Ďalším príkladom bola vínna a vínna kyselina, po štúdiu ktorých J. Berzelius tento pojem zaviedol izoméria a navrhol, že rozdiely vyplývajú z „rôzneho rozdelenia jednoduchých atómov v komplexnom atóme“ (t. j. molekule). Skutočné vysvetlenie izomérie sa dočkalo až v 2. polovici 19. storočia. na základe teórie chemickej štruktúry A. M. Butlerova (štrukturálna izoméria) a stereochemickej teórie J. G. van't Hoffa (priestorová izoméria).
Štrukturálna izoméria
Štrukturálna izoméria je výsledkom rozdielov v chemickej štruktúre. Tento typ zahŕňa:
Izoméria uhľovodíkového reťazca (uhlíkový skelet)
Izoméria uhlíkového skeletu v dôsledku odlišného poradia väzieb atómov uhlíka. Najjednoduchším príkladom je bután CH3-CH2-CH2-CH3 a izobután (CH3)3CH. DR. príklady: antracén a fenantrén (vzorce I a II), cyklobután a metylcyklopropán (III a IV).
Valenčná izoméria
Valenčná izoméria ( špeciálny druhštruktúrna izoméria), pri ktorej sa izoméry môžu navzájom premieňať iba v dôsledku prerozdelenia väzieb. Napríklad valenčné izoméry benzénu (V) sú bicyklohexa-2,5-dién (VI, "Dewarov benzén"), hranol (VII, "Ladenburgov benzén"), benzvalén (VIII).
Izoméria funkčných skupín
Líši sa povahou funkčnej skupiny. Príklad: Etanol (CH3-CH2-OH) a dimetyléter (CH3-0-CH3)
polohová izoméria
Typ štruktúrnej izomérie charakterizovaný rozdielom v polohe rovnakých funkčných skupín alebo dvojitých väzieb s rovnakým uhlíkovým skeletom. Príklad: kyselina 2-chlórbutánová a kyselina 4-chlórbutánová.
Priestorová izoméria (stereoizoméria)
Enantioméria (optická izoméria)
Priestorová izoméria (stereoizoméria) vzniká v dôsledku rozdielov v priestorovej konfigurácii molekúl, ktoré majú rovnakú chemickú štruktúru. Tento typ izoméru sa ďalej delí na enantioméry(optická izoméria) a diastereoméria.
Enantioméry (optické izoméry, zrkadlové izoméry) sú páry optických antipódov látok, ktoré sa vyznačujú opačným znamienkom a rovnakou veľkosťou rotácií roviny polarizácie svetla s identitou všetkých ostatných fyzikálnych a chemických vlastností (s výnimkou reakcií s inými opticky aktívne látky a fyzikálne vlastnosti v chirálnom prostredí). Nevyhnutným a dostatočným dôvodom pre vznik optických antipódov je priradenie molekuly a jednej z nasledujúcich bodových skupín symetrie C n, D n, T, O, I (Chiralita). Najčastejšie hovoríme o asymetrickom atóme uhlíka, to znamená o atóme spojenom so štyrmi rôznymi substituentmi, napríklad:
Iné atómy môžu byť tiež asymetrické, ako sú atómy kremíka, dusíka, fosforu a síry. Prítomnosť asymetrického atómu nie je jediným dôvodom pre enantioméry. Takže deriváty adamantanu (IX), ferocénu (X), 1,3-difenylallénu (XI), kyseliny 6,6"-dinitro-2,2"-difénovej (XII) majú optické antipódy. Dôvodom optickej aktivity poslednej zlúčeniny je atropoizoméria, to znamená priestorová izoméria spôsobená neprítomnosťou rotácie okolo jednoduchej väzby. Enantioméria sa objavuje aj v helikálnych konformáciách proteínov, nukleových kyselín, hexahelycénu (XIII).
(R)-, (S)- nomenklatúra optických izomérov (pravidlo pomenovania)
Štyrom skupinám pripojeným k asymetrickému atómu uhlíka C abcd je priradená odlišná seniorita zodpovedajúca sekvencii: a>b>c>d. V najjednoduchšom prípade je seniorita určená poradovým číslom atómu pripojeného k asymetrickému atómu uhlíka: Br(35), Cl(17), S(16), O(8), N(7), C(6). ), H(1).
Napríklad v kyseline brómchlóroctovej:
Seniorita substituentov na asymetrickom atóme uhlíka je nasledovná: Br(a), Cl(b), C skupiny COOH (c), H(d).
V butanole-2 je kyslík hlavným substituentom (a), vodík je nižším substituentom (d):
Je potrebné vyriešiť otázku substituentov CH3 a CH2CH3. V tomto prípade je seniorita určená poradovým číslom alebo počtom ďalších atómov v skupine. Prvenstvo zostáva pri etylovej skupine, keďže v nej je prvý atóm C spojený s ďalším atómom C (6) a s ďalšími atómami H (1), kým v metylovej skupine je uhlík spojený s tromi atómami H s poradovým číslom 1. Vo viac ťažké prípady pokračujte v porovnávaní všetkých atómov, kým nedosiahnu atómy s rôznymi sériovými číslami. Ak existujú dvojité alebo trojité väzby, potom sa atómy, ktoré sú k nim pripojené, považujú za dva a tri atómy. Skupina -COH sa teda považuje za C (O, O, H) a skupina -COOH sa považuje za C (O, O, OH); karboxylová skupina je staršia ako aldehydová skupina, pretože obsahuje tri atómy s poradovým číslom 8.
V D-glyceraldehyde je najvyššia skupina OH(a), nasledovaná CHO(b), CH20H(c) a H(d):
Ďalším krokom je určiť, či je usporiadanie skupín pravé, R (lat. rectus), alebo ľavé, S (lat. sinister). Pri prechode na zodpovedajúci model je orientovaný tak juniorská skupina(d) v perspektívnom vzorci sa ukázalo byť dole a potom pri pohľade zhora pozdĺž osi prechádzajúcej cez zatienenú plochu štvorstenu a skupiny (d). V skupine D-glyceraldehyd
nachádza sa v smere otáčania doprava, a preto má R-konfiguráciu:
(R)-glyceraldehyd
Na rozdiel od D,L nomenklatúry sú označenia (R)- a (S)-izomérov uzavreté v zátvorkách.
diastereoméria
σ-diastereoméria
Akákoľvek kombinácia priestorových izomérov, ktoré netvoria pár optických antipódov, sa považuje za diastereomérnu. Existujú σ a π-diastereoméry. σ-diasterioméry sa navzájom líšia v konfigurácii niektorých prvkov chirality, ktoré obsahujú. Takže diasterioméry sú kyselina (+)-vínna a kyselina mezovínna, D-glukóza a D-manóza, napríklad:
Pre niektoré typy diastereomérie sa zaviedli špeciálne označenia, napríklad treo- a erytro-izoméry sú diastereoméria s dvoma asymetrickými atómami uhlíka a medzerami, usporiadanie substituentov na týchto atómoch pripomína zodpovedajúce treózy (príbuzné substituenty sú na opačné strany vo Fisherových projekčných vzorcoch) a erytróza (zástupcovia - na jednej strane):
Erytro izoméry, ktorých asymetrické atómy sú viazané na rovnaké substituenty, sa nazývajú mezoformy. Na rozdiel od ostatných σ-diastereomérov sú opticky neaktívne v dôsledku intramolekulárnej kompenzácie príspevkov k rotácii roviny polarizácie svetla dvoch identických asymetrických centier opačnej konfigurácie. Páry diastereomérov, ktoré sa líšia konfiguráciou jedného z niekoľkých asymetrických atómov, sa nazývajú epiméry, napríklad:
Pojem "anoméry" sa týka páru diastereomérnych monosacharidov líšiacich sa konfiguráciou glykozidického atómu v cyklickej forme, napríklad a-D- a p-D-glukóza sú anomérne.
π-diastereoméria (geometrická izoméria)
π-diasterioméry, nazývané aj geometrické izoméry, sa navzájom líšia rôznym priestorovým usporiadaním substituentov vzhľadom na rovinu dvojitej väzby (najčastejšie C=C a C=N) alebo kruhu. Patria sem napríklad kyseliny maleínová a fumarová (vzorce XIV a XV), (E)- a (Z)-benzaldoxímy (XVI a XVII), cis- a trans-1,2-dimetylcyklopentány (XVIII a XIX) .
konformátory. Tautoméry
Tento jav je neoddeliteľne spojený s teplotnými podmienkami jeho pozorovania. Napríklad chlórcyklohexán pri teplote miestnosti existuje vo forme rovnovážnej zmesi dvoch konformérov - s ekvatoriálnou a axiálnou orientáciou atómu chlóru:
Pri mínus 150 °C je však možné izolovať individuálnu a-formu, ktorá sa za týchto podmienok správa ako stabilný izomér.
Na druhej strane, zlúčeniny, ktoré sú za normálnych podmienok izomérmi, sa môžu ukázať ako tautoméry v rovnováhe so zvyšujúcou sa teplotou. Napríklad 1-brómpropán a 2-brómpropán sú štruktúrne izoméry, ale keď teplota stúpne na 250 °C, vytvorí sa medzi nimi rovnováha, ktorá je charakteristická pre tautoméry.
Izoméry, ktoré sa navzájom transformujú pri teplotách pod izbovou teplotou, možno považovať za netuhé molekuly.
Existencia konformérov sa niekedy označuje ako "rotačná izoméria". Medzi diénmi sa rozlišujú s-cis- a s-trans izoméry, ktoré sú v podstate konformérmi vznikajúcimi rotáciou okolo jednoduchej (s-jednoduchej) väzby:
Izoméria je charakteristická aj pre koordinačné zlúčeniny. Takže zlúčeniny, ktoré sa líšia spôsobom koordinácie ligandov (ionizačná izoméria), sú izomérne, napríklad sú izomérne:
SO 4 - a + Br -
Tu v podstate existuje analógia so štruktúrnou izomériou Organické zlúčeniny.
Chemické transformácie, v dôsledku ktorých sa štruktúrne izoméry navzájom premieňajú, sa nazývajú izomerizácia. Takéto procesy sú dôležité v priemysle. Takže napríklad izomerizácia normálnych alkánov na izoalkány sa vykonáva na zvýšenie oktánového čísla motorových palív; pentán izomerizovaný na izopentán pre následnú dehydrogenáciu na izoprén. Izomerizácia sú tiež intramolekulárne preskupenia, z ktorých veľký význam má napríklad premenu cyklohexanónoxímu na kaprolaktám, surovinu na výrobu kaprónu.
Proces vzájomnej premeny enantiomérov sa nazýva racemizácia: vedie k zániku optickej aktivity v dôsledku tvorby ekvimolárnej zmesi (-)- a (+)-foriem, teda racemátu. Vzájomná konverzia diastereomérov vedie k vytvoreniu zmesi, v ktorej prevláda termodynamicky stabilnejšia forma. V prípade π-diastereomérov je to zvyčajne trans forma. Vzájomná premena konformačných izomérov sa nazýva konformačná rovnováha.
Fenomén izomérie vo veľkej miere prispieva k rastu počtu známych (a v ešte väčšej miere potenciálne možných) zlúčenín. Možný počet štruktúrnych izomérnych decylalkoholov je teda viac ako 500 (známych je asi 70), medzier, izomérov je tu viac ako 1500.
Počas kurzu dostanete Všeobecná myšlienka o typoch izomérie, naučte sa, čo je izomér. Prečítajte si o typoch izomérie v organická chémia: štrukturálne a priestorové (stereoizoméria). Pomocou štruktúrnych vzorcov látok zvážte poddruhy štruktúrnej izomérie (kostrová a polohová izoméria), zoznámte sa s rôznymi druhmi priestorovej izomérie: geometrická a optická.
Téma: Úvod do organickej chémie
Lekcia: Izomizmus. Typy izomérie. Štrukturálna izoméria, geometrická, optická
Typy vzorcov, ktoré sme uvažovali skôr, popisujúce organické látky, ukazujú, že jednému molekulovému vzorcu môže zodpovedať niekoľko rôznych štruktúrnych vzorcov.
Napríklad molekulový vzorec C2H6O korešpondovať dve látky s rôznymi štruktúrnymi vzorcami - etanol a dimetyléter. Ryža. 1.
Etylalkohol, kvapalina, ktorá reaguje s kovovým sodíkom za uvoľnenia vodíka, vrie pri +78,5 0 C. Za rovnakých podmienok vrie pri -23 0 C dimetyléter, plyn nereagujúci so sodíkom.
Tieto látky sa líšia svojou štruktúrou - rôzne látky zodpovedá rovnakému molekulovému vzorcu.
Ryža. 1. Medzitriedna izoméria
Fenomén existencie látok s rovnakým zložením, ale odlišnou štruktúrou, a teda odlišnými vlastnosťami, sa nazýva izoméria (od Grécke slová"isos" - "rovná sa" a "meros" - "časť", "podiel").
Typy izomérie
Existovať odlišné typy izoméria.
Štrukturálna izoméria je spojená s iné poradie spojenie atómov v molekule.
Etanol a dimetyléter sú štruktúrne izoméry. Keďže patria do rôznych tried organických zlúčenín, tento typ štruktúrnej izomérie sa nazýva aj medzitriedne . Ryža. 1.
Štrukturálne izoméry môžu byť v rovnakej triede zlúčenín, napríklad vzorec C5H12 zodpovedá trom rôznym uhľovodíkom. Toto izoméria uhlíkového skeletu. Ryža. 2.
Ryža. 2 Príklady látok - štruktúrne izoméry
Existujú štruktúrne izoméry s rovnakým uhlíkovým skeletom, ktoré sa líšia polohou viacnásobných väzieb (dvojitých a trojitých) alebo atómov, ktoré nahrádzajú vodík. Tento druh štruktúrnej izomérie sa nazýva polohová izoméria.
Ryža. 3. Štrukturálna pozičná izoméria
V molekulách obsahujúcich iba jednoduché väzby je pri izbovej teplote možná takmer voľná rotácia fragmentov molekuly okolo väzieb a napríklad všetky obrázky vzorcov 1,2-dichlóretánu sú ekvivalentné. Ryža. 4
Ryža. 4. Poloha atómov chlóru okolo jednoduchej väzby
Ak je rotácia ťažká, napríklad v cyklickej molekule alebo s dvojitou väzbou, potom geometrická alebo cis-trans izoméria. V cis izoméroch sú substituenty na rovnakej strane roviny kruhu alebo dvojitej väzby, v trans izoméroch sú na opačných stranách.
Cis-trans izoméry existujú, keď dve rôzne námestník. Ryža. 5.
Ryža. 5. Cis a trans izoméry
Iný typ izomérie vzniká v dôsledku skutočnosti, že atóm uhlíka so štyrmi jednoduchými väzbami tvorí so svojimi substituentmi priestorovú štruktúru - štvorsten. Ak má molekula aspoň jeden atóm uhlíka naviazaný na štyri rôzne substituenty, optická izoméria. Takéto molekuly sa nezhodujú s ich zrkadlovým obrazom. Táto vlastnosť sa nazýva chiralita – z gréčtiny shier- "ruka". Ryža. 6. Optická izoméria je charakteristická pre mnohé molekuly, ktoré tvoria živé organizmy.
|
|
|
Ryža. 6. Príklady optických izomérov
Optická izoméria sa tiež nazýva enantioméry (z gréčtiny enantios- "opačný" a meros- "časť") a optické izoméry - enantioméry . Enantioméry sú opticky aktívne, otáčajú rovinu polarizácie svetla o rovnaký uhol, ale v opačných smeroch: d- alebo (+)-izomér, - vpravo, l- alebo (-)-izomér, - doľava. Nazýva sa zmes rovnakých množstiev enantiomérov racemát, je opticky neaktívna a je označená symbolom d,l- alebo (±).
Zhrnutie lekcie
Počas lekcie ste získali všeobecnú predstavu o typoch izomérie, čo je izomér. Dozvedeli sme sa o typoch izomérie v organickej chémii: štruktúrnej a priestorovej (stereoizoméria). Pomocou štruktúrnych vzorcov látok sme zvažovali poddruhy štruktúrnej izomérie (kostrová a polohová izoméria), zoznámili sme sa s odrodami priestorovej izomérie: geometrickou a optickou.
Bibliografia
1. Rudzitis G.E. Chémia. Základy všeobecná chémia. 10. ročník: učebnica pre vzdelávacie inštitúcie: základná úroveň/ G. E. Rudzitis, F.G. Feldman. - 14. vydanie. - M.: Vzdelávanie, 2012.
2. Chémia. 10. ročník Úroveň profilu: učebnica. pre všeobecné vzdelanie inštitúcie / V.V. Eremin, N.E. Kuzmenko, V.V. Lunin a ďalší - M.: Drofa, 2008. - 463 s.
3. Chémia. 11. ročník Úroveň profilu: učebnica. pre všeobecné vzdelanie inštitúcie / V.V. Eremin, N.E. Kuzmenko, V.V. Lunin a ďalší - M.: Drofa, 2010. - 462 s.
4. Khomchenko G.P., Khomchenko I.G. Zbierka úloh z chémie pre tých, ktorí vstupujú na univerzity. - 4. vyd. - M.: RIA "Nová vlna": Vydavateľstvo Umerenkov, 2012. - 278 s.
Domáca úloha
1. č. 1,2 (s. 39) Rudzitis G.E. Chémia. Základy všeobecnej chémie. 10. ročník: učebnica pre vzdelávacie inštitúcie: základná úroveň / G. E. Rudzitis, F.G. Feldman. - 14. vydanie. - M.: Vzdelávanie, 2012.
2. Prečo je počet izomérov v uhľovodíkoch etylénového radu väčší ako v nasýtených uhľovodíkoch?
3. Ktoré uhľovodíky majú priestorové izoméry?
1. Štrukturálna izoméria.
2. Konformačná izoméria.
3. Geometrická izoméria.
4. Optická izoméria.
izoméry sú látky, ktoré majú rovnaké zloženie a molekulovú hmotnosť, ale odlišné fyzikálne a chemické vlastnosti. Rozdiely vo vlastnostiach izomérov sú spôsobené rozdielmi v ich chemickej alebo priestorovej štruktúre. V tomto ohľade existujú dva typy izomérie.
izoméria
štrukturálne
priestorové
uhlíková kostra
Konfigurácia
konformačné
Pozícia funkcionára
Optické
Medzitrieda
Geometrické
1. Štrukturálna izoméria
Štrukturálne izoméry sa líšia chemickou štruktúrou, t.j. povaha a postupnosť väzieb medzi atómami v molekule. Štrukturálne izoméry sa izolujú v čistej forme. Existujú ako jednotlivé, stabilné látky, ich vzájomná premena vyžaduje vysokú energiu – cca 350 – 400 kJ/mol. V dynamickej rovnováhe sú iba štruktúrne izoméry, tautoméry. Tautoméria je bežný jav v organickej chémii. Je to možné s prenosom mobilného atómu vodíka v molekule (karbonylové zlúčeniny, amíny, heterocykly atď.), intramolekulárne interakcie (sacharidy).
Všetky štruktúrne izoméry sú prezentované vo forme štruktúrnych vzorcov a pomenované podľa nomenklatúry IUPAC. Napríklad zloženie C4H8O zodpovedá štruktúrnym izomérom:
A)s rôznou uhlíkovou kostrou
nerozvetvený C-reťazec - CH3-CH2-CH2-CH \u003d O (butanal, aldehyd) a
rozvetvený C-reťazec -
(2-metylpropanal, aldehyd) alebo
cyklus - 
(cyklobutanol, cyklický alkohol);
b)s iným postavením funkčnej skupiny
butanón-2, ketón;
V)s odlišné zloženie funkčná skupina
3-butenol-2, nenasýtený alkohol;
G)metamerizmus
Heteroatóm funkčnej skupiny môže byť zahrnutý v uhlíkovom skelete (cykle alebo reťazci). Jedným z možných izomérov tohto typu izomérie je CH3-0-CH2-CH \u003d CH2 (3-metoxypropén-1, jednoduchý éter);
e)tautoméria (keto-enol)
enolovej forme 
keto forme
Tautoméry sú v dynamickej rovnováhe, pričom v zmesi prevláda stabilnejšia forma, keto forma.
Pri aromatických zlúčeninách sa štrukturálna izoméria zvažuje len pre bočný reťazec.
2. Priestorová izoméria (stereoizoméria)
Priestorové izoméry majú rovnakú chemickú štruktúru, líšia sa priestorovým usporiadaním atómov v molekule. Tento rozdiel vytvára rozdiel vo fyzikálnych a chemických vlastnostiach. Priestorové izoméry sú znázornené ako rôzne projekcie alebo stereochemické vzorce. Odvetvie chémie, ktoré študuje priestorovú štruktúru a jej vplyv na fyzikálne a chemické vlastnosti zlúčenín, na smer a rýchlosť ich reakcií, sa nazýva stereochémia.
A)Konformačná (rotačná) izoméria
Bez zmeny väzbových uhlov alebo dĺžok väzieb si možno predstaviť množstvo geometrických tvarov (konformácií) molekuly, ktoré sa navzájom líšia vzájomnou rotáciou uhlíkových štvorstenov okolo väzby σ-C-C, ktorá ich spája. V dôsledku takejto rotácie vznikajú rotačné izoméry (konforméry). Energia rôznych konformérov nie je rovnaká, ale energetická bariéra oddeľujúca rôzne konformačné izoméry je pre väčšinu organických zlúčenín malá. Preto za normálnych podmienok spravidla nie je možné fixovať molekuly v jednej presne definovanej konformácii. Zvyčajne niekoľko konformačných izomérov koexistuje v rovnováhe.
Zobrazovacie metódy a nomenklatúra izomérov sa môžu zvážiť na príklade molekuly etánu. Preto je možné predvídať existenciu dvoch konformácií, ktoré sa čo najviac líšia v energii, ktoré môžu byť reprezentované ako perspektívne projekcie(1) („píly“) alebo výčnelky Nový človek(2):
sťažená konformácia zakrytá konformácia
V perspektívnej projekcii (1) si C-C spojenie treba predstaviť ako idúce do diaľky; atóm uhlíka stojaci vľavo je blízko pozorovateľa, vpravo stojaci je z neho odstránený.
V Newmanovej projekcii (2) sa molekula uvažuje pozdĺž C-C spojenia. Tri čiary rozbiehajúce sa v uhle 120 o od stredu kruhu označujú väzby atómu uhlíka najbližšie k pozorovateľovi; čiary "vyčnievajúce" spoza kruhu sú väzby vzdialeného atómu uhlíka.
Konformácia zobrazená vpravo sa nazýva zastreté . Tento názov pripomína skutočnosť, že atómy vodíka oboch skupín CH3 sú oproti sebe. Tienená konformácia má zvýšenú vnútornú energiu, a preto je nepriaznivá. Konformácia zobrazená vľavo sa nazýva inhibované , čo znamená, že voľná rotácia okolo väzby C-C sa v tejto polohe "spomalí", t.j. molekula existuje prevažne v tejto konformácii.
Minimálna energia potrebná na úplnú rotáciu molekuly okolo konkrétnej väzby sa nazýva rotačná bariéra pre túto väzbu. Rotačná bariéra v molekule, ako je etán, môže byť vyjadrená ako zmena potenciálnej energie molekuly ako funkcia zmeny dihedrálneho (torzného - τ) uhla systému. Energetický profil rotácie okolo väzby C-C v etáne je znázornený na obrázku 1. Rotačná bariéra oddeľujúca dve formy etánu je približne 3 kcal/mol (12,6 kJ/mol). Minimá krivky potenciálnej energie zodpovedajú bráneným konformáciám, maximá zodpovedajú zakrytým konformáciám. Keďže pri izbovej teplote môže energia niektorých zrážok molekúl dosiahnuť 20 kcal / mol (asi 80 kJ / mol), táto bariéra 12,6 kJ / mol je ľahko prekonaná a rotácia v etáne sa považuje za voľnú. V zmesi všetkých možných konformácií prevládajú bránené konformácie.
Obr.1. Diagram potenciálnej energie etánových konformácií.
Pre zložitejšie molekuly sa zvyšuje počet možných konformácií. Áno, pre n-bután môže byť znázornený už v šiestich konformáciách, ktoré vznikajú pri otáčaní centrálnej väzby C 2 - C 3 a líšia sa vzájomným usporiadaním skupín CH 3 . Rôzne zatemnené a bránené konformácie butánu sa líšia energiou. Sťažené konformácie sú energeticky priaznivejšie.
Energetický profil rotácie okolo väzby C2-C3 v butáne je znázornený na obrázku 2.
Obr.2. Diagram potenciálnej energie n-butánových konformácií.
Pre molekulu s dlhým uhlíkovým reťazcom sa zvyšuje počet konformačných foriem.
Molekuly alicyklických zlúčenín sa vyznačujú rôznymi konformačnými formami kruhu (napríklad pre cyklohexán kreslo, kúpeľ, krútiť-formy).
Takže konformácie sú rôzne priestorové formy molekuly, ktorá má určitú konfiguráciu. Konforméry sú stereoizomérne štruktúry, ktoré zodpovedajú energetickým minimám na diagrame potenciálnej energie, sú v mobilnej rovnováhe a sú schopné vzájomnej konverzie rotáciou okolo jednoduchých σ-väzieb.
Ak je bariéra takýchto transformácií dostatočne vysoká, potom je možné oddeliť stereoizomérne formy (príkladom sú opticky aktívne bifenyly). V takýchto prípadoch sa už nehovorí o konforméroch, ale o skutočne existujúcich stereoizoméroch.
b)geometrická izoméria
Geometrické izoméry vznikajú v dôsledku neprítomnosti v molekule:
1. rotácia atómov uhlíka voči sebe - dôsledok rigidity C=C dvojitej väzby alebo cyklickej štruktúry;
2. dve rovnaké skupiny na jednom uhlíkovom atóme dvojitej väzby alebo cyklu.
Geometrické izoméry, na rozdiel od konformérov, môžu byť izolované v čistej forme a existujú ako jednotlivé stabilné látky. Na ich vzájomnú premenu je potrebná vyššia energia - cca 125-170 kJ/mol (30-40 kcal/mol).
Existujú cis-trans-(Z,E) izoméry; cis- formy sú geometrické izoméry, v ktorých rovnaké substituenty ležia na jednej strane roviny π-väzby alebo cyklu, tranz- formy sa nazývajú geometrické izoméry, v ktorých rovnaké substituenty ležia na opačných stranách roviny π-väzby alebo kruhu.
Najjednoduchším príkladom sú izoméry buténu-2, ktorý existuje vo forme cis-, trans-geometrických izomérov:
cis-butén-2 trans-butén-2
teplota topenia
138,9 0 С - 105,6 0 С
teplotu varu
3,72 0 С 1,00 0 С
hustota
1,2-dichlórcyklopropán existuje vo forme cis-, trans-izomérov:
cis-1,2-dichlórcyklopropán trans-1,2-dichlórcyklopropán
V zložitejších prípadoch použite Z,E-nomenklatúra (názvoslovie Kanna, Ingolda, Preloga - KIP, nomenklatúra služobných rokov poslancov). V spojení
1-bróm-2-metyl-1-chlórbutén-1 (Br) (CI) C \u003d C (CH3) - CH2-CH3 všetky substituenty na atómoch uhlíka s dvojitou väzbou sú rôzne; preto táto zlúčenina existuje vo forme Z-, E- geometrických izomérov:
E-l-bróm-2-metyl-l-chlórbutén-lZ-l-bróm-2-metyl-l-chlórbutén-l.
Na označenie konfigurácie izoméru uveďte umiestnenie vyšších substituentov v dvojitej väzbe (alebo cykle) - Z- (z nemeckého Zusammen - spolu) alebo E- (z nemeckého Entgegen - opak).
V Z,E-systéme sú substituenty s vyšším atómovým číslom považované za staršie. Ak sú atómy priamo viazané na nenasýtené atómy uhlíka rovnaké, potom idú do „druhej vrstvy“, ak je to potrebné, do „tretej vrstvy“ atď.
V prvej projekcii sú staršie skupiny oproti dvojitej väzbe oproti sebe, takže ide o E izomér. V druhej projekcii sú staršie skupiny na rovnakej strane dvojitej väzby (spolu), takže ide o Z-izomér.
Geometrické izoméry sú v prírode široko rozšírené. Napríklad prírodné polyméry kaučuk (cis-izomér) a gutaperča (trans-izomér), prírodná kyselina fumárová (kyselina trans-buténdiová) a syntetická kyselina maleínová (kyselina cis-buténdiová), tuky obsahujú kyseliny cis-olejovú, linolovú, linolénovú .
V)Optická izoméria
Molekuly organických zlúčenín môžu byť chirálne a achirálne. Chiralita (z gréckeho cheir - ruka) - nezlučiteľnosť molekuly s jej zrkadlovým obrazom.
Chirálne látky sú schopné otáčať rovinu polarizácie svetla. Tento jav sa nazýva optická aktivita a zodpovedajúce látky - opticky aktívny. Opticky účinných látok stretnúť sa vo dvojici optické antipódy- izoméry, ktorých fyzikálne a chemické vlastnosti sú za normálnych podmienok rovnaké, s výnimkou jedného - znak rotácie polarizačnej roviny: jeden z optických antipódov vychyľuje polarizačnú rovinu doprava (+, pravotočivý izomér) , druhý - vľavo (-, ľavotočivý). Konfiguráciu optických antipódov je možné určiť experimentálne pomocou prístroja - polarimetra.
Optická izoméria sa objaví, keď molekula obsahuje asymetrický atóm uhlíka(pre chiralitu molekuly existujú aj iné dôvody). Toto je názov atómu uhlíka v sp 3 - hybridizácii a spojený so štyrmi rôznymi substituentmi. Sú možné dve tetraedrické usporiadania substituentov okolo asymetrického atómu. Zároveň sa nedajú spojiť dve priestorové formy žiadnou rotáciou; jeden z nich je zrkadlovým obrazom druhého:
Obe zrkadlové formy tvoria dvojicu optických antipódov resp enantioméry .
Znázornite optické izoméry vo forme projekčných vzorcov E. Fishera. Získavajú sa premietaním molekuly s asymetrickým atómom uhlíka. V tomto prípade je samotný asymetrický atóm uhlíka v rovine označený bodkou, symboly substituentov vyčnievajúcich pred rovinu obrázku sú vyznačené na vodorovnej čiare. Vertikálna čiara (prerušovaná alebo plná) označuje substituenty, ktoré sú odstránené z roviny obrázku. Nasledujú rôzne spôsoby, ako napísať vzorec projekcie zodpovedajúci ľavému modelu na predchádzajúcom obrázku:
V projekcii je hlavný uhlíkový reťazec znázornený vertikálne; hlavná funkcia, ak je na konci reťaze, je označená v hornej časti výstupku. Napríklad stereochemické a projekčné vzorce (+) a (-) alanínu - CH3 - * CH (NH2) -COOH sú nasledovné:
Zmes s rovnakým obsahom enantiomérov sa nazýva racemát. Racemát nemá žiadnu optickú aktivitu a vyznačuje sa fyzikálnymi vlastnosťami odlišnými od enantiomérov.
Pravidlá pre transformáciu projekčných vzorcov.
1. Vzorce možno otáčať v rovine kresby o 180 o bez zmeny ich stereochemického významu:
2. Dve (alebo akékoľvek párne číslo) permutácie substituentov na jednom asymetrickom atóme nemenia stereochemický význam vzorca:
3. Jedna (alebo akékoľvek nepárne číslo) permutácia substituentov v centre asymetrie vedie k optickému antipódovému vzorcu:
4. Otočením v rovine kresby o 90 sa vzorec zmení na antipód.
5. Rotácia akýchkoľvek troch substituentov v smere alebo proti smeru hodinových ručičiek nemení stereochemický význam vzorca:
6. Vzorce premietania nemožno odvodiť z roviny výkresu.
Organické zlúčeniny majú optickú aktivitu, v molekulách ktorých sú chirálnymi centrami aj ďalšie atómy, napríklad kremík, fosfor, dusík a síra.
Zlúčeniny s viacerými asymetrickými uhlíkmi existujú ako diastereoméry , t.j. priestorové izoméry, ktoré navzájom netvoria optické antipódy.
Diastereoméry sa navzájom líšia nielen optickou rotáciou, ale aj všetkými ostatnými fyzikálnymi konštantami: majú rôzne teploty topenia a varu, rôzne rozpustnosti atď.
Počet priestorových izomérov je určený Fisherovým vzorcom N=2n, kde n je počet asymetrických atómov uhlíka. Počet stereoizomérov sa môže znížiť v dôsledku čiastočnej symetrie vyskytujúcej sa v niektorých štruktúrach. Opticky neaktívne diastereoméry sa nazývajú meso-formy.
Nomenklatúra optických izomérov:
a) D-, L- nomenklatúra
Na určenie D- alebo L-série izoméru sa konfigurácia (poloha OH skupiny na asymetrickom atóme uhlíka) porovnáva s konfiguráciami enantiomérov glyceraldehydu (glycerolový kľúč):
L-glyceraldehyd D-glyceraldehyd
Použitie D-,L-názvoslovia je v súčasnosti obmedzené na tri triedy opticky aktívnych látok: sacharidy, aminokyseliny a hydroxykyseliny.
b) R -, S-nomenklatúra (nomenklatúra Kahna, Ingolda a Preloga)
Na určenie R (pravá) - alebo S (ľavá) - konfigurácia optického izoméru je potrebné usporiadať substituenty v štvorstene (stereochemický vzorec) okolo asymetrického atómu uhlíka tak, aby najnižší substituent (zvyčajne vodík) mal smer „od pozorovateľa“. Ak k prechodu ostatných troch substituentov zo seniorského na stredného a mladšieho v senioráte dôjde v smere hodinových ručičiek, ide o R-izomér (pokles seniority sa zhoduje s pohybom ruky pri písaní hornej časti písmena R). Ak dôjde k prechodu proti smeru hodinových ručičiek - je to S - izomér (pokles seniority sa zhoduje s pohybom ruky pri písaní hornej časti písmena S).
Na určenie R- alebo S-konfigurácie optického izoméru projekčným vzorcom je potrebné usporiadať substituenty párnym počtom permutácií tak, aby najmladší z nich bol v spodnej časti projekcie. Pokles seniority zvyšných troch substituentov v smere hodinových ručičiek zodpovedá R-konfigurácii, proti smeru hodinových ručičiek - S-konfigurácii.
Optické izoméry sa získavajú nasledujúcimi metódami:
a) izolácia z prírodných materiálov obsahujúcich opticky aktívne zlúčeniny, ako sú bielkoviny a aminokyseliny, sacharidy, mnohé hydroxykyseliny (vínna, jablčná, mandľová), terpénové uhľovodíky, terpénové alkoholy a ketóny, steroidy, alkaloidy atď.
b) štiepenie racemátov;
c) asymetrická syntéza;
d) biochemická výroba opticky aktívnych látok.
VIEŠ TO
Fenomén izomérie (z gréčtiny - isos - rôzne a meros - podiel, časť) bol otvorený v roku 1823. J. Liebig a F. Wöhler na príklade solí dvoch anorganických kyselín: kyánovej H-O-C≡N a fulminantnej H-O-N= C.
V roku 1830 J. Dumas rozšíril pojem izoméria na organické zlúčeniny.
V roku 1831 termín "izomér" pre organické zlúčeniny navrhol J. Berzelius.
Stereoizoméry prírodných zlúčenín sa vyznačujú rôznou biologickou aktivitou (aminokyseliny, sacharidy, alkaloidy, hormóny, feromóny, liečivé látky prírodného pôvodu atď.).
Prednášky pre študentov pediatrickej fakulty
Prednáška2
Téma: Priestorová štruktúra organických zlúčenín
Cieľ: oboznámenie sa s typmi štruktúrnej a priestorovej izomérie organických zlúčenín.
Plán:
Klasifikácia izomérie.
Štrukturálna izoméria.
Priestorová izoméria
Optická izoméria
Prvé pokusy o pochopenie štruktúry organických molekúl pochádzajú zo začiatku 19. storočia. Prvýkrát fenomén izomérie objavil J. Berzelius a A. M. Butlerov v roku 1861 navrhol teóriu chemickej štruktúry organických zlúčenín, ktorá vysvetlila fenomén izomérie.
Izoméria - existencia zlúčenín s rovnakým kvalitatívnym a kvantitatívnym zložením, ale odlišnou štruktúrou alebo ich umiestnením v priestore a samotné látky sa nazývajú izoméry.
Klasifikácia izomérov
Štrukturálne
(rôzne poradie spojenia atómov)
stereoizoméria
(rôzne usporiadanie atómov v priestore)
Viacnásobné pozície väzby
Funkčné skupinové pozície
Konfigurácia
Vyhovovať-
Štrukturálna izoméria.
Štrukturálne izoméry sú izoméry, ktoré majú rovnaké kvalitatívne a kvantitatívne zloženie, ale líšia sa chemickou štruktúrou.
Štrukturálna izoméria určuje rozmanitosť organických zlúčenín, najmä alkány. S nárastom počtu atómov uhlíka v molekulách alkánov rýchlo zvyšuje počet štruktúrnych izomérov. Takže pre hexán (C6H14) je to 5, pre nonán (C9H20) - 35.
Atómy uhlíka sa líšia svojou polohou v reťazci. Atóm uhlíka na začiatku reťazca je viazaný na jeden atóm uhlíka a je tzv primárny. Atóm uhlíka viazaný na dva atómy uhlíka sekundárne, s tromi terciárne, so štyrmi Kvartér. Molekuly alkánov s priamym reťazcom obsahujú iba primárne a sekundárne atómy uhlíka, zatiaľ čo molekuly alkánov s rozvetveným reťazcom obsahujú terciárne aj kvartérne atómy uhlíka.
Typy štruktúrnej izomérie.
Metaméry- zlúčeniny patriace do rovnakej triedy zlúčenín, ale s rôznymi radikálmi:
H3C-O-C3H7-metylpropyléter,
H5C2-0-C2H5-dietyléter
Medzitriedna izoméria. Pri rovnakom kvalitatívnom a kvantitatívnom zložení molekúl je štruktúra látok odlišná.
Napríklad: aldehydy sú izomérne s ketónmi:
Alkíny - alkadienam
H2C \u003d CH - CH \u003d CH2 butadién -1,3 HC \u003d C - CH2 - CH3 - butín-1
Štrukturálna izoméria tiež určuje diverzitu uhľovodíkových radikálov. Radikálová izoméria začína propánom, pre ktorý sú možné dva radikály. Ak sa atóm vodíka odoberie z primárneho atómu uhlíka, získa sa zvyšok propyl (n-propyl). Ak sa atóm vodíka odoberie zo sekundárneho atómu uhlíka, získa sa radikál izopropyl
-
izopropyl
CH2-CH2-CH3-propylPriestorová izoméria (stereoizoméria)
Ide o existenciu izomérov, ktoré majú rovnaké zloženie a poradie spojenia atómov, ale líšia sa povahou usporiadania atómov alebo skupín atómov v priestore voči sebe navzájom.
Tento typ izomérie opísali L. Pasteur (1848), J. van't Hoff, Le Bel (1874).
V reálnych podmienkach je samotná molekula a jej jednotlivé časti (atómy, skupiny atómov) v stave oscilačno-rotačného pohybu a tento pohyb veľmi mení vzájomné usporiadanie atómov v molekule. V tomto čase dochádza k naťahovaniu chemických väzieb a zmenám väzbových uhlov a tým vznikajú rôzne konfigurácie a konformácie molekúl.
Preto sa priestorové izoméry delia na dva typy: konformačné a konfiguračné.
Konfigurácie sú usporiadanie atómov v priestore bez zohľadnenia rozdielov, ktoré vznikajú v dôsledku rotácie okolo jednoduchých väzieb. Tieto izoméry existujú v rôznych konformáciách.
Konformácie sú veľmi nestabilné dynamické formy tej istej molekuly, ktoré vznikajú v dôsledku rotácie atómov alebo skupín atómov okolo jednoduchých väzieb, v dôsledku čoho atómy zaberajú rôzne priestorové polohy. Každá konformácia molekuly je charakterizovaná určitou konfiguráciou.
B-väzba umožňuje rotáciu okolo seba, takže jedna molekula môže mať veľa konformácií. Z mnohých konformácií sa berie do úvahy iba šesť, pretože za minimálny uhol natočenia sa považuje uhol rovný 60 °, ktorý sa nazýva torzný uhol.
Rozlišujte medzi zatienenými a bránenými konformáciami.
Tienená konformácia vzniká, ak sú rovnaké substituenty umiestnené v minimálnej vzdialenosti od seba a vznikajú medzi nimi vzájomné odpudivé sily a molekula musí mať veľkú zásobu energie, aby si túto konformáciu udržala. Táto konformácia je energeticky nepriaznivá.
sťažená konformácia - nastáva, keď sú rovnaké substituenty čo najďalej od seba a molekula má minimálnu energetickú rezervu. Táto konformácia je energeticky priaznivá.
P 
Prvá zlúčenina, o ktorej je známe, že má konformačné izoméry, je etán. Jeho štruktúra v priestore je reprezentovaná perspektívnym vzorcom alebo Newmanovým vzorcom:
S 2 H 6
zastretý inhibovaný
konformácia konformácia
Newmanove projekčné vzorce.
Najbližší atóm uhlíka je označený bodkou v strede kruhu, kruh znázorňuje vzdialený atóm uhlíka. Tri väzby každého atómu sú znázornené ako čiary vyžarujúce zo stredu kruhu - pre najbližší atóm uhlíka a malé - pre vzdialený atóm uhlíka.
V dlhých uhlíkových reťazcoch je možná rotácia okolo niekoľkých C - C väzieb. Preto môže celá reťaz nadobudnúť rôzne geometrické tvary. Podľa röntgenových údajov majú dlhé reťazce nasýtených uhľovodíkov cik-cak a kliešťovú konformáciu. Napríklad: kyselina palmitová (C 15 H 31 COOH) a stearová (C 17 H 35 COOH) v cikcak konformáciách sú súčasťou lipidov bunkových membrán a molekuly monosacharidov v roztoku majú konformáciu podobnú pazúrikom.
Konformácie cyklických zlúčenín
Cyklické zlúčeniny sú charakterizované uhlovým napätím spojeným s prítomnosťou uzavretého cyklu.
Ak považujeme cykly za ploché, potom sa u mnohých z nich väzbové uhly výrazne odchyľujú od normálneho. Napätie spôsobené odchýlkou väzbových uhlov medzi atómami uhlíka v cykle od normálnej hodnoty sa nazýva rohu alebo Bayer.
Napríklad v cyklohexáne sú atómy uhlíka v sp 3 - hybridnom stave a podľa toho by mal byť väzbový uhol rovný 109 asi 28 /. Ak by atómy uhlíka boli v rovnakej rovine, potom by v rovinnom cykle boli vnútorné väzbové uhly rovné 120 o a všetky atómy vodíka by boli v zákrytovej konformácii. Ale cyklohexán nemôže byť rovinný kvôli prítomnosti silných uhlových a torzných napätí. Má menej namáhané nerovinné konformácie v dôsledku čiastočnej rotácie okolo ϭ-väzieb, medzi ktorými sú konformácie stabilnejšie kreslá A kúpele.
Konformácia stoličky je energeticky najpriaznivejšia, pretože neobsahuje zakryté polohy atómov vodíka a uhlíka. Usporiadanie atómov H pre všetky atómy C je rovnaké ako v bránenej konformácii etánu. V tejto konformácii sú všetky atómy vodíka otvorené a dostupné pre reakcie.
Konformácia kúpeľa je energeticky menej priaznivá, pretože 2 páry atómov C (C-2 a C-3), (C-5 a C-6) ležiace na báze majú atómy H v zatemnenej konformácii, preto má táto konformácia veľké zásoby energie a nestabilné.
C6H12 cyklohexán
Tvar „kresla“ je energeticky priaznivejší ako „vaňa“.
Optická izoméria.
Na konci 19. storočia sa zistilo, že mnohé organické zlúčeniny sú schopné otáčať rovinu polarizovaného lúča doľava a doprava. To znamená, že svetelný lúč dopadajúci na molekulu interaguje s jej elektrónovými obalmi, pričom dochádza k polarizácii elektrónov, čo vedie k zmene smeru oscilácií v elektrické pole. Ak látka otáča rovinu kmitania v smere hodinových ručičiek, nazýva sa to pravotočivý(+), ak proti smeru hodinových ručičiek - ľavotočivý(-). Tieto látky sa nazývali optické izoméry. Opticky aktívne izoméry obsahujú asymetrický atóm uhlíka (chirálny) - ide o atóm obsahujúci štyri rôzne substituenty. Druhou dôležitou podmienkou je absencia všetkých typov symetrie (osi, roviny). Patria sem mnohé hydroxykyseliny a aminokyseliny
Štúdie ukázali, že takéto zlúčeniny sa líšia v poradí substituentov na atómoch uhlíka pri hybridizácii sp3.
P 
Najjednoduchšou zlúčeninou je kyselina mliečna (2-hydroxypropánová)
Stereoizoméry, ktorých molekuly sú navzájom spojené ako objekt a nekompatibilný zrkadlový obraz alebo ako ľavý a pravý pravá ruka volal enantioméry(optické izoméry, zrkadlové izoméry, antipódy a tento jav sa nazýva enantioméry. Všetky chemikálie a fyzikálne vlastnosti enantioméry sú rovnaké, až na dva: rotáciu roviny polarizovaného svetla (v polarimetrickom zariadení) a biologickú aktivitu.
Absolútna konfigurácia molekúl je určená zložitými fyzikálno-chemickými metódami.
Relatívna konfigurácia opticky aktívnych zlúčenín sa stanoví porovnaním s glyceraldehydovým štandardom. Opticky aktívne látky s konfiguráciou pravotočivého alebo ľavotočivého glyceraldehydu (M. Rozanov, 1906) sa nazývajú látky radu D a L. Rovnaká zmes pravých a ľavých izomérov jednej zlúčeniny sa nazýva racemát a je opticky neaktívna.
Štúdie ukázali, že znak rotácie svetla nemožno spájať s príslušnosťou látky k sérii D a L, určuje sa iba experimentálne v zariadeniach - polarimetroch. Napríklad kyselina L-mliečna má uhol rotácie +3,8 o, kyselina D-mliečna - 3,8 o.
Enantioméry sú znázornené pomocou Fisherových vzorcov.
Uhlíkový reťazec je znázornený ako zvislá čiara.
Najvyššia funkčná skupina je umiestnená hore, najmladšia je umiestnená nižšie.
Asymetrický atóm uhlíka je znázornený vodorovnou čiarou so substituentmi na koncoch.
Počet izomérov je určený vzorcom 2n, n je počet asymetrických atómov uhlíka.
L-rad D-rad
Medzi enantiomérmi môžu byť symetrické molekuly, ktoré nemajú optickú aktivitu a sú tzv mezoizoméry.
|
Napríklad: Vínny lístok |
|
D - (+) - riadok L - (-) - riadok |
Mezovinnaya to — to |
Racemát – kyselina hroznová
Optické izoméry, ktoré nie sú zrkadlovými izomérmi, líšia sa konfiguráciou niekoľkých, ale nie všetkých, asymetrických atómov C, ktoré majú rôzne fyzikálne a chemické vlastnosti, sa nazývajú - di-A-stereoizoméry.
-Diastereoméry (geometrické izoméry) sú stereoméry, ktoré majú v molekule -väzbu. Nachádzajú sa v alkénoch, nenasýtených vyšších karboxylových to-t, nenasýtených dikarboxylových to-t. Napríklad:
Cis-butén-2 trans-butén-2
Biologická aktivita organických vecí súvisí s ich štruktúrou. Napríklad:
Kyselina cis-buténdiová, kyselina trans-buténdiová,
kyselina maleínová - kyselina fumarová - netoxická,
veľmi toxické obsiahnuté v tele
Všetky prírodné nenasýtené vyššie karboxylové kyseliny sú cis-izoméry.
(gr. isos rovnaké, meros časť) jeden z najdôležitejšie pojmy v chémii, najmä v organickej chémii. Látky môžu mať rovnaké zloženie a molekulovú hmotnosť, ale rôzne štruktúry a zlúčeniny, ktoré obsahujú rovnaké prvky v rovnakom množstve, ale líšia sa priestorovým usporiadaním atómov alebo skupín atómov, sa nazývajú izoméry. Izoméria je jedným z dôvodov, prečo sú organické zlúčeniny také početné a rôznorodé.Izomerizmus bol prvýkrát objavený J. Liebigom v roku 1823, ktorý zistil, že strieborné soli fulminantných a izokyanových kyselín: Ag-O-N=C a Ag-N=C=O majú rovnaké zloženie, ale odlišné vlastnosti. V roku 1830 bol zavedený pojem „izomerizmus“.
I. Berzelius, ktorý navrhol, že rozdiely vo vlastnostiach zlúčenín rovnakého zloženia vznikajú v dôsledku skutočnosti, že atómy v molekule sú usporiadané v nerovnakom poradí. Myšlienky o izomérii sa nakoniec vytvorili až po stvoreníA.M. Butlerovteórie chemickej štruktúry (60. roky 19. storočia). Na základe tejto teórie navrhol, že musia existovať štyri rôzne butanoly (obr.1). V čase, keď bola vytvorená teória, iba jeden butanol (CH 3 ) 2 CHSN 2 OH, získané z rastlinných materiálov.Ryža. 1. Izoméry butanoluNásledná syntéza všetkých izomérov butanolu a stanovenie ich vlastností sa stali presvedčivým potvrdením teórie.Podľa modernej definície sa dve zlúčeniny rovnakého zloženia považujú za izoméry, ak ich molekuly nemožno v priestore spojiť tak, že sa úplne zhodujú. Kombinácia sa spravidla vykonáva mentálne, v zložitých prípadoch sa používajú priestorové modely alebo výpočtové metódy.
Existuje niekoľko príčin izomérie.
ŠTRUKTURÁLNA IZOMERIZMUS Je to spôsobené spravidla rozdielmi v štruktúre uhľovodíkového skeletu alebo nerovnakým usporiadaním funkčných skupín alebo násobných väzieb.Izoméria uhľovodíkového skeletu. Nasýtené uhľovodíky obsahujúce jeden až tri atómy uhlíka (metán, etán, propán) nemajú izoméry. Pre zlúčeninu so štyrmi atómami uhlíka C 4 N 10 (bután) sú možné dva izoméry, pre pentán C 5 N 12 tri izoméry, pre hexán C 6 H 14 päť (obr. 2):
V zložitých prípadoch sa o otázke, či sú dve zlúčeniny izoméry, rozhoduje pomocou rôznych rotácií okolo valenčných väzieb (jednoduché väzby to umožňujú, čo do určitej miery zodpovedá ich fyzikálnym vlastnostiam). Po pohybe jednotlivých fragmentov molekuly (bez prerušenia väzieb) je jedna molekula superponovaná na druhú (obr.
. 3). Ak sú dve molekuly úplne rovnaké, potom to nie sú izoméry, ale tá istá zlúčenina: Izoméry, ktoré sa líšia štruktúrou skeletu, majú zvyčajne rôzne fyzikálne vlastnosti (teplota topenia, teplota varu atď.), čo umožňuje oddeliť jeden od druhého. Izoméria tohto typu existuje aj v aromatických uhľovodíkoch (obr. 4):
Ryža. 4. Aromatické izoméryPozičná izoméria.
Iný druh štruktúrnej izomérie pozičná izoméria
nastáva, keď sú funkčné skupiny, jednotlivé heteroatómy alebo viacnásobné väzby umiestnené na rôznych miestach uhľovodíkového skeletu. Štrukturálne izoméry môžu patriť do rôznych tried organických zlúčenín, takže sa môžu líšiť nielen fyzikálne, ale aj chemické vlastnosti. Na obr. 5 ukazuje tri izoméry zlúčeniny C 3 H 8 Dva z nich sú alkohol a tretíéter 
Ryža. 5. Polohové izoméryČasto sú rozdiely v štruktúre polohových izomérov také zrejmé, že ich ani nie je potrebné mentálne v priestore spájať, napríklad izoméry buténu alebo dichlórbenzénu (obr. 6):
Ryža. 6. Izoméry buténu a dichlórbenzénuŠtrukturálne izoméry niekedy spájajú znaky izomérie uhľovodíkového skeletu a pozičnej izomérie (obr. 7).
Ryža. 8. Benzénové izoméryExistuje prvých päť uvedených izomérov (druhý, tretí, štvrtý a piaty izomér boli získané takmer 100 rokov po vytvorení štruktúry benzénu). Posledný izomér sa s najväčšou pravdepodobnosťou nikdy nezíska. Predstavený ako šesťuholník je najmenej pravdepodobný, jeho deformácie vedú k štruktúram v podobe šikmého hranola, trojlúčovej hviezdy, neúplnej pyramídy a dvojitej pyramídy (neúplného osemstenu). Každá z týchto možností obsahuje buď veľmi odlišné väzby C-C, alebo silne skreslené uhly väzby (obr. 9):
Chemické transformácie, v dôsledku ktorých sa štruktúrne izoméry navzájom premieňajú, sa nazývajú izomerizácia.stereoizoméria vzniká z iné umiestnenie atómov v priestore s rovnakým poradím väzieb medzi nimi. Jedným z typov stereoizomérie je cis-trans-izoméria (cis
lat . jedna strana, prekllat . cez, na opačných stranách) sa pozoruje v zlúčeninách obsahujúcich viacnásobné väzby alebo ploché cykly. Na rozdiel od jednoduchej väzby viacnásobná väzba neumožňuje rotáciu jednotlivých fragmentov molekuly okolo nej. Aby sa určil typ izoméru, rovina sa mentálne nakreslí cez dvojitú väzbu a potom sa analyzuje spôsob, akým sú substituenty umiestnené vzhľadom na túto rovinu. Ak sú rovnaké skupiny na rovnakej strane roviny, potom totocis -izomér, ak je na opačných stranáchtranz- izomér:
Fyzikálne a chemické vlastnosti
cis- A tranz -izoméry sa niekedy nápadne líšia, v kyseline maleínovej sú karboxylové skupiny COOH priestorovo blízko, môžu reagovať (obr. 11) za vzniku anhydridu kyseliny maleínovej (u kyseliny fumarovej k tejto reakcii nedochádza):
Ryža. 13. Izoméry kobaltového komplexuDruhý typ stereoizomérie optická izoméria nastáva, keď sú dva izoméry (v súlade s definíciou formulovanou skôr, dve molekuly, ktoré nie sú kompatibilné v priestore) zrkadlový odraz navzájom. Molekuly, ktoré môžu byť reprezentované ako jeden atóm uhlíka so štyrmi rôznymi substituentmi, majú túto vlastnosť. Valencie centrálneho atómu uhlíka viazaného na štyri substituenty smerujú k vrcholom pravidelného štvorstenu mentálneho štvorstenu (cm. ORBITÁLNY) a sú pevne upevnené. Štyri rôzne substituenty sú znázornené na obr. 14 vo forme štyroch guličiek s rôznymi farbami:
Optická izoméria vzniká nielen v prípade asymetrického atómu, ale je realizovaná aj v niektorých kostrových molekulách za prítomnosti určitého počtu rôznych substituentov. Napríklad rámový uhľovodíkový adamantán, ktorý má štyri rôzne substituenty (obr. 17), môže mať optický izomér, zatiaľ čo celá molekula hrá úlohu asymetrického centra, čo je zrejmé, ak sa rám adamantánu mentálne stiahne do bod. Podobne siloxán, ktorý má kubickú štruktúru (obr. 17), sa tiež stáva opticky aktívnym v prípade štyroch rôznych substituentov:
Ryža. 17. Opticky aktívne kostrové molekulyVarianty sú možné, keď molekula neobsahuje asymetrické centrum ani v latentnej forme, ale môže byť sama osebe všeobecne asymetrická, pričom sú možné aj optické izoméry. Napríklad v komplexnej zlúčenine berýlia sú dva cyklické fragmenty umiestnené vo vzájomne kolmých rovinách, v tomto prípade na získanie optického izoméru stačia dva rôzne substituenty (obr. 18). Pre molekulu ferocénu, ktorá má tvar päťstranného hranola, sú na rovnaký účel potrebné tri substituenty, atóm vodíka v tomto prípade zohráva úlohu jedného zo substituentov (obr. 18):
Ryža. 18. Optická izoméria asymetrických molekúlVo väčšine prípadov štruktúrny vzorec zlúčeniny umožňuje pochopiť, čo presne by sa v nej malo zmeniť, aby sa látka stala opticky aktívnou. Pri syntéze opticky aktívnych stereoizomérov sa zvyčajne získa zmes pravotočivých a ľavotočivých zlúčenín. Separácia izomérov sa uskutočňuje reakciou zmesi izomérov s činidlami (často prírodného pôvodu) obsahujúcimi asymetrické reakčné centrum. Niektoré živé organizmy, vrátane baktérií, prednostne metabolizujú ľavotočivé izoméry.
V súčasnosti boli vyvinuté procesy (nazývané asymetrická syntéza), ktoré umožňujú cielene získať špecifický optický izomér.
Existujú reakcie, ktoré umožňujú premeniť optický izomér na jeho antipód (
cm . WALDENSKÝ ROZHOVOR). Michail Levický LITERATÚRA Slanina 3. Teoretické aspekty fenoménu izomérie v chémii , za. z Česka, Moskva, Mir, 1984Hoffman R. Taký rovnaký a rôznorodý svet . Moskva, Mir, 2001