Başka bir örnek, J. Berzelius'un bu terimi tanıttığı çalışmasından sonra tartarik ve tartarik asitlerdi. izomerizm ve farklılıkların "basit atomların karmaşık bir atomdaki farklı dağılımından" (yani bir molekülden) kaynaklandığını öne sürdü. İzomerizmin gerçek açıklaması ancak 19. yüzyılın 2. yarısında alındı. A. M. Butlerov'un kimyasal yapı teorisine (yapısal izomerizm) ve J. G. van't Hoff'un stereokimyasal teorisine (uzaysal izomerizm) dayanmaktadır.
yapısal izomerizm
Yapısal izomerizm, kimyasal yapıdaki farklılıkların sonucudur. Bu tür şunları içerir:
Hidrokarbon zincirinin izomerizmi (karbon iskeleti)
Karbon atomlarının farklı bağlanma sırasına bağlı olarak karbon iskeletinin izomerizmi. En basit örnek, bütan CH3-CH2-CH2-CH3 ve izobütan (CH3)3CH'dir. Dr. örnekler: antrasen ve fenantren (sırasıyla formül I ve II), siklobütan ve metilsiklopropan (III ve IV).
değerlik izomerizmi
değerlik izomerizmi ( özel çeşit izomerlerin yalnızca bağların yeniden dağıtılması nedeniyle birbirine dönüştürülebildiği yapısal izomerizm). Örneğin, benzenin (V) değerlik izomerleri bisiklohekza-2,5-dien (VI, "Dewar benzeni"), prizman (VII, "Ladenburg benzeni"), benzvalendir (VIII).
fonksiyonel grup izomerizmi
Fonksiyonel grubun doğasında farklılık gösterir. Örnek: Etanol (CH3-CH2-OH) ve Dimetil eter (CH3-O-CH3)
konum izomerizmi
Aynı fonksiyonel grupların veya aynı karbon iskeletine sahip çift bağların pozisyonundaki bir farkla karakterize edilen bir tür yapısal izomerizm. Örnek: 2-klorobütanoik asit ve 4-klorobütanoik asit.
Mekansal izomerizm (stereoizomerizm)
Enantiyomerizm (optik izomerizm)
Uzaysal izomerizm (stereoizomerizm), aynı kimyasal yapıya sahip moleküllerin uzaysal konfigürasyonundaki farklılıkların bir sonucu olarak ortaya çıkar. Bu izomer türü alt bölümlere ayrılmıştır. enantiyomerler(optik izomerizm) ve diastereomerizm.
Enantiyomerler (optik izomerler, ayna izomerler), diğer tüm fiziksel ve kimyasal özelliklerin kimliğiyle (diğerleriyle reaksiyonlar hariç) ışığın polarizasyon düzleminin büyüklük açısından eşit ve zıt işaretlerle karakterize edilen maddelerin optik antipod çiftleridir. kiral bir ortamda optik olarak aktif maddeler ve fiziksel özellikler). Optik antipodların ortaya çıkması için gerekli ve yeterli bir sebep, bir molekülün ve aşağıdaki C nokta simetri gruplarından birinin atanmasıdır. n, D n, T, O, I (Kiralite). Çoğu zaman asimetrik bir karbon atomundan, yani dört farklı ikame ediciyle ilişkili bir atomdan bahsediyoruz, örneğin:
Silisyum, nitrojen, fosfor ve kükürt atomları gibi diğer atomlar da asimetrik olabilir. Asimetrik bir atomun varlığı, enantiyomerlerin tek nedeni değildir. Yani adamantan (IX), ferrosen (X), 1,3-difenilallen (XI), 6,6"-dinitro-2,2"-difenik asit (XII) türevleri optik antipodlara sahiptir. Sonuncu bileşiğin optik aktivitesinin nedeni atropizomerizmdir, yani tek bir bağ etrafında dönme eksikliğinden kaynaklanan uzamsal izomerizmdir. Enantiyomerizm ayrıca proteinlerin, nükleik asitlerin, heksahelysenin (XIII) sarmal yapılarında da görülür.
(R)-, (S)- optik izomerlerin terminolojisi (adlandırma kuralı)
Asimetrik karbon atomu C abcd'ye bağlı dört gruba, diziye karşılık gelen farklı kıdem atanır: a>b>c>d. En basit durumda, kıdem, asimetrik karbon atomuna bağlı atomun seri numarası ile belirlenir: Br(35), Cl(17), S(16), O(8), N(7), C(6) ), H(1) .
Örneğin, bromokloroasetik asitte:
Asimetrik karbon atomundaki sübstitüentlerin kıdemliliği şu şekildedir: Br(a), Cl(b), COOH grubunun C'si (c), H(d).
Butanol-2'de, oksijen kıdemli ikame edicidir (a), hidrojen küçük ikame edicidir (d):
CH3 ve CH2CH3 sübstitüentleri sorununu çözmek gerekir. Bu durumda kıdem, gruptaki diğer atomların seri numarası veya sayıları ile belirlenir. Öncelik etil grubunda kalır, çünkü içindeki ilk C atomu başka bir C (6) atomuna ve diğer H (1) atomlarına bağlanırken, metil grubunda karbon, seri numarası 1 olan üç H atomuna bağlanır. . Daha fazlası zor vakalar farklı seri numaralarına sahip atomlara ulaşana kadar tüm atomları karşılaştırmaya devam edin. Çift veya üçlü bağlar varsa, bunlara bağlı atomların sırasıyla iki ve üç atom olduğu kabul edilir. Böylece, -COH grubu C (O, O, H) olarak kabul edilir ve -COOH grubu C (O, O, OH) olarak kabul edilir; karboksil grubu, seri numarası 8 olan üç atom içerdiğinden aldehit grubundan daha eskidir.
D-gliseraldehitte OH(a) grubu en yüksektir, bunu CHO(b), CH2OH(c) ve H(d) takip eder:
Bir sonraki adım, grupların düzenlemesinin sağ, R (lat. rectus) veya sol, S (lat. sinister) olup olmadığını belirlemektir. Karşılık gelen modele geçilerek, şu şekilde yönlendirilir: genç grup(d) perspektifte formülün altta olduğu ortaya çıktı ve ardından tetrahedronun ve grubun (d) gölgeli yüzünden geçen eksen boyunca yukarıdan bakıldığında. D-gliseraldehit grubunda
sağa dönüş yönünde bulunur ve bu nedenle bir R-konfigürasyonuna sahiptir:
(R)-gliseraldehit
D,L terminolojisinin aksine, (R)- ve (S)-izomerleri parantez içine alınmıştır.
diastereomerizm
σ-diastereomerizm
Bir çift optik antipod oluşturmayan uzamsal izomerlerin herhangi bir kombinasyonu, diastereomerik olarak kabul edilir. σ ve π-diastereomerler vardır. σ-diasteriyomerler, içerdikleri bazı kiralite elementlerinin konfigürasyonunda birbirlerinden farklılık gösterir. Dolayısıyla diasteriomerler (+)-tartarik asit ve mezo-tartarik asit, D-glikoz ve D-mannozdur, örneğin:
Bazı diastereomerizm türleri için, özel tanımlamalar getirilmiştir, örneğin, üçlü ve eritroizomerler, iki asimetrik karbon atomu ve boşlukları olan bir diastereomerizmdir; Fisher'in projeksiyon formüllerinde zıt taraflar) ve eritroz ( vekiller - bir tarafta):
Asimetrik atomları aynı sübstitüentlere bağlı eritro izomerlere mezo formlar denir. Bunlar, diğer σ-diastereomerlerin aksine, zıt konfigürasyondaki iki özdeş asimetrik merkezin ışık polarizasyon düzleminin dönüşüne katkılarının molekül içi kompanzasyonu nedeniyle optik olarak inaktiftirler. Birkaç asimetrik atomdan birinin konfigürasyonunda farklılık gösteren diastereomer çiftlerine epimerler denir, örneğin:
"Anomerler" terimi, siklik formda glikosidik atomun konfigürasyonunda farklılık gösteren bir çift diastereomerik monosakarit anlamına gelir, örneğin a-D- ve β-D-glukoz anomeriktir.
π-diastereomerizm (geometrik izomerizm)
Geometrik izomerler olarak da adlandırılan π-diasteriomerler, çift bağ düzlemine (çoğunlukla C=C ve C=N) veya halkaya göre ikame edicilerin farklı uzamsal düzenlemelerinde birbirlerinden farklılık gösterir. Bunlar örneğin maleik ve fumarik asitleri (sırasıyla formül XIV ve XV), (E)- ve (Z)-benzaldoksimler (XVI ve XVII), cis- ve trans-1,2-dimetilsiklopentanları (XVIII ve XIX) içerir. .
uyumlular. totomerler
Bu fenomen, gözleminin sıcaklık koşullarıyla ayrılmaz bir şekilde bağlantılıdır. Bu nedenle, örneğin, oda sıcaklığında klorosikloheksan, klor atomunun ekvator ve eksenel yönelimleri ile iki konformerin bir denge karışımı formunda bulunur:
Bununla birlikte, eksi 150 °C'de, bu koşullar altında kararlı bir izomer gibi davranan ayrı bir a-formu izole edilebilir.
Öte yandan, normal koşullar altında izomer olan bileşikler, artan sıcaklıkla dengede tatomerler haline gelebilir. Örneğin, 1-bromopropan ve 2-bromopropan yapısal izomerlerdir, ancak sıcaklık 250 °C'ye yükseldiğinde aralarında tautomerlerin özelliği olan bir denge kurulur.
Oda sıcaklığının altındaki sıcaklıklarda birbirine dönüşen izomerler katı olmayan moleküller olarak kabul edilebilir.
Konformerlerin varlığı bazen "dönme izomerizmi" olarak adlandırılır. Dienler arasında, özünde basit (s-tek) bir bağ etrafında dönmeden kaynaklanan konformerler olan s-cis- ve s-trans izomerleri ayırt edilir:
İzomerizm ayrıca koordinasyon bileşiklerinin karakteristiğidir. Bu nedenle, ligandların koordinasyonu (iyonizasyon izomerizmi) bakımından farklılık gösteren bileşikler izomeriktir, örneğin izomeriktir:
SO4 - ve + Br -
Burada, özünde, yapısal izomerizm ile bir benzetme vardır. organik bileşikler.
Yapısal izomerlerin birbirine dönüştüğü kimyasal dönüşümlere izomerizasyon denir. Bu tür süreçler endüstride önemlidir. Örneğin, motor yakıtlarının oktan sayısını artırmak için normal alkanların izoalkanlara izomerizasyonu gerçekleştirilir; izoprene sonraki dehidrojenasyon için izopentana izomerleştirilmiş pentan. İzomerizasyon aynı zamanda molekül içi yeniden düzenlemelerdir. büyük önemörneğin, kapron üretimi için bir hammadde olan siklohekzanon oksimin kaprolaktama dönüştürülmesine sahiptir.
Enantiyomerlerin birbirine dönüşme işlemine rasemizasyon denir: (-)- ve (+)-formların eşmolar bir karışımının, yani bir rasematın oluşumunun bir sonucu olarak optik aktivitenin kaybolmasına yol açar. Diastereomerlerin birbirine dönüşümü, termodinamik olarak daha kararlı formun baskın olduğu bir karışımın oluşumuna yol açar. π-diastereomerler söz konusu olduğunda, genellikle trans formdur. Konformasyonel izomerlerin birbirine dönüşümüne konformasyonel denge denir.
İzomerizm fenomeni, bilinen (ve daha da büyük ölçüde potansiyel olarak olası) bileşiklerin sayısının artmasına büyük ölçüde katkıda bulunur. Dolayısıyla, olası yapısal izomerik desil alkol sayısı 500'den fazladır (yaklaşık 70 tanesi bilinmektedir), boşluklar, buradaki izomerler 1500'den fazladır.
Kurs sırasında alacağınız Genel fikir izomerizm türleri hakkında, bir izomerin ne olduğunu öğrenin. İzomerizm türleri hakkında bilgi edinin. organik Kimya: yapısal ve mekansal (stereoizomerizm). Maddelerin yapısal formüllerini kullanarak, yapısal izomerizmin alt türlerini (iskelet ve konumsal izomerizm) göz önünde bulundurun, mekansal izomerizm çeşitlerini öğrenin: geometrik ve optik.
Konu: Organik kimyaya giriş
Ders: İzomerizm. İzomerizm türleri. Yapısal izomerizm, geometrik, optik
Organik maddeleri tanımlayan daha önce ele aldığımız formül türleri, birkaç farklı yapısal formülün bir moleküler formüle karşılık gelebileceğini göstermektedir.
Örneğin, moleküler formül C2H6Ö karşılık iki madde farklı yapısal formüllerle - etanol ve dimetil eter. Pirinç. bir.
Metalik sodyum ile reaksiyona girerek hidrojen açığa çıkaran bir sıvı olan etil alkol +78,5 0 C'de kaynar. Aynı koşullar altında sodyum ile reaksiyona girmeyen bir gaz olan dimetil eter -23 0 C'de kaynar.
Bu maddeler yapılarında farklılık gösterir - farklı maddeler aynı moleküler formüle karşılık gelir.
Pirinç. 1. Sınıflar arası izomerizm
Aynı bileşime, ancak farklı yapıya ve dolayısıyla farklı özelliklere sahip maddelerin varlığı olgusuna izomerizm denir ( Yunanca kelimeler"isos" - "eşit" ve "meros" - "bölüm", "paylaş").
izomerizm türleri
Mevcut farklı şekiller izomerizm.
Yapısal izomerizm ile ilişkilidir farklı düzen Bir moleküldeki atomların bağlantısı.
Etanol ve dimetil eter yapısal izomerlerdir. Farklı organik bileşik sınıflarına ait olduklarından, bu tür yapısal izomerizm denir. ayrıca sınıflar arası . Pirinç. bir.
yapısal izomerler aynı bileşik sınıfı içinde olabilir, örneğin C5H12 formülü üç farklı hidrokarbona karşılık gelir. BT karbon iskeletinin izomerizmi. Pirinç. 2.
Pirinç. 2 Madde örnekleri - yapısal izomerler
Çoklu bağların (çift ve üçlü) veya hidrojenin yerini alan atomların konumunda farklılık gösteren, aynı karbon iskeletine sahip yapısal izomerler vardır. Bu tür yapısal izomerizm denir konum izomerizmi.
Pirinç. 3. Yapısal konum izomerizmi
Yalnızca tekli bağlar içeren moleküllerde, molekülün fragmanlarının bağlar etrafında neredeyse serbest dönüşü oda sıcaklığında mümkündür ve örneğin, 1,2-dikloroetan formüllerinin tüm görüntüleri eşdeğerdir. Pirinç. dört
Pirinç. 4. Klor atomlarının tek bir bağ etrafındaki konumu
Dönme, örneğin bir siklik molekülde veya bir çift bağda zorsa, o zaman geometrik veya cis-trans izomerizmi. Cis izomerlerde sübstitüentler halka düzleminin veya çift bağın aynı tarafında, trans izomerlerde zıt taraflardadır.
Cis-trans izomerleri ne zaman var olur? iki farklı milletvekili. Pirinç. 5.
Pirinç. 5. Cis ve trans izomerler
Başka bir izomerizm türü, dört tek bağı olan bir karbon atomunun ikame edicileri ile uzamsal bir yapı - bir tetrahedron oluşturması nedeniyle ortaya çıkar. Bir molekül, dört farklı ikame ediciye bağlı en az bir karbon atomuna sahipse, optik izomerizm. Bu tür moleküller, ayna görüntüsüyle çakışmaz. Bu özelliğe kiralite denir - Yunancadan İle birlikteburada- "el". Pirinç. 6. Optik izomerizm, canlı organizmaları oluşturan birçok molekülün özelliğidir.
|
|
|
Pirinç. 6. Optik izomer örnekleri
Optik izomerizm de denir enantiyomerler (Yunancadan enantios- "karşı" ve meros- "parça") ve optik izomerler - enantiyomerler . Enantiyomerler optik olarak aktiftirler, ışığın polarizasyon düzlemini aynı açıyla, ancak zıt yönlerde döndürürler: d- veya (+)-izomer, - sağa, ben- veya (-)-izomer, - sola. Eşit miktarda enantiyomer karışımına denir. yarış eşi, optik olarak etkin değildir ve simgesiyle gösterilir d,l- veya (±).
dersi özetlemek
Ders sırasında, izomerizm türleri, izomer nedir hakkında genel bir fikir edinirsiniz. Organik kimyadaki izomerizm türleri hakkında bilgi edinildi: yapısal ve uzamsal (stereoizomerizm). Maddelerin yapısal formüllerinin yardımıyla, yapısal izomerizmin alt türlerini (iskelet ve konumsal izomerizm) ele aldık, mekansal izomerizm çeşitleriyle tanıştık: geometrik ve optik.
Kaynakça
1. Rudzitis G.E. Kimya. Temel bilgiler Genel Kimya. 10. Sınıf: için ders kitabı Eğitim Kurumları: temel düzeyde/ G. E. Rudzitis, F.G. Feldman. - 14. baskı. - M.: Eğitim, 2012.
2. Kimya. Sınıf 10. Profil seviyesi: ders kitabı. genel eğitim için kurumlar / V.V. Eremin, N.E. Kuzmenko, V.V. Lunin ve diğerleri - M.: Drofa, 2008. - 463 s.
3. Kimya. Derece 11. Profil seviyesi: ders kitabı. genel eğitim için kurumlar / V.V. Eremin, N.E. Kuzmenko, V.V. Lunin ve diğerleri - M.: Drofa, 2010. - 462 s.
4. Khomchenko G.P., Khomchenko I.G. Üniversitelere girenler için kimya problemlerinin toplanması. - 4. baskı - M.: RIA "Yeni Dalga": Yayıncı Umerenkov, 2012. - 278 s.
Ev ödevi
1. No. 1,2 (s. 39) Rudzitis G.E. Kimya. Genel Kimyanın Temelleri. 10. Sınıf: eğitim kurumları için ders kitabı: temel seviye / G. E. Rudzitis, F.G. Feldman. - 14. baskı. - M.: Eğitim, 2012.
2. Etilen serisi hidrokarbonlardaki izomer sayısı neden doymuş hidrokarbonlardan daha fazladır?
3. Hangi hidrokarbonların uzaysal izomerleri vardır?
1. Yapısal izomerizm.
2. Konformasyonel izomerizm.
3. Geometrik izomerizm.
4. Optik izomerizm.
izomerler aynı bileşime ve moleküler ağırlığa sahip, ancak farklı fiziksel ve kimyasal özelliklere sahip maddelerdir. İzomerlerin özelliklerindeki farklılıklar, kimyasal veya uzamsal yapılarındaki farklılıklardan kaynaklanmaktadır. Bu bağlamda, iki tür izomerizm vardır.
izomerizm
yapısal
uzamsal
karbon iskeleti
Yapılandırma
konformasyonel
İşlevin konumu
Optik
sınıflar arası
Geometrik
1. Yapısal izomerizm
Yapısal izomerler kimyasal yapı bakımından farklılık gösterir, örn. bir moleküldeki atomlar arasındaki bağların doğası ve sırası. Yapısal izomerler saf halde izole edilir. Bireysel, kararlı maddeler olarak bulunurlar, karşılıklı dönüşümleri yüksek enerji gerektirir - yaklaşık 350 - 400 kJ / mol. Sadece yapısal izomerler, totomerler dinamik dengededir. Tautomerizm, organik kimyada yaygın bir olgudur. Molekül içindeki hareketli bir hidrojen atomunun transferi (karbonil bileşikleri, aminler, heterosikller vb.), molekül içi etkileşimler (karbonhidratlar) ile mümkündür.
Tüm yapısal izomerler, yapısal formüller biçiminde sunulur ve IUPAC terminolojisine göre adlandırılır. Örneğin, C4H8O'nun bileşimi yapısal izomerlere karşılık gelir:
a)farklı karbon iskeleti ile
dallanmamış C-zinciri - CH3 -CH2 -CH2 -CH \u003d O (bütanal, aldehit) ve
dallı C-zinciri -
(2-metilpropanal, aldehit) veya
Çevrim - 
(siklobutanol, siklik alkol);
b)fonksiyonel grubun farklı bir konumu ile
bütanon-2, keton;
içinde)İle birlikte farklı kompozisyon fonksiyonel grup
3-butenol-2, doymamış alkol;
G)metamerizm
Fonksiyonel grubun heteroatomu, karbon iskeletine (döngü veya zincir) dahil edilebilir. Bu tür izomerizmin olası izomerlerinden biri CH3-O-CH2-CH \u003d CH2'dir (3-metoksipropen-1, basit eter);
e)tautomerizm (keto-enol)
enol formu 
keto formu
Tautomerler dinamik dengedeyken daha kararlı form olan keto formu karışımda baskındır.
Aromatik bileşikler için, yapısal izomerizm sadece yan zincir için dikkate alınır.
2. Mekansal izomerizm (stereoizomerizm)
Uzamsal izomerler aynı kimyasal yapıya sahiptir, moleküldeki atomların uzamsal düzeninde farklılık gösterir. Bu farklılık fiziksel ve kimyasal özelliklerde farklılık yaratır. Uzamsal izomerler, çeşitli projeksiyonlar veya stereokimyasal formüller olarak tasvir edilir. Uzaysal yapıyı ve bunun bileşiklerin fiziksel ve kimyasal özellikleri, reaksiyonlarının yönü ve hızı üzerindeki etkisini inceleyen kimya dalına stereokimya denir.
a)Konformasyonel (dönme) izomerizm
Ne bağ açılarını ne de bağ uzunluklarını değiştirmeden, karbon tetrahedranın onları birbirine bağlayan σ-C-C bağı etrafında karşılıklı dönüşüyle birbirinden farklı olan bir molekülün çok sayıda geometrik şekli (konformasyonları) hayal edilebilir. Bu tür bir dönmenin bir sonucu olarak, dönme izomerleri (konformerler) ortaya çıkar. Farklı konformerlerin enerjisi aynı değildir, ancak farklı konformasyonel izomerleri ayıran enerji bariyeri çoğu organik bileşik için küçüktür. Bu nedenle, normal koşullar altında, kural olarak, molekülleri kesin olarak tanımlanmış bir konformasyonda sabitlemek imkansızdır. Genellikle, birkaç konformasyonel izomer dengede bir arada bulunur.
Görüntü yöntemleri ve izomerlerin isimlendirilmesi, etan molekülü örneği kullanılarak düşünülebilir. Bunun için, enerjide mümkün olduğu kadar farklı olan ve şu şekilde temsil edilebilecek iki konformasyonun varlığı öngörülebilir: perspektif projeksiyonları(1) ("testereler") veya çıkıntılar Yeni adam(2):
engellenmiş konformasyon gölgede kalmış konformasyon
Bir perspektif izdüşümünde (1), C-C bağlantısının mesafeye gidiyor olarak tasavvur edilmesi gerekir; solda duran karbon atomu gözlemciye yakındır, sağda duran karbon atomu ondan uzaklaştırılır.
Newman projeksiyonunda (2), molekül boyunca kabul edilir C-C bağlantıları. Dairenin merkezinden 120 o açıyla ayrılan üç çizgi, gözlemciye en yakın karbon atomunun bağlarını gösterir; dairenin arkasından "çıkıntı yapan" çizgiler, uzaktaki karbon atomunun bağlarıdır.
Sağda gösterilen konformasyon denir gizlenmiş . Bu isim, her iki CH3 grubunun hidrojen atomlarının birbirine zıt olmasını hatırlatır. Korumalı konformasyon artan bir iç enerjiye sahiptir ve bu nedenle elverişsizdir. Solda gösterilen konformasyon denir engellenmiş , CC bağı etrafındaki serbest dönüşün bu konumda "yavaşladığını" ima eder, yani molekül ağırlıklı olarak bu konformasyonda bulunur.
Bir molekülün belirli bir bağ etrafında tam dönüşü için gereken minimum enerjiye o bağ için dönme engeli denir. Etan gibi bir moleküldeki dönme engeli, sistemin dihedral (burulma - τ) açısındaki değişikliğin bir fonksiyonu olarak molekülün potansiyel enerjisindeki değişiklik cinsinden ifade edilebilir. Etandaki C-C bağı etrafındaki dönmenin enerji profili Şekil 1'de gösterilmiştir. Etan'ın iki formunu ayıran dönme engeli yaklaşık 3 kcal/mol'dür (12.6 kJ/mol). Potansiyel enerji eğrisinin minimumları engellenmiş konformasyonlara karşılık gelir, maksimumları belirsiz olanlara karşılık gelir. Oda sıcaklığında bazı molekül çarpışmalarının enerjisi 20 kcal / mol'e (yaklaşık 80 kJ / mol) ulaşabildiğinden, 12,6 kJ / mol'lük bu engel kolayca aşılır ve etandaki dönüş serbest kabul edilir. Tüm olası uyumların bir karışımında, engellenmiş uyumlar baskındır.
Şekil 1. Etan konformasyonlarının potansiyel enerji diyagramı.
Daha karmaşık moleküller için olası konformasyonların sayısı artar. Evet, için n-bütan, merkezi bağ C2 - C3 etrafında dönerken ortaya çıkan ve CH3 gruplarının karşılıklı düzenlemesinde farklılık gösteren altı konformasyonda zaten gösterilebilir. Bütanın çeşitli gölgede kalmış ve engellenmiş konformasyonları enerji bakımından farklılık gösterir. Engellenmiş konformasyonlar enerjik olarak daha elverişlidir.
Bütandaki C2-C3 bağı etrafındaki dönmenin enerji profili Şekil 2'de gösterilmektedir.
İncir. 2. n-bütan konformasyonlarının potansiyel enerji diyagramı.
Uzun karbon zincirine sahip bir molekül için konformasyonel formların sayısı artar.
Alisiklik bileşiklerin molekülleri, halkanın farklı konformasyonel biçimleriyle karakterize edilir (örneğin, sikloheksan için koltuk, banyo, büküm-formlar).
Dolayısıyla konformasyonlar, belirli bir konfigürasyona sahip bir molekülün çeşitli uzamsal formlarıdır. Uyumlular, potansiyel enerji diyagramındaki enerji minimumlarına karşılık gelen, hareketli dengede olan ve basit σ-bağları etrafında dönerek birbirine dönüşebilen stereoizomerik yapılardır.
Bu tür dönüşümlerin bariyeri yeterince yükselirse, o zaman stereoizomerik formlar ayrılabilir (bir örnek, optik olarak aktif bifenillerdir). Bu gibi durumlarda, artık konformerlerden değil, gerçekte var olan stereoizomerlerden söz edilir.
b)geometrik izomerizm
Geometrik izomerler, moleküldeki yokluğun bir sonucu olarak ortaya çıkar:
1. karbon atomlarının birbirine göre dönüşü - C=C çift bağının veya siklik yapısının sertliğinin bir sonucu;
2. bir çift bağ veya döngünün bir karbon atomunda iki özdeş grup.
Geometrik izomerler, konformerlerden farklı olarak saf formda izole edilebilir ve bireysel, kararlı maddeler olarak var olabilir. Karşılıklı dönüşümleri için daha yüksek bir enerji gereklidir - yaklaşık 125-170 kJ / mol (30-40 kcal / mol).
cis-trans-(Z,E) izomerleri vardır; cis- formlar, aynı ikame edicilerin π-bağı veya döngü düzleminin bir tarafında bulunduğu geometrik izomerlerdir, trans- aynı sübstitüentlerin π-bağı veya halka düzleminin zıt taraflarında bulunduğu formlara geometrik izomerler denir.
En basit örnek, cis-, trans-geometrik izomerler formunda bulunan büten-2 izomerleridir:
cis-büten-2 trans-büten-2
erime sıcaklığı
138,9 0 С - 105,6 0 С
kaynama sıcaklığı
3,72 0 С 1,00 0 С
yoğunluk
1,2 - diklorosiklopropan cis-, trans-izomerler şeklinde bulunur:
cis-1,2-diklorosiklopropan trans-1,2-diklorosiklopropan
Daha karmaşık durumlarda, uygulayın Z,E-isimlendirme (Kann, Ingold, Prelog - KIP terminolojisi, milletvekillerinin kıdem terminolojisi). Birlikte
1-bromo-2-metil-1-klorobuten-1 (Br) (CI) C \u003d C (CH3) - CH2-CH3 karbon atomlarındaki çift bağa sahip tüm ikame ediciler farklıdır; bu nedenle, bu bileşik Z-, E- geometrik izomerler formunda bulunur:
e-1-bromo-2-metil-1-klorobuten-1 Z-1-bromo-2-metil-1-klorobuten-1.
Bir izomerin konfigürasyonunu belirtmek için şunu belirtin: bir çift bağda (veya döngüde) kıdemli ikame edicilerin yeri - Z- (Alman Zusammen'den - birlikte) veya E- (Alman Entgegen'den - karşıda).
Z,E-sisteminde, daha yüksek atom numarasına sahip sübstitüentler kıdemli kabul edilir. Doymamış karbon atomlarına doğrudan bağlı atomlar aynıysa, o zaman "ikinci katmana", gerekirse "üçüncü katmana" vb.
İlk projeksiyonda, eski gruplar çift bağa göre birbirinin karşısındadır, yani bu E izomeridir. İkinci projeksiyonda, eski gruplar çift bağın aynı tarafındadır (birlikte), yani bu Z-izomeridir.
Geometrik izomerler doğada yaygın olarak dağılmıştır. Örneğin, doğal polimerler kauçuk (cis-izomer) ve güta-perka (trans-izomer), doğal fumarik (trans-bütendioik asit) ve sentetik maleik (cis-bütendioik asit) asitler, cis-oleik, linoleik, linolenik asit içeren yağlar .
içinde)Optik izomerizm
Organik bileşiklerin molekülleri kiral ve akiral olabilir. Kiralite (Yunanca cheir - elden) - bir molekülün ayna görüntüsüyle uyumsuzluğu.
Kiral maddeler, ışığın polarizasyon düzlemini döndürebilir. Bu fenomene optik aktivite denir ve ilgili maddeler - Optik olarak aktif. optik olarak aktif maddelerçiftler halinde buluşmak optik antipotlar- fiziksel ve kimyasal özellikleri normal koşullar altında aynı olan izomerler, biri hariç - polarizasyon düzleminin dönme işareti: optik antipodlardan biri polarizasyon düzlemini sağa saptırır (+, sağa dönen izomer) , diğeri - sola (-, sola dönen). Optik antipodların konfigürasyonu, bir cihaz - bir polarimetre kullanılarak deneysel olarak belirlenebilir.
Molekül içerdiğinde optik izomerizm ortaya çıkar asimetrik karbon atomu(molekülün kiralitesinin başka nedenleri de vardır). Bu, sp 3 - hibridizasyondaki karbon atomunun adıdır ve dört farklı ikame edici ile ilişkilidir. Asimetrik bir atom etrafında ikame edicilerin iki tetrahedral düzenlemesi mümkündür. Aynı zamanda, iki uzamsal form herhangi bir dönüşle birleştirilemez; biri diğerinin ayna görüntüsüdür:
Her iki ayna formu da bir çift optik antipod oluşturur veya enantiyomerler .
Optik izomerleri E. Fisher projeksiyon formülleri biçiminde tasvir edin. Asimetrik bir karbon atomuna sahip bir molekülün projelendirilmesiyle elde edilirler. Bu durumda, düzlem üzerindeki asimetrik karbon atomunun kendisi bir nokta ile gösterilir, şeklin düzleminin önünde çıkıntı yapan ikame edicilerin sembolleri yatay çizgi üzerinde gösterilir. Dikey çizgi (kesikli veya düz), şeklin düzleminden çıkarılan ikame edicileri gösterir. Aşağıda, önceki şekilde sol modele karşılık gelen izdüşüm formülünü yazmanın farklı yolları verilmiştir:
Projeksiyonda, ana karbon zinciri dikey olarak tasvir edilmiştir; ana işlev, zincirin sonundaysa, çıkıntının tepesinde gösterilir. Örneğin alanin - CH3 - * CH(NH2)-COOH'nin stereokimyasal ve izdüşüm formülleri (+) ve (-) aşağıdaki gibidir:
Aynı enantiyomer içeriğine sahip bir karışıma rasemat denir. Rasematın optik aktivitesi yoktur ve enantiyomerlerden farklı fiziksel özelliklerle karakterize edilir.
İzdüşüm formüllerini dönüştürmek için kurallar.
1. Formüller, stereokimyasal anlamlarını değiştirmeden çizim düzleminde 180 o döndürülebilir:
2. Bir asimetrik atomda sübstitüentlerin iki (veya herhangi bir çift sayıda) permütasyonu, formülün stereokimyasal anlamını değiştirmez:
3. Asimetrik merkezdeki sübstitüentlerin bir (veya herhangi bir tek sayı) permütasyonu, optik antipod formülüne yol açar:
4. Çizim düzleminde 90 döndürmek, formülü bir antipoda dönüştürür.
5. Herhangi üç ikame edicinin saat yönünde veya saat yönünün tersine döndürülmesi, formülün stereokimyasal anlamını değiştirmez:
6. Projeksiyon formülleri çizim düzleminden çıkarılamaz.
Organik bileşikler, örneğin silisyum, fosfor, nitrojen ve kükürt gibi diğer atomların da kiral merkezler olduğu moleküllerde optik aktiviteye sahiptir.
Birden fazla asimetrik karbona sahip bileşikler şu şekilde bulunur: diastereomerler , yani birbirleriyle optik antipod oluşturmayan uzamsal izomerler.
Diastereomerler birbirlerinden sadece optik rotasyonda değil, aynı zamanda diğer tüm fiziksel sabitlerde de farklılık gösterirler: farklı erime ve kaynama noktalarına, farklı çözünürlüklere vb. sahiptirler.
Uzamsal izomerlerin sayısı, n'nin asimetrik karbon atomlarının sayısı olduğu Fisher formülü N=2n ile belirlenir. Bazı yapılarda görülen kısmi simetri nedeniyle stereoizomerlerin sayısı azalabilir. Optik olarak aktif olmayan diastereomerler denir mezo-formlar.
Optik izomerlerin adlandırılması:
a) D-, L- terminolojisi
Bir izomerin D veya L serisini belirlemek için, konfigürasyon (asimetrik karbon atomundaki OH grubunun konumu), gliseraldehit (gliserol anahtarı) enantiyomerlerinin konfigürasyonları ile karşılaştırılır:
L-gliseraldehit D-gliseraldehit
D-, L terminolojisinin kullanımı şu anda üç optik olarak aktif madde sınıfıyla sınırlıdır: karbonhidratlar, amino asitler ve hidroksi asitler.
b) R -, S terminolojisi (Kahn, Ingold ve Prelog terminolojisi)
Optik izomerin R (sağ) - veya S (sol) - konfigürasyonunu belirlemek için, tetrahedrondaki (stereokimyasal formül) ikame edicileri asimetrik karbon atomu etrafında düzenlemek gerekir, böylece en düşük ikame edici (genellikle hidrojen) yön "gözlemciden". Kıdemdeki diğer üç ikame edicinin kıdemliden orta ve küçüklüğe geçişi saat yönünde gerçekleşirse, bu R-izomeridir (kıdemdeki düşüş, R harfinin üst kısmını yazarken elin hareketi ile çakışır). Geçiş saat yönünün tersine gerçekleşirse - bu S'dir. - izomer (kıdemdeki düşüş, S harfinin üst kısmını yazarken elin hareketi ile çakışır).
Optik izomerin R- veya S-konfigürasyonunu projeksiyon formülü ile belirlemek için, sübstitüentleri çift sayıda permütasyonla düzenlemek gerekir, böylece en gençleri projeksiyonun altında olur. Kalan üç ikame edicinin kıdemindeki düşüş saat yönünde R-konfigürasyonuna, saat yönünün tersine - S-konfigürasyonuna karşılık gelir.
Optik izomerler aşağıdaki yöntemlerle elde edilir:
a) proteinler ve amino asitler, karbonhidratlar, birçok hidroksi asit (tartarik, malik, mandelik), terpen hidrokarbonlar, terpen alkoller ve ketonlar, steroidler, alkaloidler, vb. gibi optik olarak aktif bileşikler içeren doğal malzemelerden izolasyon.
b) rasematların ayrılması;
c) asimetrik sentez;
d) optik olarak aktif maddelerin biyokimyasal üretimi.
BUNU BİLİYOR MUSUN
İzomerizm fenomeni (Yunanca - is.o.s - farklı ve meros - hisse, kısım) 1823'te açıldı. J. Liebig ve F. Wöhler, iki inorganik asidin tuzları örneğinde: siyanik H-O-C≡N ve fulminant H-O-N= C.
1830'da J. Dumas, izomerizm kavramını organik bileşiklere genişletti.
1831'de organik bileşikler için "izomer" terimi J. Berzelius tarafından önerildi.
Doğal bileşiklerin stereoizomerleri, farklı biyolojik aktivitelerle (amino asitler, karbonhidratlar, alkaloidler, hormonlar, feromonlar, tıbbi maddeler) karakterize edilir. doğal köken vb.).
Pediatri fakültesi öğrencileri için dersler
Ders2
Konu: Organik bileşiklerin mekansal yapısı
Hedef: organik bileşiklerin yapısal ve mekansal izomerizm türleri ile tanışma.
Plan:
İzomerizmin sınıflandırılması.
Yapısal izomerizm.
mekansal izomerizm
Optik izomerizm
Organik moleküllerin yapısını anlamaya yönelik ilk girişimler 19. yüzyılın başlarına kadar uzanmaktadır. İzomerizm olgusu ilk kez J. Berzelius tarafından keşfedildi ve 1861'de A. M. Butlerov, izomerizm olgusunu açıklayan organik bileşiklerin kimyasal yapısı hakkında bir teori önerdi.
İzomerizm - aynı nitel ve nicel bileşime sahip, ancak farklı yapıya veya uzaydaki konumlarına sahip bileşiklerin varlığı ve maddelerin kendilerine izomerler denir.
izomerlerin sınıflandırılması
Yapısal
(atomların farklı bağlantı sırası)
stereoizomerizm
(uzayda atomların farklı dizilişi)
Çoklu bağ pozisyonları
Fonksiyonel grup pozisyonları
Yapılandırma
uygun-
yapısal izomerizm.
Yapısal izomerler, aynı kalitatif ve kantitatif bileşime sahip, ancak kimyasal yapıları farklı olan izomerlerdir.
Yapısal izomerizm, organik bileşiklerin çeşitliliğini belirler, özellikle alkanlar. Moleküllerdeki karbon atomlarının sayısındaki artışla alkanlar, yapısal izomerlerin sayısını hızla artırır. Yani, heksan (C6H14) için 5, nonan (C9H20) - 35'tir.
Karbon atomları zincirdeki konumlarında farklılık gösterir. Zincirin başındaki karbon atomu bir karbon atomuna bağlıdır ve buna denir. öncelik.İki karbon atomuna bağlı bir karbon atomu ikincil, üç ile üçüncül, dört ile dördüncül. Düz zincirli alkan molekülleri yalnızca birincil ve ikincil karbon atomları içerirken, dallı zincirli alkan molekülleri hem üçüncül hem de dördüncül karbon atomları içerir.
Yapısal izomerizm türleri.
Metamerler- aynı bileşik sınıfına ait olan ancak farklı radikallere sahip bileşikler:
H3C - O - C3H7 - metil propil eter,
H5C2 - O - C2H5 - dietil eter
Sınıflar arası izomerizm. Moleküllerin aynı kalitatif ve kantitatif bileşimi ile maddelerin yapısı farklıdır.
Örneğin: aldehitler ketonlara izomeriktir:
Alkinler - alkadienam
H2C \u003d CH - CH \u003d CH2 bütadien -1.3 HC \u003d C - CH2 - CH3 - butin-1
Yapısal izomerizm ayrıca hidrokarbon radikallerinin çeşitliliğini de belirler. Radikal izomerizm, iki radikalin mümkün olduğu propan ile başlar. Birincil karbon atomundan bir hidrojen atomu alınırsa, o zaman radikal propil (n-propil) elde edilir. Hidrojen atomu ikincil karbon atomundan alınırsa, radikal izopropil elde edilir.
-
izopropil
CH2 - CH2 - CH3 - propilMekansal izomerizm (stereoizomerizm)
Bu, aynı bileşime ve atomların bağlantı sırasına sahip olan, ancak atomların veya atom gruplarının uzayda birbirine göre düzenlenmesinin doğasında farklılık gösteren izomerlerin varlığıdır.
Bu tip izomerizm, L. Pasteur (1848), J. van't Hoff, Le Bel (1874) tarafından tanımlanmıştır.
Gerçek koşullarda, molekülün kendisi ve tek tek parçaları (atomlar, atom grupları) salınım-dönme hareketi halindedir ve bu hareket, moleküldeki atomların karşılıklı düzenini büyük ölçüde değiştirir. Bu sırada kimyasal bağlar gerilir ve bağ açıları değişir ve böylece moleküllerin çeşitli konfigürasyonları ve konformasyonları ortaya çıkar.
Bu nedenle, uzamsal izomerler iki türe ayrılır: konformasyonel ve konfigürasyonel.
Konfigürasyonlar, atomların tekli bağlar etrafında dönmesi sonucunda ortaya çıkan farklılıkları hesaba katmadan uzayda düzenlenmesidir. Bu izomerler çeşitli biçimlerde bulunur.
Konformasyonlar, aynı molekülün, atomların veya atom gruplarının tekli bağlar etrafında dönmesi sonucu ortaya çıkan ve bunun sonucunda atomların farklı uzamsal konumlar işgal etmesi sonucu ortaya çıkan çok dengesiz dinamik formlardır. Bir molekülün her konformasyonu, belirli bir konfigürasyon ile karakterize edilir.
B-bağı, etrafında dönmeye izin verir, böylece bir molekül birçok konformasyona sahip olabilir. Birçok konformasyondan sadece altısı dikkate alınır, çünkü minimum dönme açısının 60 ° 'ye eşit bir açı olduğu kabul edilir, buna denir burulma açısı.
Tutulan ve engellenen konformasyonları ayırt edin.
Korumalı konformasyon aynı sübstitüentler birbirinden minimum bir mesafede bulunursa ve aralarında karşılıklı itici kuvvetler ortaya çıkarsa ortaya çıkar ve bu konformasyonun korunması için molekülün büyük bir enerji rezervine sahip olması gerekir. Bu uyum, enerjik olarak elverişsizdir.
engellenmiş konformasyon - özdeş sübstitüentler birbirinden olabildiğince uzak olduğunda ve molekül minimum enerji rezervine sahip olduğunda meydana gelir. Bu yapı enerjik olarak elverişlidir.
P 
Konformasyonel izomerlere sahip olduğu bilinen ilk bileşik etandır. Uzaydaki yapısı, bir perspektif formülü veya Newman'ın formülü ile temsil edilir:
İTİBAREN 2 H 6
gizlenmiş engellenmiş
konformasyon konformasyon
Newman'ın projeksiyon formülleri.
Bize en yakın karbon atomu dairenin ortasında bir nokta ile gösterilir, daire uzaktaki bir karbon atomunu gösterir. Her atomun üç bağı, en yakın karbon atomu için dairenin merkezinden yayılan çizgiler olarak ve uzak karbon atomu için küçük olarak tasvir edilmiştir.
Uzun karbon zincirlerinde, birkaç C - C bağı etrafında dönüş mümkündür. Bu nedenle, tüm zincir çeşitli geometrik şekiller alabilir. X-ışını verilerine göre, uzun doymuş hidrokarbon zincirleri zikzak ve kıskaç yapılarına sahiptir. Örneğin: zikzak biçimlerdeki palmitik (C 15H 31COOH) ve stearik (C 17H 35COOH) asitler, hücre zarlarının lipitlerinin bir parçasıdır ve çözeltideki monosakkarit molekülleri pençe benzeri bir yapı alır.
Siklik bileşiklerin konformasyonları
Döngüsel bileşikler, kapalı bir döngünün varlığıyla ilişkili açısal stres ile karakterize edilir.
Döngülerin düz olduğunu düşünürsek, birçoğu için bağ açıları normal olandan önemli ölçüde sapacaktır. Bir çevrimde karbon atomları arasındaki bağ açılarının normal değerinden sapmasından kaynaklanan strese denir. köşe veya Bayer.
Örneğin sikloheksanda karbon atomları sp3 - hibrit durumdadır ve buna göre bağ açısı 109 yaklaşık 28 / olmalıdır. Karbon atomları aynı düzlemde olsaydı, düzlemsel bir döngüde iç bağ açıları 120 o'ye eşit olurdu ve tüm hidrojen atomları gölgeli bir konformasyonda olurdu. Ancak sikloheksan, güçlü açısal ve burulma gerilimlerinin varlığı nedeniyle düzlemsel olamaz. ϭ-bağları etrafında kısmi dönüş nedeniyle daha az gergin düzlemsel olmayan konformasyonlara sahiptir, bunların arasında konformasyonlar daha kararlıdır koltuklar ve banyolar
Sandalye yapısı, hidrojen ve karbon atomlarının gölgelenmiş konumlarını içermediğinden, enerji açısından en uygun olanıdır. H atomlarının tüm C atomları için düzenlenmesi, etanın engellenmiş konformasyonundaki ile aynıdır. Bu konformasyonda, tüm hidrojen atomları açıktır ve reaksiyonlar için uygundur.
Banyo konformasyonu enerji açısından daha az elverişlidir, çünkü tabanda bulunan 2 çift C atomu (C-2 ve C-3), (C-5 ve C-6) gölgeli bir konformasyonda H atomlarına sahiptir, dolayısıyla bu konformasyonun bir büyük enerji kaynağı ve kararsız.
C6H12sikloheksan
"Koltuğun" şekli, enerjik olarak "banyodan" daha uygundur.
Optik izomerizm.
19. yüzyılın sonunda, birçok organik bileşiğin polarize bir ışın düzlemini sola ve sağa döndürme yeteneğine sahip olduğu keşfedildi. Yani, bir molekül üzerine gelen bir ışık demeti, elektron kabukları ile etkileşime girerken, elektronların polarizasyonu meydana gelir ve bu da salınımların yönünün değişmesine neden olur. Elektrik alanı. Bir madde salınım düzlemini saat yönünde döndürürse buna denir. sağa döndürücü(+) saat yönünün tersine ise - sola dönük(-). Bu maddelere optik izomerler adı verildi. Optik olarak aktif izomerler, asimetrik bir karbon atomu (kiral) içerir - bu, dört farklı ikame edici içeren bir atomdur. İkinci önemli koşul, her türlü simetrinin (eksenler, düzlemler) olmamasıdır. Bunlar birçok hidroksi ve amino asidi içerir.
Çalışmalar, bu tür bileşiklerin sp 3 hibridizasyonunda karbon atomlarındaki sübstitüentlerin sırasına göre farklılık gösterdiğini göstermiştir.
P 
en basit bileşik laktik asittir (2-hidroksipropanoik)
Molekülleri birbirleriyle bir nesne ve uyumsuz bir ayna görüntüsü veya sol ve sağ olarak ilişkili olan stereoizomerler sağ el aranan enantiyomerler(optik izomerler, ayna izomerler, antipodlar ve fenomen denir enantiyomerler. Tüm kimyasallar ve fiziksel özellikler enantiyomerler ikisi dışında aynıdır: polarize ışık düzleminin dönüşü (polarimetre cihazında) ve biyolojik aktivite.
Moleküllerin mutlak konfigürasyonu, karmaşık fizikokimyasal yöntemlerle belirlenir.
Optik olarak aktif bileşiklerin nispi konfigürasyonu, bir gliseraldehit standardı ile karşılaştırılarak belirlenir. Sağa veya sola döndüren gliseraldehit (M. Rozanov, 1906) konfigürasyonuna sahip optik olarak aktif maddelere D- ve L-serisi maddeler denir. Bir bileşiğin sağ ve sol izomerlerinin eşit bir karışımına rasemat denir ve optik olarak aktif değildir.
Çalışmalar, ışığın dönme işaretinin bir maddenin D ve L serisine ait olmasıyla ilişkilendirilemeyeceğini, yalnızca deneysel olarak cihazlarda - polarimetrelerde belirlendiğini göstermiştir. Örneğin, L-süt asidi +3,8 o, D-süt asidi - 3,8 o'luk bir dönme açısına sahiptir.
Enantiyomerler, Fisher formülleri kullanılarak tasvir edilmiştir.
Karbon zinciri dikey bir çizgi olarak gösterilmiştir.
En yüksek işlevsel grup en üste, en genç grup ise aşağıya yerleştirilir.
Asimetrik bir karbon atomu, uçlarında sübstitüentler bulunan yatay bir çizgi ile temsil edilir.
İzomer sayısı formül 2 ile belirlenir n , n asimetrik karbon atomlarının sayısıdır.
L-sırası D-sırası
Enantiyomerler arasında, optik aktiviteye sahip olmayan ve simetrik moleküller olabilir ve bunlara denir. mezoizomerler.
|
Örneğin: Şarap listesi |
|
D - (+) - sıra L - (-) - sıra |
Mezovinnaya - bu |
Rasemat - üzüm asidi
Farklı fiziksel ve kimyasal özelliklere sahip asimetrik C atomlarının tümü olmasa da birkaçının konfigürasyonunda farklılık gösteren ayna izomerleri olmayan optik izomerlere - denir. di-a-stereoizomerler.
-Diastereomerler (geometrik izomerler), molekülde bir -bağına sahip olan stereomerlerdir. Alkenlerde, doymamış yüksek karboksilik to-t'de, doymamış dikarboksilik to-t'de bulunurlar. Örneğin:
Cis-büten-2 Trans-büten-2
Organik şeylerin biyolojik aktiviteleri yapılarıyla ilgilidir. Örneğin:
Cis-bütendioik asit, Trans-bütendioik asit,
maleik asit - fumarik asit - toksik olmayan,
vücutta çok zehirli
Tüm doğal doymamış yüksek karboksilik asitler cis-izomerlerdir.
(gr. isos aynı, meros kısmı) biri en önemli kavramlar kimyada, özellikle organik kimyada. Maddeler aynı bileşime ve moleküler ağırlığa sahip olabilir, ancak aynı elementleri aynı miktarda içeren, ancak atomların veya atom gruplarının uzamsal düzeninde farklılık gösteren farklı yapılara ve bileşiklere izomerler denir. İzomerizm, organik bileşiklerin bu kadar çok ve çeşitli olmasının nedenlerinden biridir.İzomerizm ilk olarak 1823'te J. Liebig tarafından keşfedildi ve o, fulminant ve izosiyanik asitlerin gümüş tuzlarının: Ag-O-N=C ve Ag-N=C=O'nun aynı bileşime ancak farklı özelliklere sahip olduğunu buldu. 1830'da "izomerizm" terimi tanıtıldı
I. BerzeliusAynı bileşime sahip bileşiklerin özelliklerindeki farklılıkların, moleküldeki atomların eşit olmayan bir sırada düzenlenmesinden kaynaklandığını öne süren. İzomerizm hakkındaki fikirler nihayet yaratılıştan sonra şekillendi.AM Butlerovkimyasal yapı teorileri (1860'lar). Bu teoriye dayanarak, dört farklı bütanol olması gerektiğini öne sürdü (Şekil 1).bir). Teori oluşturulduğunda, yalnızca bir bütanol (CH 3 ) 2 CHSN 2 OH, bitki materyallerinden elde edilir.Pirinç. 1. Butanol izomerleriTüm bütanol izomerlerinin müteakip sentezi ve özelliklerinin belirlenmesi, teorinin ikna edici bir teyidi haline geldi.Modern tanıma göre, aynı bileşime sahip iki bileşik, molekülleri uzayda tamamen çakışacak şekilde birleştirilemezse izomer olarak kabul edilir. Kombinasyon, kural olarak, zihinsel olarak yapılır, karmaşık durumlarda, mekansal modeller veya hesaplama yöntemleri kullanılır.
İzomerizmin birkaç nedeni vardır.
YAPISAL İZOMERİZM Kural olarak, hidrokarbon iskeletinin yapısındaki farklılıklardan veya fonksiyonel grupların veya çoklu bağların eşit olmayan düzenlemesinden kaynaklanır.Hidrokarbon iskeletinin izomerizmi. Bir ila üç karbon atomu (metan, etan, propan) içeren doymuş hidrokarbonların izomerleri yoktur. Dört karbon atomlu bir bileşik için C 4 N 10 (bütan) pentan C için iki izomer mümkündür 5 N 12 heksan С için üç izomer 6 H 14 beş (Şek. 2):
Karmaşık durumlarda, iki bileşiğin izomer olup olmadığı sorusuna, değerlik bağları etrafında çeşitli dönüşler kullanılarak karar verilir (basit bağlar buna izin verir, bu da belirli bir dereceye kadar fiziksel özelliklerine karşılık gelir). Molekülün bireysel parçalarının hareketinden sonra (bağları kırmadan), bir molekül diğerinin üzerine bindirilir (Şekil 1).
. 3). İki molekül tamamen aynıysa, bunlar izomer değil, aynı bileşiktir: İskelet yapısında farklılık gösteren izomerler genellikle farklı fiziksel özelliklere (erime noktası, kaynama noktası vb.) sahiptir, bu da birinin diğerinden ayrılmasını mümkün kılar. Bu tip izomerizm aromatik hidrokarbonlarda da mevcuttur (Şekil 4):
Pirinç. 4. Aromatik izomerlerPozisyon izomerizmi.
Başka bir tür yapısal izomerizm konumsal izomerizm
fonksiyonel gruplar, bireysel heteroatomlar veya çoklu bağlar hidrokarbon iskeletinin farklı yerlerinde bulunduğunda meydana gelir. Yapısal izomerler, farklı organik bileşik sınıflarına ait olabilir, bu nedenle sadece fiziksel olarak değil, aynı zamanda kimyasal özellikler. Şek. 5, bileşik C için üç izomeri gösterir 3 saat 8 Ah, ikisi alkol, üçüncüsü eter 
Pirinç. 5. Pozisyon izomerleriÇoğu zaman, konum izomerlerinin yapısındaki farklılıklar o kadar açıktır ki, örneğin büten veya diklorobenzen izomerleri gibi onları uzayda zihinsel olarak birleştirmek bile gerekli değildir (Şekil 6):
Pirinç. 6. Buten ve diklorobenzen izomerleriBazen yapısal izomerler, hidrokarbon iskelet izomerizminin ve konumsal izomerizmin özelliklerini birleştirir (Şekil 7).
Pirinç. 8. Benzen izomerleriGösterilen izomerlerin ilk beşi mevcuttur (ikinci, üçüncü, dördüncü ve beşinci izomerler, benzenin yapısı oluşturulduktan yaklaşık 100 yıl sonra elde edilmiştir). Son izomer büyük ihtimalle hiçbir zaman elde edilemeyecek. Bir altıgen olarak sunulur, en az olasıdır, deformasyonları eğik bir prizma, üç ışınlı bir yıldız, tamamlanmamış bir piramit ve bir çift piramit (tamamlanmamış bir oktahedron) biçimindeki yapılara yol açar. Bu seçeneklerin her biri ya çok farklı C-C bağları ya da çok bozulmuş bağ açıları içerir (Şekil 9):
Yapısal izomerlerin birbirine dönüştüğü kimyasal dönüşümlere izomerizasyon denir.stereoizomerizm dan yükselir farklı konum uzayda, aralarında aynı bağ düzenine sahip atomlar. Stereoizomerizm türlerinden biri cis-trans-izomerizmdir (cis
enlem . bir taraf transenlem . karşılıklı taraflarda) çoklu bağlar veya düz döngüler içeren bileşiklerde gözlenir. Tek bir bağın aksine, çoklu bir bağ, molekülün bireysel parçalarının etrafında dönmesine izin vermez. İzomerin türünü belirlemek için çift bağ üzerinden zihinsel olarak bir düzlem çizilir ve daha sonra sübstitüentlerin bu düzleme göre yerleştirilme şekli analiz edilir. Özdeş gruplar düzlemin aynı tarafındaysa, o zaman bucis -izomer, eğer zıt taraflardaysatrans-izomer:
Fiziksel ve kimyasal özellikler
cis- ve trans -izomerler bazen gözle görülür şekilde farklılık gösterir, maleik asitte COOH karboksil grupları uzamsal olarak yakındır, reaksiyona girebilirler (Şekil 11), maleik anhidrit oluşturarak (fumarik asit için bu reaksiyon gerçekleşmez):
Pirinç. 13. Kobalt kompleksinin izomerleriİkinci tip stereoizomerizm optik izomerizm, iki izomer (daha önce formüle edilen tanıma göre, uzayda uyumlu olmayan iki molekül) ayna yansıması herbiri. Dört farklı sübstitüent ile tek bir karbon atomu olarak temsil edilebilen moleküller bu özelliğe sahiptir. Dört ikame ediciye bağlı merkezi karbon atomunun değerleri, zihinsel dört yüzlü düzenli dört yüzlünün köşelerine doğru yönlendirilir (santimetre. ORBİTAL) ve sağlam bir şekilde sabitlenmiştir. Dört farklı sübstitüent Şekil l'de gösterilmektedir. Farklı renklerde dört top şeklinde 14:
Optik izomerizm, yalnızca asimetrik bir atom durumunda ortaya çıkmaz, aynı zamanda belirli sayıda farklı sübstitüentin varlığında bazı çerçeve moleküllerinde de gerçekleşir. Örneğin, dört farklı sübstitüenti olan çerçeve hidrokarbon adamantan (Şekil 17), bir optik izomere sahip olabilirken, tüm molekül asimetrik bir merkez rolünü oynar; puan. Benzer şekilde, kübik bir yapıya sahip olan siloksan (Şekil 17), dört farklı sübstitüent durumunda da optik olarak aktif hale gelir:
Pirinç. 17. Optik olarak aktif çerçeve molekülleriMolekül gizli bir formda bile asimetrik bir merkez içermediğinde varyantlar mümkündür, ancak kendisi genellikle asimetrik olabilirken optik izomerler de mümkündür. Örneğin, karmaşık bir berilyum bileşiğinde, iki siklik fragman karşılıklı olarak dik düzlemlerde bulunur, bu durumda, bir optik izomer elde etmek için iki farklı ikame yeterlidir (Şekil 18). Beş kenarlı bir prizma şeklindeki ferrosen molekülü için, aynı amaç için üç ikame ediciye ihtiyaç vardır, bu durumda hidrojen atomu, ikame edicilerden birinin rolünü oynar (Şekil 18):
Pirinç. 18. Asimetrik moleküllerin optik izomerizmiÇoğu durumda, bir bileşiğin yapısal formülü, maddeyi optik olarak aktif hale getirmek için tam olarak neyin değiştirilmesi gerektiğini anlamayı mümkün kılar. Optik olarak aktif stereoizomerler sentezlenirken, genellikle sağa ve sola dönen bileşiklerin bir karışımı elde edilir. İzomerlerin ayrılması, bir izomer karışımının asimetrik bir reaksiyon merkezi içeren reaktiflerle (genellikle doğal kaynaklı) reaksiyona sokulmasıyla gerçekleştirilir. Bakteriler de dahil olmak üzere bazı canlı organizmalar, tercihen solak izomerleri metabolize eder.
Şu anda, belirli bir optik izomeri kasıtlı olarak elde etmeyi mümkün kılan süreçler (asimetrik sentez olarak adlandırılır) geliştirilmiştir.
Bir optik izomeri antipoda dönüştürmeyi mümkün kılan reaksiyonlar vardır (
santimetre . WALDEN KONUŞMASI). Mihail Levitski EDEBİYAT Slanina 3. Kimyada izomerizm olgusunun teorik yönleri , per. Çek Cumhuriyeti'nden, Moskova, Mir, 1984Hoffman R. Böylesine aynı ve farklı bir dünya . Moskova, Mir, 2001