speculare dell'altro:
Entrambe le forme speculari formano una coppia di antipodi ottici o enantiomeri .
Raffigura isomeri ottici sotto forma di formule di proiezione di E. Fisher. Si ottengono proiettando una molecola con un atomo di carbonio asimmetrico. In questo caso l'atomo di carbonio asimmetrico stesso sul piano è indicato da un punto, sulla linea orizzontale sono indicati i simboli dei sostituenti che sporgono davanti al piano della figura. La linea verticale (tratteggiata o continua) indica i sostituenti che vengono rimossi dal piano della figura. I seguenti sono diversi modi per scrivere la formula di proiezione corrispondente al modello a sinistra nella figura precedente:
In proiezione, la catena principale del carbonio è rappresentata verticalmente; la funzione principale, se si trova alla fine della catena, è indicata nella parte superiore della proiezione. Ad esempio, le formule stereochimiche e di proiezione (+) e (-) dell'alanina - CH 3 - * CH (NH 2) -COOH sono le seguenti:
Una miscela con lo stesso contenuto di enantiomeri è chiamata racemo. Il racemato non ha attività ottica ed è caratterizzato da proprietà fisiche diverse dagli enantiomeri.
Regole per trasformare le formule di proiezione.
1. Le formule possono essere ruotate nel piano del disegno di 180 o senza cambiare il loro significato stereochimico:
2. Due (o qualsiasi numero pari) permutazioni di sostituenti su un atomo asimmetrico non cambiano il significato stereochimico della formula:
3. Una (o qualsiasi numero dispari) permutazione di sostituenti al centro asimmetrico porta alla formula agli antipodi ottici:
4. Ruotando di 90° nel piano del disegno, la formula si trasforma in un antipodo.
5. La rotazione di tre qualsiasi sostituenti in senso orario o antiorario non cambia il significato stereochimico della formula:
6. Le formule di proiezione non possono essere derivate dal piano del disegno.
I composti organici hanno attività ottica, nelle molecole di cui anche altri atomi sono centri chirali, ad esempio silicio, fosforo, azoto e zolfo.
Esistono composti con più atomi di carbonio asimmetrici come diastereomeri , cioè. isomeri spaziali che non costituiscono antipodi ottici tra loro.
I diastereomeri differiscono l'uno dall'altro non solo per la rotazione ottica, ma anche per tutte le altre costanti fisiche: hanno diversi punti di fusione e di ebollizione, diverse solubilità, ecc.
Il numero di isomeri spaziali è determinato dalla formula di Fisher N=2 n , dove n è il numero di atomi di carbonio asimmetrici. Il numero di stereoisomeri può diminuire a causa della simmetria parziale che appare in alcune strutture. Vengono chiamati diastereomeri otticamente inattivi meso-forme.
Nomenclatura degli isomeri ottici:
a) Nomenclatura D-, L-
Per determinare la serie D o L di un isomero, la configurazione (posizione del gruppo OH nell'atomo di carbonio asimmetrico) viene confrontata con le configurazioni degli enantiomeri della gliceraldeide (chiave del glicerolo):
L-gliceraldeide D-gliceraldeide
L'uso della nomenclatura D-, L è attualmente limitato a tre classi di sostanze otticamente attive: carboidrati, amminoacidi e idrossiacidi.
b) R -, S-nomenclatura (nomenclatura di Kahn, Ingold e Prelog)
Per determinare la configurazione R (destra) - o S (sinistra) - dell'isomero ottico, è necessario disporre i sostituenti nel tetraedro (formula stereochimica) attorno all'atomo di carbonio asimmetrico in modo che il sostituente più basso (solitamente idrogeno) abbia la direzione "dall'osservatore". Se la transizione degli altri tre sostituenti da senior a middle e junior in anzianità avviene in senso orario, questo è l'isomero R (la caduta in anzianità coincide con il movimento della mano quando si scrive la parte superiore della lettera R). Se la transizione avviene in senso antiorario, questa è S - isomero (la caduta di anzianità coincide con il movimento della mano quando si scrive la parte superiore della lettera S).
Per determinare la configurazione R o S dell'isomero ottico mediante la formula di proiezione, è necessario disporre i sostituenti secondo un numero pari di permutazioni in modo che il più giovane di essi si trovi nella parte inferiore della proiezione. La caduta dell'anzianità dei restanti tre sostituenti in senso orario corrisponde alla configurazione R, in senso antiorario - alla configurazione S.
Gli isomeri ottici si ottengono con i seguenti metodi:
a) isolamento da materiali naturali contenenti composti otticamente attivi, come proteine e amminoacidi, carboidrati, molti idrossiacidi (tartarico, malico, mandelico), idrocarburi terpenici, alcoli e chetoni terpenici, steroidi, alcaloidi, ecc.
b) scissione dei racemi;
c) sintesi asimmetrica;
d) produzione biochimica di sostanze otticamente attive.
LO SAI CHE
Il fenomeno dell'isomerismo (dal greco - iosos - diverso e meros - quota, parte) fu aperto nel 1823. J. Liebig e F. Wöhler sull'esempio dei sali di due acidi inorganici: cianico H-O-C≡N e fulminante H-O-N= C.
Nel 1830 J. Dumas estese il concetto di isomeria ai composti organici.
Nel 1831 il termine "isomero" per i composti organici è stato proposto da J. Berzelius.
Gli stereoisomeri dei composti naturali sono caratterizzati da diverse attività biologiche (aminoacidi, carboidrati, alcaloidi, ormoni, feromoni, sostanze medicinali origine naturale eccetera.).
Lezioni frontali per gli studenti della facoltà di pediatria
Conferenza2
Argomento: Struttura spaziale dei composti organici
Bersaglio: conoscenza dei tipi di isomeria strutturale e spaziale dei composti organici.
Piano:
Classificazione dell'isomerismo.
Isomeria strutturale.
Isomeria spaziale
Isomeria ottica
I primi tentativi di comprendere la struttura delle molecole organiche risalgono all'inizio del XIX secolo. Per la prima volta, il fenomeno dell'isomerismo fu scoperto da J. Berzelius e A. M. Butlerov nel 1861 propose una teoria della struttura chimica dei composti organici, che spiegava il fenomeno dell'isomerismo.
Isomeria: l'esistenza di composti con la stessa composizione qualitativa e quantitativa, ma diversa struttura o posizione nello spazio, e le sostanze stesse sono chiamate isomeri.
Classificazione degli isomeri
Strutturale
(diverso ordine di connessione degli atomi)
stereoisomeria
(diversa disposizione degli atomi nello spazio)
Molteplici posizioni obbligazionarie
Posizioni dei gruppi funzionali
Configurazione
Conforme-
Isomeria strutturale.
Gli isomeri strutturali sono isomeri che hanno la stessa composizione qualitativa e quantitativa, ma differiscono nella struttura chimica.
L'isomerismo strutturale determina la diversità dei composti organici, in particolare gli alcani. Con un aumento del numero di atomi di carbonio nelle molecole alcani aumenta rapidamente il numero di isomeri strutturali. Quindi, per esano (C 6 H 14) è 5, per nonano (C 9 H 20) - 35.
Gli atomi di carbonio differiscono nella loro posizione nella catena. L'atomo di carbonio all'inizio della catena è legato a un atomo di carbonio e viene chiamato primario. Un atomo di carbonio legato a due atomi di carbonio secondario, con tre terziario, con quattro Quaternario. Le molecole di alcano a catena lineare contengono solo atomi di carbonio primari e secondari, mentre le molecole di alcano a catena ramificata contengono atomi di carbonio sia terziari che quaternari.
Tipi di isomeria strutturale.
Metameri- composti appartenenti alla stessa classe di composti, ma aventi radicali diversi:
H 3 C - O - C 3 H 7 - metil propil etere,
H 5 C 2 - O - C 2 H 5 - etere dietilico
Isomeria interclasse. Con la stessa composizione qualitativa e quantitativa delle molecole, la struttura delle sostanze è diversa.
Ad esempio: le aldeidi sono isomeriche rispetto ai chetoni:
Alchini - alkadienam
H 2 C \u003d CH - CH \u003d CH 2 butadiene -1,3 HC \u003d C - CH 2 - CH 3 - butin-1
L'isomerismo strutturale determina anche la diversità dei radicali idrocarburici. L'isomerismo radicale inizia con il propano, per il quale sono possibili due radicali. Se un atomo di idrogeno viene sottratto all'atomo di carbonio primario, si ottiene il radicale propile (n-propile). Se l'atomo di idrogeno viene allontanato dall'atomo di carbonio secondario, si ottiene il radicale isopropilico
-
isopropilico
CH 2 - CH 2 - CH 3 - propilIsomeria spaziale (stereoisomeria)
Questa è l'esistenza di isomeri che hanno la stessa composizione e ordine di connessione degli atomi, ma differiscono nella natura della disposizione degli atomi o dei gruppi di atomi nello spazio l'uno rispetto all'altro.
Questo tipo di isomeria fu descritto da L. Pasteur (1848), J. van't Hoff, Le Bel (1874).
In condizioni reali, la molecola stessa e le sue singole parti (atomi, gruppi di atomi) sono in uno stato di movimento oscillatorio-rotatorio e questo movimento cambia notevolmente la disposizione reciproca degli atomi nella molecola. In questo momento, i legami chimici vengono allungati e gli angoli di legame cambiano, e quindi sorgono varie configurazioni e conformazioni delle molecole.
Pertanto, gli isomeri spaziali sono divisi in due tipi: conformazionali e configurazionali.
Le configurazioni sono la disposizione degli atomi nello spazio senza tener conto delle differenze che sorgono a seguito della rotazione attorno ai singoli legami. Questi isomeri esistono in varie conformazioni.
Le conformazioni sono forme dinamiche molto instabili della stessa molecola che derivano dalla rotazione di atomi o gruppi di atomi attorno a singoli legami, per cui gli atomi occupano diverse posizioni spaziali. Ogni conformazione di una molecola è caratterizzata da una certa configurazione.
Il legame b consente la rotazione attorno ad esso, quindi una molecola può avere molte conformazioni. Delle tante conformazioni, solo sei vengono prese in considerazione, poiché l'angolo minimo di rotazione è considerato un angolo pari a 60 °, che viene chiamato angolo di torsione.
Distinguere tra conformazioni eclissate e ostacolate.
Conformazione schermata sorge se sostituenti identici si trovano a una distanza minima l'uno dall'altro e tra di loro sorgono forze repulsive reciproche e la molecola deve avere una grande riserva di energia per mantenere questa conformazione. Questa conformazione è energeticamente sfavorevole.
conformazione ostacolata - si verifica quando i sostituenti identici sono il più distanti possibile e la molecola ha una riserva di energia minima. Questa conformazione è energeticamente favorevole.
P 
Il primo composto noto per avere isomeri conformazionali è l'etano. La sua struttura nello spazio è rappresentata da una formula prospettica o formula di Newman:
CON 2 H 6
oscurato inibito
conformazione conformazione
Formule di proiezione di Newman.
L'atomo di carbonio più vicino a noi è indicato da un punto al centro del cerchio, il cerchio raffigura un atomo di carbonio distante. I tre legami di ciascun atomo sono raffigurati come linee che si irradiano dal centro del cerchio - per l'atomo di carbonio più vicino e piccole - per l'atomo di carbonio remoto.
Nelle lunghe catene di carbonio, la rotazione è possibile attorno a diversi legami C - C. Pertanto, l'intera catena può assumere una varietà di forme geometriche. Secondo i dati a raggi X, le lunghe catene di idrocarburi saturi hanno conformazioni a zigzag ea tenaglia. Ad esempio: gli acidi palmitico (C 15 H 31 COOH) e stearico (C 17 H 35 COOH) nelle conformazioni a zig-zag fanno parte dei lipidi delle membrane cellulari e le molecole di monosaccaride in soluzione assumono una conformazione simile ad un artiglio.
Conformazioni dei composti ciclici
I composti ciclici sono caratterizzati da sollecitazioni angolari associate alla presenza di un ciclo chiuso.
Se consideriamo i cicli piatti, per molti di essi gli angoli di legame devieranno in modo significativo da quello normale. Viene chiamato lo stress causato dalla deviazione degli angoli di legame tra gli atomi di carbonio in un ciclo da un valore normale angolo O Bayer.
Ad esempio, nel cicloesano, gli atomi di carbonio sono nello stato ibrido sp 3 e, di conseguenza, l'angolo di legame dovrebbe essere uguale a 109 circa 28 /. Se gli atomi di carbonio fossero sullo stesso piano, allora in un ciclo planare gli angoli di legame interni sarebbero pari a 120°, e tutti gli atomi di idrogeno sarebbero in una conformazione eclissata. Ma il cicloesano non può essere planare a causa della presenza di forti sollecitazioni angolari e torsionali. Ha conformazioni non planari meno tese a causa della rotazione parziale attorno ai legami ϭ, tra le quali le conformazioni sono più stabili poltrone E bagni.
La conformazione a sedia è la più energeticamente favorevole, poiché non contiene posizioni eclissate di atomi di idrogeno e carbonio. La disposizione degli atomi di H per tutti gli atomi di C è la stessa della conformazione impedita dell'etano. In questa conformazione, tutti gli atomi di idrogeno sono aperti e disponibili per le reazioni.
La conformazione a bagno è energeticamente meno favorevole, in quanto 2 coppie di atomi di C (C-2 e C-3), (C-5 e C-6) giacenti alla base hanno atomi di H in conformazione eclissata, quindi questa conformazione ha un grande fornitura di energia e instabile.
C 6 H 12 cicloesano
La forma della "poltrona" è energeticamente più favorevole del "bagno".
Isomeria ottica.
Alla fine del XIX secolo si scoprì che molti composti organici sono in grado di ruotare il piano di un raggio polarizzato a sinistra ea destra. Cioè, un raggio di luce incidente su una molecola interagisce con i suoi gusci di elettroni, mentre si verifica la polarizzazione degli elettroni, che porta a un cambiamento nella direzione delle oscillazioni in campo elettrico. Se una sostanza ruota il piano di oscillazione in senso orario, viene chiamata destrogiro(+) se in senso antiorario - levogiro(-). Queste sostanze erano chiamate isomeri ottici. Gli isomeri otticamente attivi contengono un atomo di carbonio asimmetrico (chirale) - questo è un atomo contenente quattro diversi sostituenti. La seconda condizione importante è l'assenza di tutti i tipi di simmetria (assi, piani). Questi includono molti idrossi e amminoacidi
Gli studi hanno dimostrato che tali composti differiscono nell'ordine dei sostituenti agli atomi di carbonio nell'ibridazione sp 3.
P 
il composto più semplice è l'acido lattico (2-idrossipropanoico)
Stereoisomeri, le cui molecole sono correlate tra loro come un oggetto e un'immagine speculare incompatibile o come sinistra e destra mano destra chiamato enantiomeri(isomeri ottici, isomeri specchio, antipodi e il fenomeno è chiamato enantiomeri. Tutti i prodotti chimici e Proprietà fisiche gli enantiomeri sono gli stessi, tranne due: la rotazione del piano della luce polarizzata (nel dispositivo polarimetro) e l'attività biologica.
La configurazione assoluta delle molecole è determinata da complessi metodi fisico-chimici.
La configurazione relativa dei composti otticamente attivi è determinata per confronto con uno standard di gliceraldeide. Le sostanze otticamente attive aventi la configurazione di gliceraldeide destrogira o levogira (M. Rozanov, 1906) sono chiamate sostanze delle serie D e L. Una miscela uguale di isomeri destro e sinistro di un composto è chiamata racemo ed è otticamente inattiva.
Gli studi hanno dimostrato che il segno della rotazione della luce non può essere associato all'appartenenza di una sostanza alle serie D e L, è determinato solo sperimentalmente nei dispositivi: i polarimetri. Ad esempio, l'acido L-latte ha un angolo di rotazione di +3,8 o, l'acido D-latte - 3,8 o.
Gli enantiomeri sono rappresentati utilizzando le formule di Fisher.
La catena di carbonio è mostrata come una linea verticale.
Il gruppo funzionale più alto è posto in alto, il più giovane è posto in basso.
Un atomo di carbonio asimmetrico è rappresentato da una linea orizzontale con sostituenti alle estremità.
Il numero di isomeri è determinato dalla formula 2 n , n è il numero di atomi di carbonio asimmetrici.
Riga L Riga D
Tra gli enantiomeri possono esserci molecole simmetriche che non hanno attività ottica e sono chiamate mesoisomeri.
|
Ad esempio: Carta dei vini |
|
D - (+) - riga L - (-) - riga |
Mezovinnaya a - quello |
Racemato - acido dell'uva
Gli isomeri ottici che non sono isomeri speculari, che differiscono nella configurazione di diversi, ma non tutti, gli atomi C asimmetrici, che hanno proprietà fisiche e chimiche diverse, sono chiamati - di-UN-stereoisomeri.
I diastereomeri (isomeri geometrici) sono stereomeri che hanno un legame nella molecola. Si trovano negli alcheni, carbossilici superiori insaturi to-t, dicarbossilici insaturi to-t. Per esempio:
Cis-butene-2 Trans-butene-2
L'attività biologica delle cose organiche è legata alla loro struttura. Per esempio:
Acido cis-butenedioico, acido trans-butenedioico,
acido maleico - acido fumarico - non tossico,
molto tossico contenuto nel corpo
Tutti gli acidi carbossilici superiori insaturi naturali sono isomeri cis.
(gr. isos stesso, meros parte) uno di i concetti più importanti in chimica, specialmente in chimica organica. Le sostanze possono avere la stessa composizione e peso molecolare, ma strutture e composti diversi che contengono gli stessi elementi nella stessa quantità, ma differiscono nella disposizione spaziale degli atomi o dei gruppi di atomi, sono chiamati isomeri. L'isomerismo è uno dei motivi per cui i composti organici sono così numerosi e vari.L'isomerismo fu scoperto per la prima volta da J. Liebig nel 1823, che scoprì che i sali d'argento degli acidi fulminante e isocianico: Ag-O-N=C e Ag-N=C=O hanno la stessa composizione, ma proprietà diverse. Il termine "isomerismo" nel 1830 introdotto
I. Berzelius, che ha suggerito che le differenze nelle proprietà dei composti della stessa composizione sorgono a causa del fatto che gli atomi nella molecola sono disposti in un ordine disuguale. Le idee sull'isomerismo si sono finalmente formate dopo la creazioneAM Butlerovteorie della struttura chimica (1860). Sulla base di questa teoria, ha suggerito che ci devono essere quattro diversi butanoli (Fig.1). Quando la teoria è stata creata, solo un butanolo (CH 3 ) 2 CHSN 2 OH, ottenuto da materiali vegetali.Riso. 1. Isomeri di butanoloLa successiva sintesi di tutti gli isomeri del butanolo e la determinazione delle loro proprietà divennero una convincente conferma della teoria.Secondo la definizione moderna, due composti della stessa composizione sono considerati isomeri se le loro molecole non possono essere combinate nello spazio in modo che coincidano completamente. La combinazione, di regola, viene eseguita mentalmente, in casi complessi vengono utilizzati modelli spaziali o metodi di calcolo.
Ci sono diverse cause di isomeria.
ISOMERISMO STRUTTURALE È causato, di regola, da differenze nella struttura dello scheletro idrocarburico o da una disposizione ineguale di gruppi funzionali o legami multipli.Isomeria dello scheletro idrocarburico. Gli idrocarburi saturi contenenti da uno a tre atomi di carbonio (metano, etano, propano) non hanno isomeri. Per un composto con quattro atomi di carbonio C 4 N 10 (butano) sono possibili due isomeri, per il pentano C 5 N 12 tre isomeri, per l'esano С 6 H 14 cinque (Fig. 2):
In casi complessi, la questione se due composti siano isomeri viene decisa utilizzando varie rotazioni attorno ai legami di valenza (i legami semplici lo consentono, il che in una certa misura corrisponde alle loro proprietà fisiche). Dopo il movimento dei singoli frammenti della molecola (senza rompere i legami), una molecola si sovrappone a un'altra (Fig.
. 3). Se due molecole sono esattamente uguali, allora questi non sono isomeri, ma lo stesso composto: Gli isomeri che differiscono nella struttura scheletrica di solito hanno proprietà fisiche diverse (punto di fusione, punto di ebollizione, ecc.), Il che rende possibile separare l'uno dall'altro. Isomeria di questo tipo esiste anche negli idrocarburi aromatici (Fig. 4):
Riso. 4. Isomeri aromaticiIsomeria di posizione.
Un altro tipo di isomerismo strutturale è l'isomerismo posizionale
si verifica quando gruppi funzionali, singoli eteroatomi o legami multipli si trovano in punti diversi dello scheletro di idrocarburi. Gli isomeri strutturali possono appartenere a diverse classi di composti organici, quindi possono differire non solo in termini fisici, ma anche proprietà chimiche. Sulla fig. 5 mostra tre isomeri per il composto C 3 ore 8 Oh, due di loro sono alcolici e il terzo etere 
Riso. 5. Posizionare gli isomeriSpesso le differenze nella struttura degli isomeri di posizione sono così evidenti che non è nemmeno necessario combinarle mentalmente nello spazio, ad esempio isomeri di butene o diclorobenzene (Fig. 6):
Riso. 6. Isomeri di butene e diclorobenzeneA volte gli isomeri strutturali combinano le caratteristiche dell'isomerismo dello scheletro di idrocarburi e dell'isomerismo posizionale (Fig. 7).
Riso. 8. Isomeri del benzeneI primi cinque degli isomeri mostrati esistono (il secondo, terzo, quarto e quinto isomero sono stati ottenuti quasi 100 anni dopo che la struttura del benzene era stata stabilita). L'ultimo isomero molto probabilmente non sarà mai ottenuto. Presentato come un esagono, è il meno probabile, le sue deformazioni portano a strutture a forma di prisma obliquo, stella a tre raggi, piramide incompleta e doppia piramide (un ottaedro incompleto). Ognuna di queste opzioni contiene legami C-C molto diversi o angoli di legame fortemente distorti (Fig. 9):
Le trasformazioni chimiche, a seguito delle quali gli isomeri strutturali vengono convertiti l'uno nell'altro, sono chiamate isomerizzazione.stereoisomeria nasce da posizione diversa atomi nello spazio con lo stesso ordine di legami tra loro. Uno dei tipi di stereoisomeria è l'isomerismo cis-trans (cis
lat . un lato, tradlat . attraverso, su lati opposti) si osserva in composti contenenti più legami o cicli piatti. A differenza di un legame singolo, un legame multiplo non consente ai singoli frammenti della molecola di ruotare attorno ad esso. Per determinare il tipo di isomero, viene disegnato mentalmente un piano attraverso il doppio legame e quindi viene analizzato il modo in cui i sostituenti sono posizionati rispetto a questo piano. Se gruppi identici si trovano sullo stesso lato dell'aereo, allora questocis -isomero, se su lati oppostitrance-isomero:
Proprietà fisiche e chimiche
cis- E trance -isomeri a volte differiscono notevolmente, nell'acido maleico i gruppi carbossilici COOH sono spazialmente vicini, possono reagire (Fig. 11), formando anidride maleica (per l'acido fumarico, questa reazione non si verifica):
Riso. 13. Isomeri del complesso di cobaltoIl secondo tipo di isomerismo ottico di stereoisomeria si verifica quando due isomeri (secondo la definizione formulata in precedenza, due molecole che non sono compatibili nello spazio) sono riflesso speculare l'un l'altro. Le molecole che possono essere rappresentate come un singolo atomo di carbonio con quattro diversi sostituenti hanno questa proprietà. Le valenze dell'atomo di carbonio centrale legato a quattro sostituenti sono dirette verso i vertici del tetraedro regolare del tetraedro mentale (cm. ORBITALE) e sono rigidamente fissati. Quattro diversi sostituenti sono mostrati in Fig. 14 a forma di quattro palline con colori diversi:
L'isomerismo ottico si manifesta non solo nel caso di un atomo asimmetrico, ma si realizza anche in alcune molecole quadro in presenza di un certo numero di sostituenti diversi. Ad esempio, il telaio dell'idrocarburo adamantano, che ha quattro diversi sostituenti (Fig. 17), può avere un isomero ottico, mentre l'intera molecola svolge il ruolo di un centro asimmetrico, che diventa ovvio se il telaio dell'adamantano è contratto mentalmente in un punto. Analogamente anche il silossano, che ha una struttura cubica (Fig. 17), diventa otticamente attivo nel caso di quattro diversi sostituenti:
Riso. 17. Molecole quadro otticamente attiveSono possibili varianti quando la molecola non contiene un centro asimmetrico anche in forma latente, ma può essere essa stessa generalmente asimmetrica, mentre sono possibili anche isomeri ottici. Ad esempio, in un composto complesso di berillio, due frammenti ciclici si trovano in piani reciprocamente perpendicolari, in questo caso sono sufficienti due sostituenti diversi per ottenere un isomero ottico (Fig. 18). Per la molecola di ferrocene, che ha la forma di un prisma a cinque facce, sono necessari tre sostituenti per lo stesso scopo, l'atomo di idrogeno in questo caso svolge il ruolo di uno dei sostituenti (Fig. 18):
Riso. 18. Isomeria ottica di molecole asimmetricheNella maggior parte dei casi, la formula strutturale di un composto consente di capire esattamente cosa dovrebbe essere cambiato in esso per rendere la sostanza otticamente attiva. Quando si sintetizzano stereoisomeri otticamente attivi, si ottiene solitamente una miscela di composti destrogiri e levogiri. La separazione degli isomeri viene effettuata facendo reagire una miscela di isomeri con reagenti (spesso di origine naturale) contenenti un centro di reazione asimmetrico. Alcuni organismi viventi, inclusi i batteri, metabolizzano preferenzialmente gli isomeri mancini.
Attualmente sono stati sviluppati processi (chiamati sintesi asimmetrica) che consentono di ottenere intenzionalmente uno specifico isomero ottico.
Esistono reazioni che consentono di convertire un isomero ottico nel suo antipodo (
cm . CONVERSAZIONE WALDEN). Michail Levitsky LETTERATURA Slanina 3. Aspetti teorici del fenomeno dell'isomerismo in chimica , per. dal ceco, Mosca, Mir, 1984Hoffmann R. Un mondo così uguale e diverso . Mosca, Mir, 2001