Pozičná izoméria. Izoméria a jej typy
Štrukturálne izoméry- Sú to zlúčeniny, ktoré majú rovnaký molekulový vzorec, ale líšia sa od seba v poradí viazania atómov v molekule.
Štrukturálna izoméria sa ďalej delí na izomériu uhlíkového reťazca, izomériu polohy a izomériu funkčných skupín.
Izoméria uhlíkového reťazca. V dôsledku rozdielnej postupnosti viazania atómov, ktoré tvoria uhlíkovú kostru molekuly. Napríklad pre alkán so zložením C4H10 možno zapísať dva izoméry;
Pre organické zlúčeniny s cyklickou štruktúrou môže byť reťazová izoméria spôsobená veľkosťou cyklu.
polohová izoméria v dôsledku rôznych polôh funkčných skupín, substituentov alebo viacnásobných väzieb v molekule.
Izoméria funkcionálu: skupiny v dôsledku prítomnosti v izoméroch rovnakého zloženia funkčných skupín rôzneho charakteru.
PRIESTOROVÁ IZOMERIA (STEREOIZOMERIA)
Priestorové izoméry- sú to zlúčeniny, ktoré majú rovnaký molekulový vzorec, rovnaké poradie väzby atómov v molekule, ale navzájom sa líšia usporiadaním atómov v priestore.
Priestorové izoméry sa tiež nazývajú stereoizoméry a (z gréckeho stereos - priestorové).
Priestorová izoméria sa delí na konfiguračnú a konformačnú.
Ale predtým, než pristúpime k úvahám o týchto typoch stereoizomérie, zastavme sa pri spôsoboch zobrazenia priestorovej štruktúry molekúl organických zlúčenín.
Na zobrazenie priestorovej štruktúry molekúl, ich konfigurácie alebo konformácie sa používajú molekulárne modely a špeciálne stereoformule.
Molekulové modely - vizuálne znázornenie molekúl organických a anorganických zlúčenín, ktoré umožňuje posúdiť relatívnu polohu atómov, ktoré tvoria molekulu.
Najčastejšie sa používajú tri hlavné typy modelov: sférický (modely Kekule-Vant-Hoff), skeletový (modely Dryding-g) a pologuľový (modely Stuart-Briegleb) Modely umožňujú posudzovať nielen vzájomné usporiadanie atómov v molekuly, ale sú vhodné a brať do úvahy väzbové uhly a možnosť rotácie okolo jednoduchých väzieb. Modely sušenia zohľadňujú aj medziatómové vzdialenosti, zatiaľ čo modely Stewart-Briegleb odrážajú aj objemy atómov. Obrázok nižšie ukazuje modely molekúl etánu a etylénu.
Ryža. 3.1. Modely molekúl etánu (vľavo) a etylénu (vpravo); a - loptička a palica; b - Sušenie; v – pologuľový (Stuart-Brigleb)
stereo vzorce. Na zobrazenie priestorovej štruktúry molekuly v rovine sa najčastejšie používajú stereochemické a perspektívne vzorce, ako aj vzorce Newmanovej projekcie.
AT stereochemické vzorce chemické väzby umiestnené v rovine výkresu sú znázornené ako pravidelná čiara; spojenia umiestnené nad rovinou - tučný klin alebo tučná čiara a umiestnená rovina pssh - prerušovaný klin alebo prerušovaná čiara:
Sľubné vzorce opísať priestorovú štruktúru v rovine, berúc do úvahy molekulu pozdĺž jednej z väzieb uhlík-uhlík. Vo vzhľade sa podobajú kozám na píle:
Pri stavbe Newmanove projekčné vzorce molekula sa pozerá v smere jednej väzby C–C tak, že atómy tvoriace túto väzbu sa navzájom zakrývajú. Z vybraného páru je atóm uhlíka najbližšie k pozorovateľovi znázornený bodkou a najvzdialenejší krúžkom. Chemické väzby najbližšieho atómu uhlíka s inými atómami sú znázornené čiarami vychádzajúcimi z bodu v strede kruhu a vzdialeným - od kruhu:
Existujú Fisherove projekčné vzorce, ktoré sa zvyčajne používajú na zobrazenie priestorovej štruktúry optických izomérov v rovine.
Prednáška č. 5
Téma "Izoméria a jej typy"
Typ lekcie: kombinovaná
Cieľ: 1. Odhaliť hlavné postavenie teórie štruktúry k fenoménu izomérie. Uveďte všeobecnú predstavu o typoch izomérie. Ukážte hlavné smery vývoja teórie štruktúry na príklade stereoizomérie.
2. pokračovať vo formovaní schopnosti zostavovať vzorce izomérov, pomenovať látky podľa vzorcov.
3. pestovať kognitívny postoj k učeniu
Vybavenie: Modely molekúl Stuart-Briegleb, farebná plastelína, zápalky, pár rukavíc, semienka rasce, mätová žuvačka, tri skúmavky.
Plán lekcie
pozdrav, hovor
Prehľad základných vedomostí
Učenie nového materiálu:
Teória štruktúry a fenomén izomérie;
Typy izomérie;
Ukotvenie
Pokrok v lekcii
2. Prehľad základných vedomostí: frontálne
Podľa akých kritérií sa organické zlúčeniny klasifikujú, vysvetlite pomocou diagramu.
Aké sú hlavné triedy organických zlúčenín, vlastnosti ich štruktúry
Vykonajte cvičenie č.1 a 2 §6. Jeden žiak pri tabuli, zvyšok v zošitoch
3. Učenie sa nového materiálu: Teória štruktúry a fenomén izomérie
Pripomeňme si definíciu izomérie a izomérov. Vysvetlite dôvod ich existencie.
Fenomén izomérie (z gréckeho isos - rozdielny a meros - podiel, časť) objavili v roku 1823 J. Liebig a F. Wehler na príklade solí dvoch anorganických kyselín: kyánovej a fulminantnej. NOS = N azúrová; H-O-N = C hrkanie
V roku 1830 J. Dumas rozšíril pojem izoméria na organické zlúčeniny. Termín "izomér" sa objavil o rok neskôr a navrhol ho J. Berzellius. Keďže v oblasti štruktúry organických aj anorganických látok vtedy vládol úplný chaos, objavu sa neprikladal veľký význam.
Vedecké vysvetlenie fenoménu izomérie podal A.M. Butlerov v rámci teórie štruktúry, pričom ani teória typov, ani teória radikálov neodhalili podstatu tohto fenoménu. A.M. Butlerov videl príčinu izomérie v tom, že atómy v molekulách izomérov sú spojené v inom poradí. Teória štruktúry umožnila predpovedať počet možných izomérov a ich štruktúru, čo v praxi bravúrne potvrdil aj samotný A.M.Butlerov a jeho nasledovníci.
Typy izomérií: uveďte príklad izomérov a navrhnite znak, podľa ktorého by sa dali izoméry klasifikovať?(Je zrejmé, že základom bude štruktúra molekúl izomérov). Materiál vysvetľujem pomocou schémy:
Existujú dva typy izomérie: štrukturálna a priestorová (stereoizoméria). Štrukturálne izoméry sú tie, ktoré majú rozdielne poradie viazania atómov v molekule. Priestorové izoméry majú rovnaké substituenty na každom atóme uhlíka, líšia sa však vzájomným usporiadaním v priestore.
Štrukturálna izoméria je troch typov: medzitriedna izoméria spojená so štruktúrou uhlíkového skeletu a izoméria polohy funkčnej skupiny alebo viacnásobnej väzby.
Medzitriedne izoméry obsahujú rôzne funkčné skupiny a patria do rôznych tried organických zlúčenín, a preto sa fyzikálne a chemické vlastnosti medzitriednych izomérov výrazne líšia.
Izoméria uhlíkového skeletu je vám už známa, fyzikálne vlastnosti sú odlišné a chemické vlastnosti sú podobné, pretože tieto látky patria do rovnakej triedy.
Izoméria polohy funkčnej skupiny alebo polohy viacnásobných väzieb. Fyzikálne vlastnosti takýchto izomérov sú odlišné, ale chemické vlastnosti sú podobné.
Geometrická izoméria: majú rôzne fyzikálne konštanty, ale podobné chemické vlastnosti
Optické izoméry sú vzájomnými zrkadlovými obrazmi; ako dve dlane, nie je možné ich spojiť tak, aby sa k sebe hodili.
4. Fixácia: rozpoznať izoméry, určiť typ izomérie v látkach, ktorých vzorce: vykonať cvičenie 3§ 7
A grécke μέρος - podiel, časť), jav spočívajúci v existencii chemických zlúčenín rovnakého zloženia s rovnakou molekulovou hmotnosťou, ale líšiacich sa štruktúrou. Takéto zlúčeniny sa nazývajú izoméry. Štrukturálne rozdiely spôsobujú rozdielne vzájomné ovplyvňovanie atómov v molekulách a predurčujú rozdielne fyzikálne a chemické vlastnosti izomérov. Izoméria je v organickej chémii mimoriadne bežná a je jedným z hlavných dôvodov rozmanitosti a množstva organických zlúčenín. V anorganickej chémii sa izoméria vyskytuje hlavne pri komplexných zlúčeninách.
Pojem „izoméria“ zaviedol J. Berzelius v roku 1830, čím sa zavŕšil spor medzi J. Liebigom a F. Wöhlerom o existencii dvoch látok, ktoré sa výrazne líšia vlastnosťami a majú rovnaké zloženie AgCNO – kyanatan strieborný a fulminát, a na základe o výsledkoch výskumu kyseliny vínnej a vínnej. Podstata izomérie bola neskôr vysvetlená na základe teórie chemickej štruktúry.
Existujú dva hlavné typy izomérie: štrukturálna a priestorová (stereoizoméria). Štrukturálne izoméry sa líšia v poradí väzieb atómov v molekule, to znamená v ich chemickej štruktúre. Stereoizoméry (priestorové izoméry) s rovnakým poradím väzieb atómov v molekule sa líšia vzájomným usporiadaním atómov v priestore.
Štrukturálna izoméria sa delí na izomériu uhlíkového skeletu (skeletálna izoméria), polohovú izomériu (pozičná izoméria), metamériu a ďalšie typy. Izoméria uhlíkovej kostry je spôsobená rozdielnym poradím väzieb atómov uhlíka, ktoré tvoria kostru molekuly. Na špecifikáciu štruktúrnych vlastností izomérov sa skeletálna izoméria delí na izomériu uhlíkového reťazca, kruhovú izomériu a izomériu postranného reťazca. Napríklad izoméria uhlíkového reťazca je charakteristická pre alkány počnúc štvrtým členom homologickej série C4H10, ktorá má dva štruktúrne izoméry: n-bután CH3-CH2-CH2-CH3 a izobután (2-metylpropán )CH3-CH(CH3)-CH3. Piaty člen alkánovej série C5H12 má tri izoméry: CH3-CH2-CH2-CH2-CH3-n-pentán, CH3-CH(CH3)-CH2-CH3-izopentán (2-metylbután) a neopentán (2,2-dimetylpropán) CH3-C(CH3)2-CH3. S predlžovaním reťazca sa počet možných izomérov rýchlo zvyšuje. Takže pre alkány so zložením C10H22 je možných 75 štruktúrnych izomérov, pre C13H28 - 802 izoméry, pre C20H42 - viac ako 366 tisíc izomérov. Alicyklické zlúčeniny sú charakterizované izomériou kruhu a izomériou bočného reťazca. Napríklad medzi skeletálnymi izomérmi (vzorce I-IV) sú metylcyklopentán (I), cyklohexán (II) a propylcyklopropán (III) cyklické izoméry a propylcyklopropán (III) a izopropylcyklopropán (IV) sú izoméry bočného reťazca. Rozdiely vo vlastnostiach skeletálnych izomérov sa prejavujú v rozdiele ich teplôt varu (izoméry s normálnym uhlíkovým reťazcom vrú pri vyššej teplote ako izoméry s rozvetveným reťazcom), hustoty a iných n-alkánov, napr. rozvetvené izoméry, majú nižšiu detonačnú odolnosť (pozri článok Oktánové číslo), tvoria komplexy s močovinou (klatráty).
Polohová izoméria je spôsobená rôznymi polohami funkčných skupín, substituentov alebo viacnásobných väzieb. Napríklad pozičné izoméry sú 1-propanol CH3-CH2-CH2OH a 2-propanol CH3-CH(OH)-CH3, 1-butén CH2 \u003d CH-CH2-CH3 a 2- butén CH3-CH=CH-CH3. Zmena polohy funkčnej skupiny môže viesť k zmene triedy zlúčeniny. Napríklad pozičné izoméry acetón CH3-C(0)-CH3 a propanal CH3-CH2-CHO sa týkajú ketónov a aldehydov. Štrukturálne izoméry s rôznymi funkčnými skupinami sa značne líšia v chemických vlastnostiach.
Metaméria je spôsobená rôznymi polohami heteroatómu (O, N, S) v reťazci. Napríklad metaméry sú metylpropyléter CH30-CH2-CH2-CH3 a dietyléter CH3-CH2-0-CH2-CH3, dietylamín CH3-CH2-NH-CH2-CH 3 a CH3-NH-CH2-CH2-CH3-metylpropylamín.
Rozdiely v izoméroch sú často určené niekoľkými štruktúrnymi znakmi. Napríklad metylizopropylketón (3-metyl-2-butanón) CH3-C(0)-CH(CH3)2 a aldehyd valérovej kyseliny (pentanal) CH3-CH2-CH2-CH2-CHO sa od seba líšia iné ako štruktúra uhlíkového skeletu a poloha funkčnej skupiny.
Špeciálnym typom štruktúrnej izomérie je tautoméria (rovnovážna dynamická izoméria). V tomto prípade izoméry, ktoré sa líšia funkčnými skupinami, ľahko prechádzajú jeden do druhého, kým sa nedosiahne rovnováha, pri ktorej látka súčasne obsahuje molekuly tautoméru v určitom pomere.
Priestorová izoméria sa delí na geometrickú (cis, trans a syn, anti-izoméria alebo E, Z-izoméria) a optickú (enantioméria). Geometrická izoméria je charakteristická pre zlúčeniny obsahujúce dvojité väzby alebo nearomatické kruhy, čo sú štruktúrne tuhé fragmenty molekúl. Pre cis-izoméry sú dva substituenty umiestnené na rovnakej strane roviny dvojitej väzby alebo cyklu, pre trans-izoméry - na opačných stranách. Napríklad geometrické izoméry sú cis-2-butén (vzorec V) a trans-2-butén (VI), cis-1,2-dichlórcyklopropán (VII) a trans-1,2-dichlórcyklopropán (VIII).
Charakteristickými rozdielmi medzi cis-trans izomérmi sú nižšia teplota topenia cis-izomérov, výrazne lepšia rozpustnosť vo vode a výrazný dipólový moment. Trans izoméry sú zvyčajne stabilnejšie. Pozri napríklad článok Kyselina maleínová a fumarová.
Geometrický izoméria pozorovaná pre zlúčeniny s dvojitými väzbami C=N (oxímy) a N=N (azo-, azoxyzlúčeniny) sa často nazýva syn, anti-izoméria. Napríklad geometrické izoméry sú anti-benzaldoxím (vzorec IX) a syn-benzaldoxím (X); syn-azobenzén (XI) a anti-azobenzén (XII).
Vo všeobecnom prípade sa používa nomenklatúra Ε,Z. Pre Z-izoméry sú staršie substituenty (s vyšším atómovým číslom) umiestnené na jednej strane dvojitej väzby alebo cyklu, pre E-izoméry - na opačných stranách. Napríklad geometrické izoméry sú (Z)-1-bróm-1-jód-2-chlóretylén (vzorec XIII) a (E)-1-bróm-1-jód-2-chlóretylén (XIV).
Optická izoméria je charakteristická pre zlúčeniny, ktorých molekuly majú prvky chirality, ako je napríklad asymetrický (chirálny) atóm uhlíka naviazaný na štyri rôzne substituenty. Prvýkrát ju objavil L. Pasteur v roku 1848 na príklade kyseliny vínnej a vysvetlil ju J. H. van't Hoff a J. A. Le Bel v roku 1874 na základe koncepcie tetraedrickej konfigurácie atómov uhlíka v nasýtených zlúčeninách. Molekuly obsahujúce asymetrický atóm uhlíka môžu byť reprezentované ako dva optické izoméry, ktoré sa nedajú kombinovať v priestore (t. j. sa vzťahujú k sebe ako objekt k svojmu zrkadlovému obrazu). Takéto zrkadlové izoméry, ktoré sa líšia iba opačným usporiadaním tých istých substituentov na chirálnom centre, sa nazývajú enantioméry (z gréckeho έναντίος - opak a μέρος - časť). Napríklad enantioméry kyseliny mliečnej (XV a XVI) môžu byť reprezentované v 3D alebo ako Fisherove vzorce (pozri Chemickú nomenklatúru).
Enantioméry majú rôzne biologické aktivity; vyznačujú sa aj optickou aktivitou – schopnosťou pôsobiť na rovinne polarizované svetlo (otáčať rovinu polarizácie). Enantioméry otáčajú rovinu polarizácie o rovnaký uhol, ale v opačnom smere, a preto sa nazývajú optické antipódy.
Konfigurácia enantiomérov sa dlho určovala vzhľadom na konfiguráciu známeho štandardu, ktorým boli enantioméry glyceraldehydu (D, L-sterický rad). Univerzálnejšia je nomenklatúra R, S (návrh R. Kahna, K. Ingolda a V. Preloga), ktorá stanovuje absolútnu konfiguráciu priestorových izomérov. V súlade s pravidlami nomenklatúry R, S sú enantioméry kyseliny mliečnej (XV, XVI) kyselina (R)-mliečna a (S)-mliečna. Neexistujú žiadne pravidlá na preklad nomenklatúry D, L do systému R, S, pretože tieto nomenklatúry používajú odlišné princípy. Nebolo vytvorené žiadne spojenie medzi absolútnou konfiguráciou a parametrami optickej rotácie.
Pre zlúčeniny, ktoré majú n chirálnych centier v molekule, je počet možných stereoizomérov 2". Avšak pri n ≥ 2 existujú stereoizoméry, ktoré sa navzájom líšia v časti prvkov chirality, ktoré obsahujú. Takéto stereoizoméry, ktoré nie sú enantiomérmi, sú nazývané diastereoméry (z gréckeho δια ... - cez, medzi, stereo... a μέρος - časť). a XX sú enantioméry, zvyšné páry (XVII a XIX, XVII a XX, XVIII a XIX, XVIII a XX) sú diastereoméry.
S objavením sa ďalších prvkov symetrie (rovina, os alebo stred symetrie) sa môže znížiť celkový počet stereoizomérov, ako aj počet opticky aktívnych foriem. Napríklad kyseliny vínne majú tri stereoizoméry, z ktorých dva sú opticky aktívne: kyselina D-vínna alebo kyselina (2R,3R)-vínna (vzorec XXI) a kyselina L-vínna alebo kyselina (2S,3S)-vínna (XXII), čo sú enantioméry. Ich diastereomér – kyselina mezovínna, alebo kyselina (2R,3S)-vínna (vzorec XXIII, resp. identická konfigurácia XXIV), je vďaka prítomnosti roviny symetrie (označenej bodkovanou čiarou) opticky neaktívny – je tzv. intramolekulárny racemát.
Proces vzájomnej premeny enantiomérov sa nazýva racemizácia. Zmes rovnakých množstiev optických antipódov - racemická zmes, alebo racemát, nemá optickú aktivitu. Stereoizomérii sa venuje veľká pozornosť pri štúdiu prírodných zlúčenín a syntéze biologicky aktívnych látok. Látky prírodného pôvodu obsahujúce prvky chirality majú určitú stereokonfiguráciu, ako aj optickú aktivitu. Keď sa v podmienkach chemickej syntézy vytvorí chirálne centrum (s výnimkou asymetrickej syntézy), vytvorí sa racemát; izolácia enantiomérov vyžaduje použitie zložitých metód na separáciu racemátu na opticky aktívne zložky.
V dôsledku vnútornej rotácie molekúl vznikajú konformačné izoméry alebo konforméry, ktoré sa líšia v stupni rotácie molekulových fragmentov okolo jednej alebo viacerých jednoduchých väzieb. V niektorých prípadoch môžu byť izolované jednotlivé konforméry, niekedy nazývané aj rotačné izoméry. Konformačná analýza sa používa na štúdium tvorby, rozdielov vo vlastnostiach a reaktivite konformérov.
Izoméry sa môžu navzájom premieňať izomerizačnými reakciami.
Lit .: Potapov V. M. Stereochémia. 2. vyd. M., 1988; Traven VF Organická chémia. M., 2004. T. 1.
ἴσος - rovné + μέρος - podiel, časť) - jav spočívajúci v existencii chemických zlúčenín - izoméry, - identické v atómovom zložení a molekulovej hmotnosti, ale líšia sa štruktúrou alebo usporiadaním atómov v priestore a v dôsledku toho aj vlastnosťami.Encyklopedický YouTube
1 / 5
Izoméria a nomenklatúra nasýtených uhľovodíkov
1.1. Alkány: Štruktúra, nomenklatúra, izoméria. Príprava na skúšku z chémie
Typy izomérie
Stereoizoméry, enantioméry, diastereoméry, štruktúrne izoméry, mezozlúčeniny
Číslo 42. Organická chémia. Téma 12. Halogénderiváty. Časť 1. Nomenklatúra, izoméria
titulky
Historické informácie
Tento typ izomérie sa ďalej delí na enantioméry(optická izoméria) a diastereoméria.
Enantioméria (optická izoméria)
Proces vzájomnej premeny enantiomérov sa nazýva racemizácia: vedie k zániku optickej aktivity v dôsledku tvorby ekvimolárnej zmesi (-)- a (+)-foriem, teda racemátu. Vzájomná premena diastereomérov vedie k vzniku 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 výrazne prispieva k rastu počtu známych (a ešte viac - počtu potenciálne možných) zlúčenín. Takže možný počet štruktúrnych izomérnych decylalkoholov je viac ako 500 (z ktorých je známych asi 70), existuje viac ako 1500 priestorových izomérov.
V teoretických úvahách o problémoch izomérie sa čoraz viac rozširujú topologické metódy; boli odvodené matematické vzorce na výpočet počtu izomérov.
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 typ štruktúrnej izomérie), pri ktorej sa izoméry môžu navzájom premieňať iba prerozdelením 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 viazaný na ďalší atóm C(6) a na ďalšie atómy H(1), zatiaľ čo v metylovej skupine je uhlík viazaný na tri atómy H s atómovým číslom 1. V zložitejších prípadoch 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). Po prechode na zodpovedajúci model je orientovaný tak, že vedľajšia skupina (d) v perspektívnom vzorci je dole a potom sa pozerá zhora pozdĺž osi prechádzajúcej cez tieňovanú 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 organických zlúčenín.
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. Intramolekulárne prešmyky sú tiež izomerizácie, z ktorých má veľký význam napríklad premena cyklohexanónoxímu na kaprolaktám, surovinu na výrobu kaprónu.
