Padėties izomerija. Izomerizmas ir jo rūšys
Struktūriniai izomerai– Tai junginiai, kurių molekulinė formulė yra tokia pati, bet skiriasi vienas nuo kito atomų jungimosi molekulėje tvarka.
Struktūrinė izomerija skirstoma į anglies grandinės izomerizmą, padėties izomerizmą ir funkcinės grupės izomerizmą.
Anglies grandinės izomerija. Dėl skirtingos atomų, sudarančių molekulės anglies skeletą, surišimo sekos. Pavyzdžiui, alkanui, kurio sudėtis C 4 H 10, galima užrašyti du izomerus;
Ciklinės struktūros organiniams junginiams grandinės izomerija gali atsirasti dėl ciklo dydžio.
padėties izomerija dėl skirtingų funkcinių grupių, pakaitų ar kelių jungčių padėties molekulėje.
Funkcinių: grupių izomerizmas dėl tos pačios sudėties izomerų skirtingo pobūdžio funkcinių grupių.
ERDVĖ IZOMERIJOS (STEREOISOMERIA)
Erdviniai izomerai- tai yra junginiai, kurių molekulinė formulė yra tokia pati, tokia pati atomų surišimo molekulėje tvarka, tačiau skiriasi vienas nuo kito atomų išsidėstymu erdvėje.
Erdviniai izomerai dar vadinami stereo izomerai ir (iš graikų stereos – erdviniai).
Erdvinė izomerija skirstoma į konfigūracinę ir konformacinę.
Tačiau prieš pradėdami nagrinėti šiuos stereoizomerijos tipus, pabandykime atvaizduoti organinių junginių molekulių erdvinę struktūrą.
Molekulių erdvinei struktūrai, jų konfigūracijai ar konformacijai pavaizduoti naudojami molekuliniai modeliai ir specialios stereoformulės.
Molekuliniai modeliai – vizualinis organinių ir neorganinių junginių molekulių vaizdas, leidžiantis spręsti apie molekulę sudarančių atomų santykinę padėtį.
Dažniausiai naudojami trys pagrindiniai modelių tipai: sferiniai (Kekule-Vant-Hoff modeliai), skeletiniai (Dryding-g modeliai) ir pusrutuliniai (Stuart-Briegleb modeliai). Modeliai leidžia spręsti ne tik apie atomų tarpusavio išsidėstymą. molekulės, tačiau jie yra patogūs, atsižvelgiant į jungties kampus ir galimybę suktis aplink paprastas jungtis. Džiovinimo modeliuose taip pat atsižvelgiama į tarpatominius atstumus, o Stewart-Briegleb modeliai taip pat atspindi atomų tūrį. Žemiau esančiame paveikslėlyje pavaizduoti etano ir etileno molekulių modeliai.
Ryžiai. 3.1. Etano (kairėje) ir etileno (dešinėje) molekulių modeliai; a - rutulys ir lazda; b - Džiovinimas; in – pusrutulio formos (Stuart-Brigleb)
stereo formulės. Molekulės erdvinei struktūrai plokštumoje pavaizduoti dažniausiai naudojamos stereocheminės ir perspektyvinės formulės, taip pat Newmano projekcijų formulės.
AT stereocheminės formulės cheminiai ryšiai, esantys brėžinio plokštumoje, pavaizduoti kaip taisyklinga linija; jungtys, esančios virš plokštumos - paryškintas pleištas arba paryškinta linija, o esanti pssh plokštuma - punktyrinis pleištas arba punktyrinė linija:
Perspektyvios formulės apibūdinkite erdvinę struktūrą plokštumoje, atsižvelgdami į molekulės išilgai vieną iš anglies-anglies jungčių. Išvaizda jie primena lentpjūvės ožkas:
Statant Newmano projekcijos formulėsį molekulę žiūrima vienos C–C jungties kryptimi taip, kad šį ryšį sudarantys atomai užstoja vienas kitą. Iš pasirinktos poros arčiausiai stebėtojo esantis anglies atomas pavaizduotas tašku, o tolimiausias - apskritimu. Artimiausio anglies atomo cheminiai ryšiai su kitais atomais vaizduojami linijomis, kylančiomis iš taško apskritimo centre, o tolimoji - iš apskritimo:
Yra Fišerio projekcijos formulės, kurios dažniausiai naudojamos optinių izomerų erdvinei struktūrai plokštumoje pavaizduoti.
5 paskaita
Tema "Izomerizmas ir jos rūšys"
Pamokos tipas: kombinuotas
Tikslas: 1. Atskleisti pagrindinę struktūros teorijos poziciją izomerijos reiškinio atžvilgiu. Pateikite bendrą idėją apie izomerijos tipus. Parodykite pagrindines struktūros teorijos raidos kryptis stereoizomerijos pavyzdžiu.
2. toliau formuoti gebėjimą sudaryti izomerų formules, suteikti medžiagoms pavadinimus pagal formules.
3. ugdyti pažintinį požiūrį į mokymąsi
Įranga: Stuart-Briegleb molekulių modeliai, spalvotas plastilinas, degtukai, pora pirštinių, kmynų sėklos, mėtinė kramtomoji guma, trys mėgintuvėliai.
Pamokos planas
pasisveikinimas, vardinis skambutis
Pagrindinių žinių tyrimas
Naujos medžiagos mokymasis:
Struktūros teorija ir izomerijos reiškinys;
Izomerijos rūšys;
Inkaravimas
Pamokos eiga
2. Pagrindinių žinių tyrimas: frontaliai
Pagal kokius kriterijus klasifikuojami organiniai junginiai, paaiškinkite naudodamiesi diagrama.
Kokios yra pagrindinės organinių junginių klasės, jų sandaros ypatumai
Atlikite pratimus Nr. 1 ir 2 §6. Vienas mokinys prie lentos, likusieji – sąsiuviniuose
3. Naujos medžiagos mokymasis: Struktūros teorija ir izomerijos reiškinys
Prisiminkite izomerijos ir izomerų apibrėžimą. Paaiškinkite jų egzistavimo priežastį.
Izomerijos reiškinį (iš graikų kalbos isos – skiriasi ir meros – dalis, dalis) 1823 m. atrado J. Liebigas ir F. Wehleris, pasitelkę dviejų neorganinių rūgščių druskų pavyzdį: cianinės ir žaibinės. NOSYS = N žydros spalvos; H-O-N = C barškantis
1830 metais J. Diuma izomerijos sampratą išplėtė ir organiniams junginiams. Terminas „izomeras“ atsirado po metų, jį pasiūlė J. Berzellius. Kadangi tuo metu tiek organinių, tiek neorganinių medžiagų sandaros srityje viešpatavo visiškas chaosas, atradimui nebuvo suteikta didelė reikšmė.
Mokslinį izomerijos reiškinio paaiškinimą A.M. Butlerovas pateikė struktūros teorijos rėmuose, o nei tipų teorija, nei radikalų teorija neatskleidė šio reiškinio esmės. A.M.Butlerovas izomerizmo priežastį įžvelgė tame, kad atomai izomerų molekulėse yra sujungti skirtinga tvarka. Struktūros teorija leido numatyti galimų izomerų skaičių ir jų struktūrą, o tai puikiai patvirtino ir pats A.M. Butlerovas, ir jo pasekėjai.
Izomerijos tipai: pateikite izomerų pavyzdį ir pasiūlykite požymį, pagal kurį būtų galima klasifikuoti izomerus?(Akivaizdu, kad bazė bus izomerų molekulių struktūra). Aš paaiškinu medžiagą naudodamas diagramą:
Yra du izomerijos tipai: struktūrinė ir erdvinė (stereoizomerija). Struktūriniai izomerai yra tie, kurie turi skirtingą atomų jungimosi tvarką molekulėje. Erdviniai izomerai turi tuos pačius pakaitus kiekviename anglies atome, tačiau skiriasi tarpusavio išsidėstymu erdvėje.
Struktūrinė izomerija yra trijų tipų: tarpklasinė izomerija, susijusi su anglies skeleto struktūra, ir funkcinės grupės arba daugybinio ryšio padėties izomerija.
Tarpklasiniai izomerai turi skirtingas funkcines grupes ir priklauso skirtingoms organinių junginių klasėms, todėl tarpklasių izomerų fizinės ir cheminės savybės labai skiriasi.
Anglies skeleto izomerija jums jau pažįstama, fizikinės savybės skiriasi, o cheminės savybės panašios, nes šios medžiagos priklauso tai pačiai klasei.
Funkcinės grupės padėties arba kelių ryšių padėties izomerija. Tokių izomerų fizinės savybės yra skirtingos, tačiau cheminės savybės yra panašios.
Geometrinė izomerija: turi skirtingas fizines konstantas, bet panašias chemines savybes
Optiniai izomerai yra vienas kito veidrodiniai atvaizdai; kaip dviejų delnų neįmanoma jų sudėti taip, kad derėtų.
4. Fiksavimas: atpažinti izomerus, nustatyti izomerijos tipą medžiagose, kurių formulės: atlikti 3 pratimą§ 7
O graikiškas μέρος - dalis, dalis), reiškinys, susidedantis iš tos pačios sudėties cheminių junginių, turinčių tą pačią molekulinę masę, bet skirtingos struktūros. Tokie junginiai vadinami izomerai. Struktūriniai skirtumai sąlygoja skirtingą atomų tarpusavio įtaką molekulėse ir iš anksto nulemia skirtingas izomerų fizines ir chemines savybes. Izomerizmas itin paplitęs organinėje chemijoje ir yra viena pagrindinių organinių junginių įvairovės ir gausos priežasčių. Neorganinėje chemijoje izomerija dažniausiai pasireiškia sudėtingiems junginiams.
Terminą „izomerizmas“ įvedė J. Berzelius 1830 m., užbaigdamas J. Liebigo ir F. Wöhlerio ginčą dėl dviejų medžiagų, kurios labai skiriasi savo savybėmis ir turi tą pačią AgCNO sudėtį – sidabro cianato ir fulminato, egzistavimo. dėl vyno ir vyno rūgščių tyrimų rezultatų. Izomerijos esmė vėliau buvo paaiškinta remiantis cheminės sandaros teorija.
Yra du pagrindiniai izomerijos tipai: struktūrinė ir erdvinė (stereoizomerija). Struktūriniai izomerai skiriasi atomų ryšių tvarka molekulėje, tai yra, jų chemine struktūra. Stereoizomerai (erdviniai izomerai), turintys tą pačią atomų ryšių tvarką molekulėje, skiriasi tarpusavio atomų išsidėstymu erdvėje.
Struktūrinė izomerija skirstoma į anglies skeleto izomerizmą (skeleto izomerizmą), padėties izomerizmą (pozicinę izomeriją), metamerizmą ir kitus tipus. Anglies skeleto izomerija atsiranda dėl skirtingos anglies atomų, sudarančių molekulės skeletą, ryšių tvarkos. Norint patikslinti izomerų struktūrines ypatybes, skeleto izomerija skirstoma į anglies grandinės izomerizmą, žiedo izomerizmą ir šoninės grandinės izomerizmą. Pavyzdžiui, anglies grandinės izomerija būdinga alkanams, pradedant nuo ketvirtojo C 4 H 10 homologinės serijos nario, kuris turi du struktūrinius izomerus: n-butaną CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 3 ir izobutaną (2-metilpropaną). ) CH3-CH (CH3)-CH3. Penktasis C 5 H 12 alkano serijos narys turi tris izomerus: CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH3 - n-pentaną, CH 3 -CH (CH 3) -CH 2 -CH 3 - izopentaną. (2-metilbutanas) ir neopentanas (2,2-dimetilpropanas) CH3-C (CH3)2-CH3. Grandinei ilgėjant, galimų izomerų skaičius sparčiai didėja. Taigi alkanams, kurių sudėtis yra C 10 H 22, galimi 75 struktūriniai izomerai, C 13 H 28 - 802 izomerai, C 20 H 42 - daugiau nei 366 tūkst. izomerų. Alicikliniams junginiams būdinga žiedo izomerija ir šoninės grandinės izomerija. Pavyzdžiui, tarp skeleto izomerų (I-IV formulės) metilciklopentanas (I), cikloheksanas (II) ir propilciklopropanas (III) yra cikliniai izomerai, o propilciklopropanas (III) ir izopropilciklopropanas (IV) yra šoninės grandinės izomerai. Skeleto izomerų savybių skirtumai pasireiškia, pavyzdžiui, skirtinguose jų virimo taškuose (normalią anglies grandinę turintys izomerai verda aukštesnėje temperatūroje nei izomerai su šakotąja grandine), tankiu ir kitais n-alkanais, pvz. šakoti izomerai, turi mažesnį atsparumą detonacijai (žr. straipsnį Oktaninis skaičius), sudaro kompleksus su karbamidu (klatratai).
Padėties izomerija atsiranda dėl skirtingų funkcinių grupių, pakaitų arba kelių jungčių padėčių. Pavyzdžiui, padėties izomerai yra 1-propanolis CH3-CH2-CH2OH ir 2-propanolis CH3-CH(OH)-CH3, 1-butenas CH2 \u003d CH-CH2-CH3 ir 2- butenas CH3-CH=CH-CH3. Pakeitus funkcinės grupės padėtį, gali pasikeisti junginio klasė. Pavyzdžiui, padėties izomerai acetonas CH3-C(O)-CH3 ir propanalis CH3-CH2-CHO atitinkamai reiškia ketonus ir aldehidus. Struktūriniai izomerai su skirtingomis funkcinėmis grupėmis labai skiriasi cheminėmis savybėmis.
Metamerizmas atsiranda dėl skirtingų heteroatomo (O, N, S) padėčių grandinėje. Pavyzdžiui, metamerai yra metilo propilo eteris CH3O-CH2-CH2-CH3 ir dietilo eteris CH3-CH2-O-CH2-CH3, dietilaminas CH3-CH2-NH-CH2-CH. 3 ir CH3-NH-CH2-CH2-CH3-metilpropilaminas.
Dažnai izomerų skirtumus lemia keletas struktūrinių ypatybių. Pavyzdžiui, metilizopropilketonas (3-metil-2-butanonas) CH 3 -C (O) -CH (CH 3) 2 ir valerijono aldehidas (pentanalis) CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CHO skiriasi. anglies skeleto struktūra ir funkcinės grupės padėtis.
Ypatingas struktūrinės izomerijos tipas yra tautomerizmas (pusiausvyros dinaminė izomerija). Šiuo atveju izomerai, kurie skiriasi funkcinėmis grupėmis, lengvai pereina vienas į kitą, kol pasiekiama pusiausvyra, kai medžiagoje vienu metu yra tautomerų molekulių tam tikru santykiu.
Erdvinė izomerija skirstoma į geometrinę (cis, trans ir sin, antiizomeriją arba E, Z-izomeriją) ir optinę (enantiomeriją). Geometrinė izomerija būdinga junginiams, kuriuose yra dvigubų jungčių arba nearomatinių žiedų, kurie yra struktūriškai standūs molekulių fragmentai. Cis-izomerų atveju du pakaitai yra toje pačioje dvigubos jungties arba ciklo plokštumos pusėje, trans-izomerų - priešingose pusėse. Pavyzdžiui, geometriniai izomerai yra cis-2-butenas (V formulė) ir trans-2-butenas (VI), cis-1,2-dichlorciklopropanas (VII) ir trans-1,2-dichlorciklopropanas (VIII).
Būdingi skirtumai tarp cis-trans izomerų yra žemesnė cis-izomerų lydymosi temperatūra, žymiai geresnis tirpumas vandenyje ir ryškus dipolio momentas. Transizomerai paprastai yra stabilesni. Pavyzdžiui, žr. straipsnį Maleino ir fumaro rūgštys.
Geometrinė izomerija, stebima junginiams su dvigubomis jungtimis C=N (oksimai) ir N=N (azo-, azoksi junginiai), dažnai vadinama sin, antiizomerija. Pavyzdžiui, geometriniai izomerai yra antibenzaldoksimas (IX formulė) ir sin-benzaldoksimas (X); sin-azobenzenas (XI) ir anti-azobenzenas (XII).
Bendruoju atveju naudojama Ε,Z nomenklatūra. Z izomerų vyresni pakaitai (turintys didesnį atominį skaičių) yra vienoje dvigubos jungties arba ciklo pusėje, E izomerų – priešingose pusėse. Pavyzdžiui, geometriniai izomerai yra (Z)-1-brom-1-jodo-2-chloretilenas (XIII formulė) ir (E)-1-brom-1-jodo-2-chloretilenas (XIV).
Optinė izomerija būdinga junginiams, kurių molekulės turi chiralumo elementų, pavyzdžiui, asimetrinį (chiralinį) anglies atomą, prijungtą prie keturių skirtingų pakaitų. Pirmą kartą jį atrado L. Pasteur 1848 m., naudodamas vyno rūgščių pavyzdį, o J. H. van't Hoffas ir J. A. Le Belas paaiškino 1874 m., remdamasis sočiųjų junginių anglies atomų tetraedrinės konfigūracijos koncepcija. Molekulės, turinčios asimetrinį anglies atomą, gali būti pavaizduotos kaip du optiniai izomerai, kurių negalima sujungti erdvėje (ty jie yra susiję vienas su kitu kaip objektas su veidrodiniu vaizdu). Tokie veidrodiniai izomerai, kurie skiriasi tik priešingu tų pačių pakaitų išsidėstymu chiraliniame centre, vadinami enantiomerais (iš graikų έναντίος – priešinga ir μέρος – dalis). Pavyzdžiui, pieno rūgšties enantiomerai (XV ir XVI) gali būti pavaizduoti 3D formatu arba Fišerio formulėmis (žr. Cheminę nomenklatūrą).
Enantiomerai turi skirtingą biologinį aktyvumą; jiems taip pat būdingas optinis aktyvumas – gebėjimas veikti plokštumiškai poliarizuotą šviesą (pasukti poliarizacijos plokštumą). Enantiomerai sukasi poliarizacijos plokštumą tuo pačiu kampu, bet priešinga kryptimi, todėl jie vadinami optiniais antipodais.
Ilgą laiką enantiomerų konfigūracija buvo nustatyta, palyginti su žinomo standarto, kuris buvo gliceraldehido enantiomerai (D, L-sterinė serija), konfigūracija. Universalesnė yra R, S nomenklatūra (pasiūlyta R. Kahn, K. Ingold ir V. Prelog), kuri nustato absoliučią erdvinių izomerų konfigūraciją. Pagal R, S nomenklatūros taisykles pieno rūgšties enantiomerai (XV, XVI) yra atitinkamai (R)-pieno ir (S)-pieno rūgštys. D, L nomenklatūros vertimo į R, S sistemą taisyklių nėra, nes šiose nomenklatūrose naudojami skirtingi principai. Ryšys tarp absoliučios konfigūracijos ir optinio sukimosi parametrų nenustatytas.
Junginiams, kurių molekulėje yra n chiralinių centrų, galimų stereoizomerų skaičius yra 2 ". Tačiau, kai n ≥ 2, yra stereoizomerų, kurie skiriasi vienas nuo kito dalimi juose esančių chiralumo elementų. Tokie stereoizomerai, kurie nėra enantiomerai, yra vadinami diastereomerai (iš graikų δια ... - per, tarp, stereo... ir μέρος - dalis). ir XX yra enantiomerai, likusios poros (XVII ir XIX, XVII ir XX, XVIII ir XIX, XVIII ir XX) yra diastereomerai.
Atsiradus papildomiems simetrijos elementams (plokštumai, ašiai ar simetrijos centrui), gali sumažėti bendras stereoizomerų skaičius, taip pat optiškai aktyvių formų skaičius. Pavyzdžiui, vyno rūgštys turi tris stereoizomerus, iš kurių du yra optiškai aktyvūs: D-vyno rūgštis arba (2R,3R)-vyno rūgštis (XXI formulė) ir L-vyno rūgštis arba (2S,3S)-vyno rūgštis. (XXII), kurie yra enantiomerai. Jų diastereomeras – mezovyno rūgštis, arba (2R,3S)-vyno rūgštis (XXIII formulė, arba identiška XXIV konfigūracija), dėl simetrijos plokštumos buvimo (pažymėta punktyrine linija) yra optiškai neaktyvus – yra vadinamasis. intramolekulinis racematas.
Enantiomerų tarpusavio konversijos procesas vadinamas racemizavimu. Vienodo kiekio optinių antipodų mišinys – raceminis mišinys arba racematas neturi optinio aktyvumo. Stereoizomerijai skiriamas didelis dėmesys tiriant natūralius junginius ir biologiškai aktyvių medžiagų sintezę. Natūralios kilmės medžiagos, turinčios chiralumo elementų, turi tam tikrą stereokonfigūraciją, taip pat optinį aktyvumą. Kai cheminės sintezės sąlygomis (išskyrus asimetrinę sintezę) susidaro chiralinis centras, susidaro racematas; Norint išskirti enantiomerus, reikia naudoti sudėtingus racemato atskyrimo į optiškai aktyvius komponentus metodus.
Dėl vidinio molekulių sukimosi atsiranda konformaciniai izomerai arba konformeriai, kurie skiriasi molekulinių fragmentų sukimosi laipsniu apie vieną ar daugiau paprastų jungčių. Kai kuriais atvejais gali būti išskirti atskiri konformeriai, kartais dar vadinami rotaciniais izomerais. Konformacinė analizė naudojama konformerių susidarymui, savybių skirtumams ir reaktyvumui tirti.
Izomerai gali būti paverčiami vienas kitu izomerizacijos reakcijų metu.
Lit .: Potapov V. M. Stereochemija. 2-asis leidimas M., 1988; Traven VF organinė chemija. M., 2004. T. 1.
ἴσος - lygus + μέρος - dalis, dalis) - reiškinys, susidedantis iš cheminių junginių egzistavimo - izomerai, – identiškos atominės sudėties ir molekulinės masės, tačiau skiriasi atomų struktūra arba išsidėstymu erdvėje ir dėl to savybėmis.Enciklopedinis „YouTube“.
1 / 5
Sočiųjų angliavandenilių izomerizmas ir nomenklatūra
1.1. Alkanai: struktūra, nomenklatūra, izomerija. Pasiruošimas chemijos egzaminui
Izomerijos rūšys
Stereoizomerai, enantiomerai, diastereomerai, struktūriniai izomerai, mezo junginiai
Nr. 42. Organinė chemija. 12 tema. Halogenų dariniai. 1 dalis. Nomenklatūra, izomerija
Subtitrai
Istorinė informacija
Šis izomerijos tipas skirstomas į enantiomerai(optinė izomerija) ir diastereomerija.
Enantiomerizmas (optinė izomerija)
Enantiomerų tarpusavio virsmo procesas vadinamas racemizacijos: dėl to išnyksta optinis aktyvumas, nes susidaro ekvimolinis (-)- ir (+)-formų mišinys, tai yra racematas. Dėl diastereomerų tarpusavio konversijos susidaro mišinys, kuriame vyrauja termodinamiškai stabilesnė forma. π-diastereomerų atveju tai dažniausiai yra trans forma. Konformacinių izomerų tarpusavio konversija vadinama konformacine pusiausvyra.
Izomerijos reiškinys labai prisideda prie žinomų (o dar labiau - potencialiai galimų) junginių skaičiaus augimo. Taigi galimas struktūrinių izomerinių decilo alkoholių skaičius yra daugiau nei 500 (iš jų žinoma apie 70), erdvinių izomerų yra daugiau nei 1500.
Teoriškai nagrinėjant izomerijos problemas, vis labiau plinta topologiniai metodai; buvo išvestos matematinės formulės izomerų skaičiui apskaičiuoti.
Kitas pavyzdys buvo vyno ir vyno rūgštys, po kurių tyrimo J. Berzelius įvedė terminą izomerija ir pasiūlė, kad skirtumai kyla dėl „skirtingo paprastų atomų pasiskirstymo sudėtingame atome“ (t. y. molekulėje). Tikrasis izomerijos paaiškinimas buvo gautas tik XIX amžiaus II pusėje. remiantis A. M. Butlerovo cheminės struktūros teorija (struktūrinė izomerija) ir J. G. van't Hoffo stereochemine teorija (erdvinė izomerija).
Struktūrinė izomerija
Struktūrinė izomerija yra cheminės struktūros skirtumų rezultatas. Šis tipas apima:
Angliavandenilių grandinės izomerizmas (anglies skeletas)
Anglies skeleto izomerija dėl skirtingos anglies atomų surišimo tvarkos. Paprasčiausias pavyzdys yra butanas CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 3 ir izobutanas (CH 3) 3 CH. Dr. pavyzdžiai: antracenas ir fenantrenas (atitinkamai I ir II formulės), ciklobutanas ir metilciklopropanas (III ir IV).
Valentinė izomerija
Valentinė izomerija (ypatinga struktūrinės izomerijos rūšis), kurioje izomerai gali virsti vienas kitu tik perskirstant ryšius. Pavyzdžiui, benzeno (V) valentiniai izomerai yra bicikloheksa-2,5-dienas (VI, „Diuaro benzenas“), prizmanas (VII, „Ladenburgo benzenas“), benzvalenas (VIII).
Funkcinės grupės izomerija
Jis skiriasi funkcinės grupės pobūdžiu. Pavyzdys: etanolis (CH3-CH2-OH) ir dimetilo eteris (CH3-O-CH3)
padėties izomerija
Struktūrinės izomerijos tipas, kuriam būdingas tų pačių funkcinių grupių arba dvigubų jungčių, turinčių tą patį anglies skeletą, padėties skirtumai. Pavyzdys: 2-chlorbutano rūgštis ir 4-chlorbutano rūgštis.
Erdvinė izomerija (stereoizomerija)
Enantiomerizmas (optinė izomerija)
Erdvinė izomerija (stereoizomerija) atsiranda dėl tos pačios cheminės struktūros molekulių erdvinės konfigūracijos skirtumų. Šio tipo izomerai skirstomi į enantiomerai(optinė izomerija) ir diastereomerija.
Enantiomerai (optiniai izomerai, veidrodiniai izomerai) yra medžiagų optinių antipodų poros, kurioms būdingi priešingo ženklo ir vienodo dydžio šviesos poliarizacijos plokštumos sukimai su visomis kitomis fizinėmis ir cheminėmis savybėmis (išskyrus reakcijas su kitomis medžiagomis). optiškai aktyvios medžiagos ir fizinės savybės chiralinėje terpėje). Būtina ir pakankama optinių antipodų atsiradimo priežastis yra molekulės ir vienos iš šių taškų simetrijos grupių C priskyrimas. n, D n, T, O, I (Chirality). Dažniausiai mes kalbame apie asimetrinį anglies atomą, tai yra, atomą, susijusį su keturiais skirtingais pakaitais, pavyzdžiui:
Kiti atomai taip pat gali būti asimetriški, pavyzdžiui, silicio, azoto, fosforo ir sieros atomai. Asimetrinio atomo buvimas nėra vienintelė enantiomerų priežastis. Taigi adamantano (IX), feroceno (X), 1,3-difenilaleno (XI), 6,6"-dinitro-2,2"-difeno rūgšties (XII) dariniai turi optinius antipodus. Pastarojo junginio optinio aktyvumo priežastis yra atropizomerija, tai yra erdvinė izomerija, kurią sukelia sukimosi aplink vieną jungtį stoka. Enantiomerizmas taip pat pasireiškia spiralinėse baltymų, nukleorūgščių, heksahelyceno (XIII) konformacijose.
(R)-, (S)- optinių izomerų nomenklatūra (pavadinimo taisyklė)
Keturioms grupėms, prijungtoms prie asimetrinio anglies atomo C abcd, priskiriamas skirtingas eiliškumas, atitinkantis seką: a>b>c>d. Paprasčiausiu atveju senumas nustatomas pagal atomo, prijungto prie asimetrinio anglies atomo, eilės numerį: Br(35), Cl(17), S(16), O(8), N(7), C(6). ), H(1) .
Pavyzdžiui, bromchloracto rūgštyje:
Asimetrinio anglies atomo pakaitų eiliškumas yra toks: Br(a), Cl(b), COOH grupės C (c), H(d).
Butanolyje-2 deguonis yra pagrindinis pakaitalas (a), vandenilis yra jaunesnysis pakaitalas (d):
Būtina išspręsti CH 3 ir CH 2 CH 3 pakaitų klausimą. Šiuo atveju stažą lemia kitų grupės atomų serijos numeris arba numeriai. Pirmenybė išlieka etilo grupei, nes joje pirmasis C atomas yra prijungtas prie kito C(6) atomo ir su kitais H(1) atomais, o metilo grupėje anglis yra prijungta prie trijų H atomų, kurių atominis skaičius 1 Sudėtingesniais atvejais toliau lyginkite visus atomus, kol jie pasieks atomus su skirtingais serijos numeriais. Jei yra dvigubos arba trigubos jungtys, tada prie jų prisijungę atomai laikomi atitinkamai dviem ir trimis atomais. Taigi -COH grupė laikoma C (O, O, H), o -COOH grupė laikoma C (O, O, OH); karboksilo grupė yra senesnė už aldehido grupę, nes joje yra trys atomai, kurių eilės numeris yra 8.
D-gliceraldehide OH(a) grupė yra didžiausia, po to seka CHO(b), CH2OH(c) ir H(d):
Kitas žingsnis – nustatyti, ar grupių išsidėstymas teisingas, R (lot. rectus), ar kairysis, S (lot. sinister). Pereinant prie atitinkamo modelio, jis yra orientuotas taip, kad mažoji grupė (d) perspektyvos formulėje būtų apačioje, o tada žiūrima iš viršaus išilgai ašies, einančios per tamsuotą tetraedro ir grupės (d) paviršių. D-gliceraldehido grupėje
yra sukimosi dešine kryptimi, todėl turi R konfigūraciją:
(R)-gliceraldehidas
Skirtingai nuo D,L nomenklatūros, (R)- ir (S)-izomerų pavadinimai pateikiami skliausteliuose.
diastereomerija
σ-diastereomerija
Bet koks erdvinių izomerų derinys, nesudarantis optinių antipodų poros, laikomas diastereomeriniu. Yra σ ir π-diastereomerai. σ-diasteromerai skiriasi vienas nuo kito kai kurių juose esančių chiralumo elementų konfigūracija. Taigi, diasteriomerai yra (+)-vyno rūgštis ir mezo-vyno rūgštis, D-gliukozė ir D-mannozė, pavyzdžiui:
Kai kurioms diastereomerijos rūšims buvo įvesti specialūs pavadinimai, pavyzdžiui, treo- ir eritroizomerai yra diastereomerizmas su dviem asimetriniais anglies atomais ir tarpais, pakaitų išsidėstymas prie šių atomų, primenantis atitinkamą treozę (susiję pakaitai yra ant priešingos pusės Fisherio projekcijos formulėse) ir eritozė (pavaduotojai – vienoje pusėje):
Eritro izomerai, kurių asimetriniai atomai yra prijungti prie tų pačių pakaitų, vadinami mezo formomis. Jie, skirtingai nei kiti σ-diastereomerai, yra optiškai neaktyvūs dėl intramolekulinės kompensacijos, susijusios su dviejų identiškų priešingos konfigūracijos asimetrinių centrų šviesos poliarizacijos plokštumos sukimosi. Diastereomerų poros, kurios skiriasi vieno iš kelių asimetrinių atomų konfigūracija, vadinamos epimerais, pavyzdžiui:
Sąvoka „anomerai“ reiškia diastereomerinių monosacharidų porą, besiskiriančią glikozidinio atomo konfigūracija ciklinėje formoje, pavyzdžiui, α-D- ir β-D-gliukozė yra anomeriniai.
π-diastereomerizmas (geometrinė izomerija)
π-diasteriomerai, dar vadinami geometriniais izomerai, skiriasi vienas nuo kito skirtingu erdviniu pakaitų išsidėstymu dvigubos jungties (dažniausiai C=C ir C=N) arba žiedo plokštumos atžvilgiu. Tai apima, pavyzdžiui, maleino ir fumaro rūgštis (atitinkamai XIV ir XV formulės), (E)- ir (Z)-benzaldoksimus (XVI ir XVII), cis- ir trans-1,2-dimetilciklopentanus (XVIII ir XIX). .
konformeriai. Tautomers
Šis reiškinys yra neatsiejamai susijęs su jo stebėjimo temperatūros sąlygomis. Taigi, pavyzdžiui, chlorocikloheksanas kambario temperatūroje egzistuoja dviejų konformerių pusiausvyros mišinio pavidalu - su pusiaujo ir ašine chloro atomo orientacija:
Tačiau esant minus 150 °C temperatūrai, galima išskirti atskirą a formą, kuri tokiomis sąlygomis elgiasi kaip stabilus izomeras.
Kita vertus, junginiai, kurie normaliomis sąlygomis yra izomerai, gali pasirodyti esantys pusiausvyroje kylant temperatūrai. Pavyzdžiui, 1-brompropanas ir 2-brompropanas yra struktūriniai izomerai, tačiau temperatūrai pakilus iki 250 °C tarp jų nusistovi tautomerams būdinga pusiausvyra.
Izomerai, kurie virsta vienas kitu žemesnėje nei kambario temperatūroje, gali būti laikomi nestandžiomis molekulėmis.
Konformerių egzistavimas kartais vadinamas „sukimosi izomerija“. Tarp dienų išskiriami s-cis- ir s-trans izomerai, kurie iš esmės yra konformeriai, atsirandantys sukantis aplink paprastą (s-viengubą) jungtį:
Izomerizmas būdingas ir koordinaciniams junginiams. Taigi junginiai, kurie skiriasi ligandų koordinavimo būdu (jonizacijos izomerija), yra izomeriniai, pavyzdžiui, yra izomeriniai:
SO 4 - ir + Br -
Čia iš esmės yra analogija su organinių junginių struktūrine izomerija.
Cheminiai virsmai, kurių metu struktūriniai izomerai virsta vienas kitu, vadinami izomerizacija. Tokie procesai yra svarbūs pramonėje. Taigi, pavyzdžiui, normalių alkanų izomerizacija į izoalkanus atliekama siekiant padidinti variklių degalų oktaninį skaičių; pentanas izomerizuojamas į izopentaną, kad vėliau būtų dehidrinamas iki izopreno. Intramolekuliniai persitvarkymai taip pat yra izomerizacijos, iš kurių, pavyzdžiui, didelę reikšmę turi cikloheksanono oksimo pavertimas kaprolaktamu – žaliava kaprono gamybai.
