Isomerismo ng posisyon. Isomerismo at mga uri nito
Mga istrukturang isomer- Ito ay mga compound na may parehong molecular formula, ngunit naiiba sa bawat isa sa pagkakasunud-sunod ng pagbubuklod ng mga atomo sa molekula.
Ang istrukturang isomerismo ay nahahati sa carbon chain isomerism, position isomerism, at functional group isomerism.
Isomerismo ng carbon chain. Dahil sa magkakaibang pagkakasunud-sunod ng pagbubuklod ng mga atomo na bumubuo sa carbon skeleton ng molekula. Halimbawa, para sa isang alkane ng komposisyon C 4 H 10, dalawang isomer ang maaaring isulat;
Para sa mga organikong compound na may cyclic na istraktura, ang chain isomerism ay maaaring sanhi ng laki ng cycle.
posisyon isomerismo dahil sa iba't ibang posisyon ng mga functional na grupo, mga substituent o maramihang mga bono sa molekula.
Isomerism ng functional: mga pangkat dahil sa pagkakaroon sa mga isomer ng parehong komposisyon ng mga functional na grupo ng iba't ibang kalikasan.
SPATIAL ISOMERIA (STEREOISOMERIA)
Mga spatial na isomer- ito ay mga compound na may parehong molecular formula, ang parehong pagkakasunud-sunod ng pagbubuklod ng mga atomo sa isang molekula, ngunit naiiba sa bawat isa sa pag-aayos ng mga atomo sa kalawakan.
Ang mga spatial isomer ay tinatawag ding stereo isomers at (mula sa Greek stereos - spatial).
Ang spatial isomerism ay nahahati sa configurational at conformational.
Ngunit bago magpatuloy sa pagsasaalang-alang ng mga ganitong uri ng stereoisomerism, isaalang-alang natin ang mga paraan ng paglalarawan ng spatial na istraktura ng mga molekula ng mga organikong compound.
Upang ilarawan ang spatial na istraktura ng mga molekula, ang kanilang pagsasaayos o pagsasaayos, mga modelo ng molekular at mga espesyal na stereoformula ay ginagamit.
Molecular models - isang visual na representasyon ng mga molecule ng organic at inorganic compound, na ginagawang posible upang hatulan ang kamag-anak na posisyon ng mga atom na bumubuo sa molekula.
Tatlong pangunahing uri ng mga modelo ang kadalasang ginagamit: spherical (Kekule-Vant-Hoff models), skeletal (Dryding-g models) at hemispherical (Stuart-Briegleb models). Ang mga modelo ay nagbibigay-daan sa isa na husgahan hindi lamang ang mutual arrangement ng mga atoms sa isang molekula, ngunit ang mga ito ay maginhawa at upang isaalang-alang ang mga anggulo ng bono at ang posibilidad ng pag-ikot sa paligid ng mga simpleng bono. Isinasaalang-alang din ng mga modelo ng pagpapatuyo ang mga interatomic na distansya, habang ang mga modelo ng Stewart-Briegleb ay sumasalamin din sa mga volume ng mga atom. Ang figure sa ibaba ay nagpapakita ng mga modelo ng ethane at ethylene molecule.
kanin. 3.1. Mga modelo ng ethane (kaliwa) at ethylene (kanan) na mga molekula; a - ball-and-stick; b - Pagpapatuyo; sa – hemispherical (Stuart-Brigleb)
mga stereo formula. Upang ilarawan ang spatial na istraktura ng isang molekula sa isang eroplano, ang mga stereochemical at perspective formula, pati na rin ang Newman projection formula, ay kadalasang ginagamit.
AT mga stereochemical formula ang mga bono ng kemikal na matatagpuan sa eroplano ng pagguhit ay inilalarawan bilang isang regular na linya; mga koneksyon na matatagpuan sa itaas ng eroplano - isang bold wedge o isang bold na linya, at matatagpuan pssh plane - isang dashed wedge o isang dashed line:
Mga Promising Formula ilarawan ang spatial na istraktura sa eroplano, na isinasaalang-alang ang pagsasaalang-alang ng molekula kasama ang isa sa mga carbon-carbon bond. Sa hitsura, sila ay kahawig ng mga sawmill na kambing:
Kapag nagtatayo Mga formula ng projection ng Newman ang molekula ay tinitingnan sa direksyon ng isang C–C na bono sa paraang ang mga atom na bumubuo sa bono na ito ay nakakubli sa isa't isa. Mula sa napiling pares, ang carbon atom na pinakamalapit sa observer ay kinakatawan ng isang tuldok, at ang pinakamalayo ay isang bilog. Ang mga kemikal na bono ng pinakamalapit na carbon atom sa iba pang mga atomo ay kinakatawan ng mga linya na nagmumula sa punto sa gitna ng bilog, at ang malayo - mula sa bilog:
Mayroong mga formula ng projection ng Fisher, na karaniwang ginagamit upang ilarawan ang spatial na istraktura ng mga optical isomer sa isang eroplano.
Lektura #5
Tema "Isomerismo at mga uri nito"
Uri ng aralin: pinagsama-sama
Layunin: 1. Upang ipakita ang pangunahing posisyon ng teorya ng istraktura sa phenomenon ng isomerism. Magbigay ng pangkalahatang ideya ng mga uri ng isomerismo. Ipakita ang mga pangunahing direksyon sa pagbuo ng teorya ng istraktura sa halimbawa ng stereoisomerism.
2. patuloy na bumuo ng kakayahang bumuo ng mga formula ng isomer, magbigay ng mga pangalan sa mga sangkap ayon sa mga formula.
3. linangin ang isang nagbibigay-malay na saloobin sa pag-aaral
Kagamitan: Stuart-Briegleb molecule models, colored plasticine, posporo, isang pares ng guwantes, cumin seeds, mint chewing gum, tatlong test tubes.
Lesson plan
pagbati, roll call
Pagsusuri ng pangunahing kaalaman
Pag-aaral ng bagong materyal:
Teorya ng istraktura at ang kababalaghan ng isomerism;
Mga uri ng isomerismo;
Angkla
Pag-unlad ng aralin
2. Pagsusuri ng mga batayang kaalaman: harapan
Ayon sa kung anong pamantayan ang mga organikong compound ay inuri, ipaliwanag gamit ang isang diagram.
Ano ang mga pangunahing klase ng mga organikong compound, ang mga tampok ng kanilang istraktura
Magsagawa ng ehersisyo Blg. 1 at 2 §6. Isang estudyante sa pisara, ang iba sa mga notebook
3. Pag-aaral ng bagong materyal: Teorya ng istraktura at ang kababalaghan ng isomerism
Alalahanin ang kahulugan ng isomerism at isomer. Ipaliwanag ang dahilan ng kanilang pag-iral.
Ang phenomenon ng isomerism (mula sa Greek isos - different and meros - share, part) ay natuklasan noong 1823 nina J. Liebig at F. Wehler gamit ang halimbawa ng mga salts ng dalawang inorganic acid: cyanic at fulminant. Ilong = N cyan; H-O-N = C dumadagundong
Noong 1830, pinalawak ni J. Dumas ang konsepto ng isomerismo sa mga organikong compound. Ang terminong "isomer" ay lumitaw pagkaraan ng isang taon, at iminungkahi ni J. Berzellius. Dahil ang kumpletong kaguluhan ay naghari sa larangan ng istraktura ng parehong mga organic at inorganic na mga sangkap sa oras na iyon, ang pagtuklas ay hindi binigyan ng malaking kahalagahan.
Ang isang pang-agham na paliwanag para sa kababalaghan ng isomerism ay ibinigay ni A.M. Butlerov sa loob ng balangkas ng teorya ng istraktura, habang ang teorya ng mga uri o ang teorya ng mga radikal ay hindi nagsiwalat ng kakanyahan ng hindi pangkaraniwang bagay na ito. Nakita ni A.M. Butlerov ang sanhi ng isomerism sa katotohanan na ang mga atomo sa mga molekula ng isomer ay konektado sa ibang pagkakasunud-sunod. Ang teorya ng istraktura ay naging posible upang mahulaan ang bilang ng mga posibleng isomer at ang kanilang istraktura, na napakahusay na nakumpirma sa pagsasanay ni A.M. Butlerov mismo at ng kanyang mga tagasunod.
Mga uri ng isomerism: magbigay ng halimbawa ng isomer at magmungkahi ng tampok kung saan maaaring mauri ang isomer?(Malinaw, ang base ay ang istraktura ng mga molekula ng mga isomer). Ipinapaliwanag ko ang materyal gamit ang diagram:
Mayroong dalawang uri ng isomerism: structural at spatial (stereoisomerism). Ang mga istrukturang isomer ay yaong may ibang pagkakasunud-sunod ng pagbubuklod ng mga atomo sa isang molekula. Ang mga spatial isomer ay may parehong mga substituent sa bawat carbon atom, ngunit naiiba sa kanilang magkaparehong pag-aayos sa espasyo.
Ang structural isomerism ay may tatlong uri: interclass isomerism na nauugnay sa istruktura ng carbon skeleton, at isomerism ng posisyon ng functional group o multiple bond.
Ang mga isomer ng interclass ay naglalaman ng iba't ibang mga functional na grupo at nabibilang sa iba't ibang klase ng mga organikong compound, at samakatuwid ang mga pisikal at kemikal na katangian ng mga interclass na isomer ay malaki ang pagkakaiba.
Ang isomerism ng carbon skeleton ay pamilyar na sa iyo, ang mga pisikal na katangian ay iba, at ang mga kemikal na katangian ay magkatulad, dahil ang mga sangkap na ito ay nabibilang sa parehong klase.
Isomerism ng posisyon ng isang functional na grupo o ang posisyon ng maramihang mga bono. Ang mga pisikal na katangian ng naturang mga isomer ay magkakaiba, ngunit ang mga kemikal na katangian ay magkatulad.
Geometric isomerism: may iba't ibang mga pisikal na pare-pareho ngunit magkatulad na mga katangian ng kemikal
Ang mga optical isomer ay mga mirror na imahe ng bawat isa; parang dalawang palad, imposibleng pagsamahin ang mga ito para magkatugma.
4. Pag-aayos: kilalanin ang mga isomer, tukuyin ang uri ng isomerismo sa mga sangkap na ang mga formula ay: magsagawa ng ehersisyo 3§ 7
At ang Greek μέρος - bahagi, bahagi), isang kababalaghan na binubuo sa pagkakaroon ng mga kemikal na compound ng parehong komposisyon na may parehong molekular na timbang, ngunit naiiba sa istraktura. Ang mga naturang compound ay tinatawag na isomer. Ang mga pagkakaiba sa istruktura ay nagdudulot ng magkakaibang impluwensya sa isa't isa ng mga atomo sa mga molekula at paunang natukoy ang iba't ibang pisikal at kemikal na katangian ng mga isomer. Ang isomerismo ay lubhang karaniwan sa organikong kimika at isa sa mga pangunahing dahilan ng pagkakaiba-iba at kasaganaan ng mga organikong compound. Sa inorganic na kimika, ang isomerism ay pangunahing nangyayari para sa mga kumplikadong compound.
Ang terminong "isomerism" ay ipinakilala ni J. Berzelius noong 1830, na kinukumpleto ang kontrobersya sa pagitan nina J. Liebig at F. Wöhler sa pagkakaroon ng dalawang sangkap na magkaiba nang husto sa mga katangian at may parehong komposisyon ng AgCNO - silver cyanate at fulminate, at batay sa mga resulta ng pananaliksik tartaric at tartaric acids. Ang kakanyahan ng isomerism ay kalaunan ay ipinaliwanag sa batayan ng teorya ng istrukturang kemikal.
Mayroong dalawang pangunahing uri ng isomerism: structural at spatial (stereoisomerism). Ang mga istrukturang isomer ay naiiba sa pagkakasunud-sunod ng mga bono ng mga atomo sa isang molekula, iyon ay, sa kanilang kemikal na istraktura. Ang mga stereoisomer (spatial isomers) na may parehong pagkakasunud-sunod ng mga bono ng mga atomo sa isang molekula ay naiiba sa magkaparehong pagsasaayos ng mga atomo sa kalawakan.
Ang istrukturang isomerismo ay nahahati sa carbon skeleton isomerism (skeletal isomerism), position isomerism (positional isomerism), metamerism at iba pang mga uri. Ang isomerism ng carbon skeleton ay dahil sa iba't ibang pagkakasunud-sunod ng mga bono ng carbon atoms na bumubuo sa skeleton ng molekula. Upang tukuyin ang mga tampok na istruktura ng isomer, ang skeletal isomerism ay nahahati sa carbon chain isomerism, ring isomerism, at side chain isomerism. Halimbawa, ang carbon chain isomerism ay katangian ng mga alkane simula sa ikaapat na miyembro ng C 4 H 10 homologous series, na mayroong dalawang structural isomer: n-butane CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 3 at isobutane (2-methylpropane ) CH 3 -CH (CH 3)-CH 3. Ang ikalimang miyembro ng C 5 H 12 alkane series ay may tatlong isomer: CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 3 - n-pentane, CH 3 -CH (CH 3) -CH 2 -CH 3 - isopentane (2- methylbutane) at neopentane (2,2-dimethylpropane) CH 3 -C (CH 3) 2 -CH 3. Habang humahaba ang kadena, mabilis na tumataas ang bilang ng mga posibleng isomer. Kaya, para sa mga alkanes ng komposisyon C 10 H 22, posible ang 75 isomer ng istruktura, para sa C 13 H 28 - 802 isomer, para sa C 20 H 42 - higit sa 366 libong isomer. Ang mga alicyclic compound ay nailalarawan sa pamamagitan ng ring isomerism at side chain isomerism. Halimbawa, kabilang sa mga skeletal isomer (formulas I-IV), methylcyclopentane (I), cyclohexane (II) at propylcyclopropane (III) ay mga cyclic isomers, at propylcyclopropane (III) at isopropylcyclopropane (IV) ay side chain isomers. Ang mga pagkakaiba sa mga katangian ng skeletal isomers ay makikita sa pagkakaiba sa kanilang mga punto ng kumukulo (isomer na may normal na carbon chain na kumukulo sa mas mataas na temperatura kaysa sa mga isomer na may branched chain), density, at iba pang n-Alkanes, halimbawa, sa kaibahan sa branched isomers, mayroon silang mas mababang detonation resistance (tingnan ang artikulo Octane number), bumubuo ng mga complex na may urea (clathrates).
Ang isomerism ng posisyon ay dahil sa iba't ibang posisyon ng mga functional na grupo, substituent, o maramihang mga bono. Halimbawa, ang mga isomer ng posisyon ay 1-propanol CH 3 -CH 2 -CH 2 OH at 2-propanol CH 3 -CH (OH) -CH 3, 1-butene CH 2 \u003d CH-CH 2 -CH 3 at 2- butene CH 3 -CH=CH-CH 3 . Ang pagpapalit ng posisyon ng functional group ay maaaring humantong sa isang pagbabago sa klase ng tambalan. Halimbawa, ang posisyon na isomer acetone CH 3 -C(O)-CH 3 at propanal CH 3 -CH 2 -CHO ay tumutukoy sa mga ketone at aldehydes, ayon sa pagkakabanggit. Ang mga istrukturang isomer na may iba't ibang functional na grupo ay malaki ang pagkakaiba sa mga katangian ng kemikal.
Ang metamerismo ay dahil sa iba't ibang posisyon ng heteroatom (O, N, S) sa kadena. Halimbawa, ang mga metamer ay methyl propyl ether CH 3 O-CH 2 -CH 2 -CH 3 at diethyl ether CH 3 -CH 2 -O-CH 2 -CH 3, diethylamine CH 3 -CH 2 -NH-CH 2 -CH 3 at CH 3 -NH-CH 2 -CH 2 -CH 3 - methylpropylamine.
Kadalasan, ang mga pagkakaiba sa mga isomer ay tinutukoy ng ilang mga tampok na istruktura. Halimbawa, ang methylisopropyl ketone (3-methyl-2-butanone) CH 3 -C (O) -CH (CH 3) 2 at valeric aldehyde (pentanal) CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CHO ay naiiba sa bawat isa. iba pa bilang ang istraktura ng carbon skeleton, at ang posisyon ng functional group.
Ang isang espesyal na uri ng structural isomerism ay tautomerism (equilibrium dynamic isomerism). Sa kasong ito, ang mga isomer na naiiba sa mga functional na grupo ay madaling pumasa sa isa't isa hanggang sa maabot ang isang equilibrium, kung saan ang sangkap ay sabay na naglalaman ng mga molekula ng tautomer sa isang tiyak na ratio.
Ang spatial isomerism ay nahahati sa geometric (cis, trans at syn, anti-isomerism, o E, Z-isomerism) at optical (enantiomerism). Ang geometric isomerism ay katangian ng mga compound na naglalaman ng double bonds o non-aromatic rings, na mga structurally rigid fragment ng mga molekula. Para sa mga cis-isomer, dalawang substituent ang matatagpuan sa magkabilang panig ng eroplano ng double bond o cycle, para sa mga trans-isomer - sa magkabilang panig. Halimbawa, ang mga geometric na isomer ay cis-2-butene (formula V) at trans-2-butene (VI), cis-1,2-dichlorocyclopropane (VII) at trans-1,2-dichlorocyclopropane (VIII).
Ang mga katangiang pagkakaiba sa pagitan ng cis-trans isomers ay ang mas mababang melting point ng cis-isomers, makabuluhang mas mahusay na solubility sa tubig, at isang binibigkas na dipole moment. Karaniwang mas matatag ang mga trans isomer. Tingnan, halimbawa, ang artikulong Maleic at fumaric acid.
Ang geometric isomerism na sinusunod para sa mga compound na may double bond C=N (oximes) at N=N (azo-, azoxy compounds) ay madalas na tinatawag na syn, anti-isomerism. Halimbawa, ang mga geometric na isomer ay anti-benzaldoxime (formula IX) at syn-benzaldoxime (X); syn-azobenzene (XI) at anti-azobenzene (XII).
Sa pangkalahatang kaso, ginagamit ang Ε,Z-nomenclature. Para sa Z-isomer, ang mga senior substituents (may mas mataas na atomic number) ay matatagpuan sa isang gilid ng double bond o cycle, para sa E-isomer - sa magkabilang panig. Halimbawa, ang mga geometric na isomer ay (Z)-1-bromo1-iodo-2-chloroethylene (formula XIII) at (E)-1-bromo-1-iodine-2-chloroethylene (XIV).
Ang optical isomerism ay katangian ng mga compound na ang mga molekula ay may mga elemento ng chirality, tulad ng isang asymmetric (chiral) na carbon atom na nakagapos sa apat na magkakaibang mga substituent. Ito ay unang natuklasan ni L. Pasteur noong 1848 gamit ang halimbawa ng mga tartaric acid at ipinaliwanag nina J. H. van't Hoff at J. A. Le Bel noong 1874 batay sa konsepto ng tetrahedral na pagsasaayos ng mga carbon atom sa mga saturated compound. Ang mga molekula na naglalaman ng isang asymmetric na carbon atom ay maaaring katawanin bilang dalawang optical isomer na hindi maaaring pagsamahin sa espasyo (ibig sabihin, nauugnay ang mga ito sa isa't isa tulad ng isang bagay sa mirror image nito). Ang ganitong mga mirror isomer, na naiiba lamang sa kabaligtaran na pag-aayos ng parehong mga substituent sa chiral center, ay tinatawag na enantiomer (mula sa Greek έναντίος - kabaligtaran at μέρος - bahagi). Halimbawa, ang mga lactic acid enantiomer (XV at XVI) ay maaaring katawanin sa 3D o bilang Fisher formula (tingnan ang Chemical Nomenclature).
Ang mga enantiomer ay may iba't ibang biological na aktibidad; ang mga ito ay nailalarawan din sa pamamagitan ng optical na aktibidad - ang kakayahang kumilos sa plane-polarized light (paikutin ang eroplano ng polariseysyon). Pinaikot ng mga enantiomer ang eroplano ng polariseysyon sa parehong anggulo ngunit sa kabaligtaran ng direksyon, kaya naman tinawag silang optical antipodes.
Sa mahabang panahon, ang pagsasaayos ng mga enantiomer ay natukoy na may kaugnayan sa pagsasaayos ng isang kilalang pamantayan, na kung saan ay ang mga enantiomer ng glyceraldehyde (D, L-steric series). Ang mas unibersal ay ang R, S-nomenclature (iminungkahi ni R. Kahn, K. Ingold at V. Prelog), na nagtatatag ng ganap na pagsasaayos ng mga spatial na isomer. Alinsunod sa mga patakaran ng R, S nomenclature, ang mga lactic acid enantiomer (XV, XVI) ay ayon sa pagkakabanggit (R) -lactic at (S) -lactic acids. Walang mga panuntunan para sa pagsasalin ng D, L-nomenclature sa R, S-system, dahil ang mga nomenclature na ito ay gumagamit ng iba't ibang prinsipyo. Walang naitatag na koneksyon sa pagitan ng ganap na pagsasaayos at mga parameter ng optical rotation.
Para sa mga compound na mayroong n chiral center sa molekula, ang bilang ng mga posibleng stereoisomer ay 2 ". Gayunpaman, sa n ≥ 2, may mga stereoisomer na naiiba sa isa't isa sa bahagi ng mga elemento ng chirality na nilalaman nito. Ang mga stereoisomer na hindi enantiomer ay tinatawag na diastereomers (mula sa Greek δια ... - through, between, stereo... and μέρος - part). at XX ay mga enantiomer, ang natitirang mga pares (XVII at XIX, XVII at XX, XVIII at XIX, XVIII at XX) ay mga diastereomer.
Sa paglitaw ng mga karagdagang elemento ng symmetry (plane, axis, o center of symmetry), ang kabuuang bilang ng mga stereoisomer, pati na rin ang bilang ng mga optically active form, ay maaaring bumaba. Halimbawa, ang mga tartaric acid ay may tatlong stereoisomer, kung saan dalawa ang optically active: D-tartaric acid, o (2R,3R)-tartaric acid (formula XXI), at L-tartaric acid, o (2S,3S) -tartaric acid (XXII ), na mga enantiomer. Ang kanilang diastereomer - mesotartaric acid, o (2R,3S) -tartaric acid (formula XXIII, o magkaparehong pagsasaayos XXIV), dahil sa pagkakaroon ng isang plane of symmetry (ipinahiwatig ng isang tuldok na linya) ay optically inactive - ay ang tinatawag na intramolecular racemate.
Ang proseso ng interconversion ng mga enantiomer ay tinatawag na racemization. Isang halo ng pantay na dami ng optical antipodes - isang racemic mixture, o racemate, ay walang optical activity. Ang stereoisomerism ay binibigyan ng malaking pansin sa pag-aaral ng mga natural na compound at ang synthesis ng biologically active substances. Ang mga sangkap ng natural na pinagmulan na naglalaman ng mga elemento ng chirality ay may partikular na stereoconfiguration, pati na rin ang optical na aktibidad. Kapag ang isang chiral center ay nabuo sa ilalim ng mga kondisyon ng chemical synthesis (maliban sa asymmetric synthesis), isang racemate ay nabuo; Ang paghihiwalay ng mga enantiomer ay nangangailangan ng paggamit ng mga kumplikadong pamamaraan para sa paghihiwalay ng racemate sa mga optically active na bahagi.
Bilang resulta ng panloob na pag-ikot ng mga molekula, ang mga conformational isomer, o conformer, ay lumitaw na naiiba sa antas ng pag-ikot ng mga molekular na fragment tungkol sa isa o higit pang mga simpleng bono. Sa ilang mga kaso, ang mga indibidwal na conformer, kung minsan ay tinatawag ding rotational isomers, ay maaaring ihiwalay. Ginagamit ang conformational analysis upang pag-aralan ang pagbuo, pagkakaiba sa mga katangian at reaktibiti ng mga conformer.
Ang mga isomer ay maaaring ma-convert sa isa't isa sa pamamagitan ng mga reaksyon ng isomerization.
Lit.: Potapov V. M. Stereochemistry. 2nd ed. M., 1988; Traven VF Organic na kimika. M., 2004. T. 1.
ἴσος - katumbas + μέρος - bahagi, bahagi) - isang kababalaghan na binubuo ng pagkakaroon ng mga kemikal na compound - isomer, - magkapareho sa atomic na komposisyon at molekular na timbang, ngunit naiiba sa istraktura o pag-aayos ng mga atomo sa espasyo at, bilang resulta, sa mga katangian.Encyclopedic YouTube
1 / 5
Isomerismo at katawagan ng saturated hydrocarbons
1.1. Alkanes: Structure, nomenclature, isomerism. Paghahanda para sa pagsusulit sa kimika
Mga uri ng isomerismo
Stereoisomer, Enantiomer, Diastereomer, Structural isomer, Meso compound
42. Organic na kimika. Paksa 12. Halogen derivatives. Bahagi 1. Nomenclature, isomerism
Mga subtitle
Makasaysayang impormasyon
Ang ganitong uri ng isomerism ay nahahati sa mga enantiomer(optical isomerism) at diastereomerism.
Enantiomerism (optical isomerism)
Ang proseso ng interconversion ng mga enantiomer ay tinatawag racemization: ito ay humahantong sa pagkawala ng optical na aktibidad bilang isang resulta ng pagbuo ng isang equimolar mixture ng (-)- at (+)-form, iyon ay, isang racemate. Ang interconversion ng mga diastereomer ay humahantong sa pagbuo ng isang timpla kung saan nangingibabaw ang thermodynamically na mas matatag na anyo. Sa kaso ng π-diastereomer, ito ang karaniwang trans form. Ang interconversion ng conformational isomers ay tinatawag na conformational equilibrium.
Ang kababalaghan ng isomerism ay lubos na nag-aambag sa paglaki ng bilang ng mga kilala (at higit pa - ang bilang ng mga potensyal na posible) na mga compound. Kaya, ang posibleng bilang ng structural isomeric decyl alcohols ay higit sa 500 (na kung saan ang tungkol sa 70 ay kilala), mayroong higit sa 1500 spatial isomer.
Sa teoretikal na pagsasaalang-alang ng mga problema ng isomerism, ang mga topological na pamamaraan ay nagiging mas at mas malawak; Ang mga pormula sa matematika ay hinango upang makalkula ang bilang ng mga isomer.
Ang isa pang halimbawa ay tartaric at tartaric acids, pagkatapos ng pag-aaral kung saan ipinakilala ni J. Berzelius ang termino isomerismo at iminungkahi na ang mga pagkakaiba ay nagmumula sa "iba't ibang pamamahagi ng mga simpleng atomo sa isang kumplikadong atom" (i.e., isang molekula). Ang tunay na paliwanag ng isomerism ay natanggap lamang noong ika-2 kalahati ng ika-19 na siglo. batay sa teorya ng kemikal na istruktura ng A. M. Butlerov (structural isomerism) at ang stereochemical theory ng J. G. van't Hoff (spatial isomerism).
Structural isomerism
Ang istrukturang isomerismo ay resulta ng mga pagkakaiba sa istruktura ng kemikal. Kasama sa ganitong uri ang:
Isomerismo ng hydrocarbon chain (carbon skeleton)
Isomerismo ng carbon skeleton, dahil sa magkakaibang pagkakasunud-sunod ng pagbubuklod ng mga carbon atom. Ang pinakasimpleng halimbawa ay butane CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 3 at isobutane (CH 3) 3 CH. Sinabi ni Dr. mga halimbawa: anthracene at phenanthrene (mga formula I at II, ayon sa pagkakabanggit), cyclobutane at methylcyclopropane (III at IV).
Valence isomerism
Valence isomerism (isang espesyal na uri ng structural isomerism), kung saan ang mga isomer ay maaaring ma-convert sa isa't isa lamang sa pamamagitan ng muling pamamahagi ng mga bono. Halimbawa, ang mga valence isomer ng benzene (V) ay bicyclohexa-2,5-diene (VI, "Dewar's benzene"), prisman (VII, "Ladenburg's benzene"), benzvalene (VIII).
Functional group isomerism
Ito ay naiiba sa likas na katangian ng functional group. Halimbawa: Ethanol (CH 3 -CH 2 -OH) at Dimethyl ether (CH 3 -O-CH 3)
posisyon isomerismo
Isang uri ng structural isomerism na nailalarawan sa pamamagitan ng pagkakaiba sa posisyon ng parehong functional group o double bond na may parehong carbon skeleton. Halimbawa: 2-chlorobutanoic acid at 4-chlorobutanoic acid.
Spatial isomerism (stereoisomerism)
Enantiomerism (optical isomerism)
Ang spatial isomerism (stereoisomerism) ay lumitaw bilang resulta ng mga pagkakaiba sa spatial na pagsasaayos ng mga molekula na may parehong kemikal na istraktura. Ang ganitong uri ng isomer ay nahahati sa mga enantiomer(optical isomerism) at diastereomerism.
Ang mga enantiomer (optical isomers, mirror isomers) ay mga pares ng optical antipodes ng mga substance na nailalarawan sa magkasalungat na sign at pantay na magnitude na pag-ikot ng plane ng polarization ng liwanag na may pagkakakilanlan ng lahat ng iba pang pisikal at kemikal na mga katangian (maliban sa mga reaksyon sa iba optically active substances at physical properties sa isang chiral medium ). Ang isang kinakailangan at sapat na dahilan para sa paglitaw ng mga optical antipodes ay ang pagtatalaga ng isang molekula at isa sa mga sumusunod na point symmetry group C n, D n, T, O, I (Chiralidad). Kadalasan ay pinag-uusapan natin ang tungkol sa isang asymmetric na carbon atom, iyon ay, isang atom na nauugnay sa apat na magkakaibang mga substituent, halimbawa:
Ang iba pang mga atomo ay maaari ding walang simetrya, tulad ng mga atomo ng silikon, nitrogen, posporus, at sulfur. Ang pagkakaroon ng isang asymmetric atom ay hindi lamang ang dahilan para sa mga enantiomer. Kaya, ang mga derivatives ng adamantane (IX), ferrocene (X), 1,3-diphenylallene (XI), 6,6"-dinitro-2,2"-diphenic acid (XII) ay may optical antipodes. Ang dahilan para sa optical na aktibidad ng huli na tambalan ay atropisomerism, iyon ay, spatial isomerism na sanhi ng kakulangan ng pag-ikot sa paligid ng isang solong bono. Lumilitaw din ang enantiomerism sa helical conformations ng mga protina, nucleic acid, hexahelycene(XIII).
(R)-, (S)- nomenclature ng optical isomers (panuntunin sa pagpapangalan)
Ang apat na pangkat na nakakabit sa asymmetric carbon atom C abcd ay itinalaga ng iba't ibang seniority na naaayon sa pagkakasunud-sunod: a>b>c>d. Sa pinakasimpleng kaso, ang seniority ay itinatag ng serial number ng atom na nakakabit sa asymmetric carbon atom: Br(35), Cl(17), S(16), O(8), N(7), C(6 ), H(1) .
Halimbawa, sa bromochloroacetic acid:
Ang seniority ng mga substituent sa asymmetric carbon atom ay ang mga sumusunod: Br(a), Cl(b), C ng COOH group (c), H(d).
Sa butanol-2, ang oxygen ay ang senior substituent (a), ang hydrogen ay ang junior substituent (d):
Kinakailangang lutasin ang isyu ng mga substituent CH 3 at CH 2 CH 3 . Sa kasong ito, ang seniority ay tinutukoy ng serial number o mga numero ng iba pang mga atom sa grupo. Ang primacy ay nananatili sa ethyl group, dahil dito ang unang C atom ay nakagapos sa isa pang C(6) atom at sa iba pang H(1) atoms, habang sa methyl group ang carbon ay nakagapos sa tatlong H atoms na may atomic number 1 Sa mas kumplikadong mga kaso, patuloy na ihambing ang lahat ng mga atom hanggang sa maabot nila ang mga atom na may iba't ibang mga serial number. Kung mayroong doble o triple na mga bono, kung gayon ang mga atomo na nakakabit sa kanila ay itinuturing na dalawa at tatlong mga atomo, ayon sa pagkakabanggit. Kaya, ang -COH na pangkat ay itinuturing na C (O, O, H), at ang -COOH na pangkat ay itinuturing bilang C (O, O, OH); ang pangkat ng carboxyl ay mas matanda kaysa sa pangkat ng aldehyde, dahil naglalaman ito ng tatlong atom na may serial number na 8.
Sa D-glyceraldehyde, ang pangkat ng OH(a) ang pinakamataas, na sinusundan ng CHO(b), CH 2 OH(c) at H(d):
Ang susunod na hakbang ay upang matukoy kung tama ang pagkakaayos ng mga grupo, R (lat. rectus), o kaliwa, S (lat. malas). Ang paglipat sa kaukulang modelo, ito ay nakatuon upang ang menor de edad na pangkat (d) sa formula ng pananaw ay nasa ibaba, at pagkatapos ay tiningnan mula sa itaas kasama ang axis na dumadaan sa may kulay na mukha ng tetrahedron at pangkat (d). Sa pangkat ng D-glyceraldehyde
matatagpuan sa direksyon ng tamang pag-ikot, at samakatuwid, mayroon itong R-configuration:
(R)-glyceraldehyde
Sa kaibahan sa D,L nomenclature, ang mga pagtatalaga para sa (R)- at (S)-isomer ay nakapaloob sa mga bracket.
diastereomerism
σ-diastereomerism
Ang anumang kumbinasyon ng mga spatial isomer na hindi bumubuo ng isang pares ng optical antipodes ay itinuturing na diastereomeric. Mayroong σ at π-diastereomer. Ang mga σ-diasteriomer ay naiiba sa isa't isa sa pagsasaayos ng ilan sa mga elemento ng chirality na nilalaman nito. Kaya, ang mga diasteriomer ay (+) -tartaric acid at meso-tartaric acid, D-glucose at D-mannose, halimbawa:
Para sa ilang uri ng diastereomerism, ang mga espesyal na pagtatalaga ay ipinakilala, halimbawa, ang threo- at erythro-isomer ay isang diastereomerism na may dalawang asymmetric na carbon atom at puwang, ang pagkakaayos ng mga substituent sa mga atom na ito, na nakapagpapaalaala sa katumbas na threose (mga kaugnay na substituent ay nasa magkabaligtaran sa mga pormula ng projection ni Fisher) at erythrose ( mga kinatawan - sa isang panig):
Ang mga erythro isomer na ang mga asymmetric na atom ay nakagapos sa parehong mga substituent ay tinatawag na mga meso form. Ang mga ito, hindi katulad ng iba pang mga σ-diastereomer, ay optically hindi aktibo dahil sa intramolecular compensation ng mga kontribusyon sa pag-ikot ng light polarization plane ng dalawang magkaparehong asymmetric center ng kabaligtaran na pagsasaayos. Ang mga pares ng diastereomer na naiiba sa pagsasaayos ng isa sa ilang mga asymmetric na atom ay tinatawag na mga epimer, halimbawa:
Ang terminong "anomer" ay tumutukoy sa isang pares ng diastereomeric monosaccharides na naiiba sa pagsasaayos ng glycosidic atom sa cyclic form, halimbawa, ang α-D- at β-D-glucose ay anomeric.
π-diastereomerism (geometric isomerism)
Ang mga π-diasteriomer, na tinatawag ding geometric na isomer, ay naiiba sa isa't isa sa iba't ibang spatial na pag-aayos ng mga substituent na may kaugnayan sa eroplano ng double bond (madalas na C=C at C=N) o ang singsing. Kabilang dito, halimbawa, ang maleic at fumaric acids (formulas XIV at XV, ayon sa pagkakabanggit), (E)- at (Z)-benzaldoximes (XVI at XVII), cis- at trans-1,2-dimethylcyclopentanes (XVIII at XIX) .
mga conformer. Mga tautomer
Ang kababalaghan ay inextricably na nauugnay sa mga kondisyon ng temperatura ng pagmamasid nito. Kaya, halimbawa, ang chlorocyclohexane sa temperatura ng silid ay umiiral sa anyo ng isang equilibrium mixture ng dalawang conformers - na may equatorial at axial orientations ng chlorine atom:
Gayunpaman, sa minus 150 °C, ang isang indibidwal na anyo ay maaaring ihiwalay, na kumikilos sa ilalim ng mga kundisyong ito bilang isang matatag na isomer.
Sa kabilang banda, ang mga compound na isomer sa ilalim ng normal na mga kondisyon ay maaaring maging tautomer sa equilibrium na may pagtaas ng temperatura. Halimbawa, ang 1-bromopropane at 2-bromopropane ay mga istrukturang isomer, gayunpaman, habang ang temperatura ay tumataas sa 250 °C, ang isang equilibrium ay naitatag sa pagitan nila, na katangian ng mga tautomer.
Ang mga isomer na nagbabago sa isa't isa sa mga temperatura sa ibaba ng temperatura ng silid ay maaaring ituring na mga di-matibay na molekula.
Ang pagkakaroon ng mga conformer ay minsang tinutukoy bilang "rotational isomerism". Sa mga diene, ang s-cis- at s-trans isomer ay nakikilala, na, sa esensya, ay mga conformer na nagreresulta mula sa pag-ikot sa paligid ng isang simpleng (s-single) na bono:
Ang isomerismo ay katangian din ng mga compound ng koordinasyon. Kaya, ang mga compound na naiiba sa paraan ng koordinasyon ng mga ligand (ionization isomerism) ay isomeric, halimbawa, ay isomeric:
SO 4 - at + Br -
Dito, sa esensya, mayroong isang pagkakatulad sa istrukturang isomerismo ng mga organikong compound.
Ang mga pagbabagong kemikal, bilang isang resulta kung saan ang mga isomer ng istruktura ay na-convert sa bawat isa, ay tinatawag na isomerization. Ang mga ganitong proseso ay mahalaga sa industriya. Kaya, halimbawa, ang isomerization ng mga normal na alkanes sa isoalkanes ay isinasagawa upang madagdagan ang bilang ng oktano ng mga gasolina ng motor; pentane isomerized sa isopentane para sa kasunod na dehydrogenation sa isoprene. Ang mga intramolecular rearrangements ay mga isomerization din, kung saan, halimbawa, ang conversion ng cyclohexanone oxime sa caprolactam, isang hilaw na materyal para sa paggawa ng capron, ay napakahalaga.
