პოზიციის იზომერიზმი. იზომერიზმი და მისი ტიპები
სტრუქტურული იზომერები- ეს არის ნაერთები, რომლებსაც აქვთ ერთი და იგივე მოლეკულური ფორმულა, მაგრამ განსხვავდებიან ერთმანეთისგან მოლეკულაში ატომების შეერთების რიგითობით.
სტრუქტურული იზომერია იყოფა ნახშირბადის ჯაჭვის იზომერიზმად, პოზიციური იზომერიზმად და ფუნქციური ჯგუფის იზომერიზმად.
ნახშირბადის ჯაჭვის იზომერიზმი. ატომების შებოჭვის განსხვავებული თანმიმდევრობის გამო, რომლებიც ქმნიან მოლეკულის ნახშირბადის ჩონჩხს. მაგალითად, C 4 H 10 შემადგენლობის ალკანისთვის შეიძლება დაიწეროს ორი იზომერი;
ციკლური სტრუქტურის მქონე ორგანული ნაერთებისთვის ჯაჭვის იზომერიზმი შეიძლება გამოწვეული იყოს ციკლის ზომით.
პოზიციური იზომერიზმიმოლეკულაში ფუნქციური ჯგუფების, შემცვლელების ან მრავალი ბმის სხვადასხვა პოზიციის გამო.
ფუნქციონალური: ჯგუფების იზომერიზმიერთი და იგივე შემადგენლობის იზომერებში სხვადასხვა ხასიათის ფუნქციური ჯგუფების არსებობის გამო.
სივრცითი იზომერია (სტერეოიზომერია)
სივრცითი იზომერები- ეს არის ნაერთები, რომლებსაც აქვთ ერთი და იგივე მოლეკულური ფორმულა, ატომების მოლეკულაში შეერთების იგივე რიგი, მაგრამ განსხვავდებიან ერთმანეთისგან სივრცეში ატომების განლაგებით.
სივრცულ იზომერებს ასევე უწოდებენ სტერეო იზომერებს და (ბერძნულიდან stereos - სივრცული).
სივრცითი იზომერიზმი იყოფა კონფიგურაციულ და კონფორმაციულ.
მაგრამ სანამ ამ ტიპის სტერეოიზომერიზმის განხილვას გადავიდოდეთ, მოდით ვისაუბროთ ორგანული ნაერთების მოლეკულების სივრცითი სტრუქტურის გამოსახვის გზებზე.
მოლეკულების სივრცითი სტრუქტურის, მათი კონფიგურაციისა თუ კონფორმაციის გამოსახატავად გამოიყენება მოლეკულური მოდელები და სპეციალური სტერეოფორმულები.
მოლეკულური მოდელები - ორგანული და არაორგანული ნაერთების მოლეკულების ვიზუალური წარმოდგენა, რაც შესაძლებელს ხდის განვსაჯოთ მოლეკულის შემადგენელი ატომების შედარებითი პოზიციის შესახებ.
ყველაზე ხშირად გამოიყენება მოდელების სამი ძირითადი ტიპი: სფერული (კეკულე-ვანტ-ჰოფის მოდელები), ჩონჩხი (Dryding-g მოდელები) და ნახევარსფერული (სტიუარტ-ბრიგლების მოდელები). მოლეკულა, მაგრამ ისინი მოსახერხებელია და გასათვალისწინებელია ბმის კუთხეები და მარტივი ბმების გარშემო ბრუნვის შესაძლებლობა. გაშრობის მოდელები ასევე ითვალისწინებენ ატომთაშორის დისტანციებს, ხოლო სტიუარტ-ბრიგლების მოდელები ასევე ასახავს ატომების მოცულობას. ქვემოთ მოყვანილი სურათი გვიჩვენებს ეთანის და ეთილენის მოლეკულების მოდელებს.
ბრინჯი. 3.1. ეთანის (მარცხნივ) და ეთილენის (მარჯვნივ) მოლეკულების მოდელები; a - ბურთი და ჯოხი; ბ - გაშრობა; in – ნახევარსფერო (სტიუარტ-ბრიგლები)
სტერეო ფორმულები. სიბრტყეზე მოლეკულის სივრცითი სტრუქტურის გამოსახატავად ყველაზე ხშირად გამოიყენება სტერეოქიმიური და პერსპექტიული ფორმულები, აგრეთვე ნიუმენის პროექციის ფორმულები.
AT სტერეოქიმიური ფორმულებინახაზის სიბრტყეში განლაგებული ქიმიური ბმები გამოსახულია რეგულარული ხაზის სახით; სიბრტყის ზემოთ მდებარე კავშირები - თამამი სოლი ან თამამი ხაზი, და განლაგებული pssh სიბრტყე - წყვეტილი სოლი ან წყვეტილი ხაზი:
პერსპექტიული ფორმულებიაღწერეთ სივრცითი სტრუქტურა სიბრტყეზე, ნახშირბად-ნახშირბადის ერთ-ერთი ბმის გასწვრივ მოლეკულის გათვალისწინების გათვალისწინებით. გარეგნულად, ისინი ჰგავს სახერხი საამქროს თხებს:
აშენებისას ნიუმენის პროექციის ფორმულებიმოლეკულა განიხილება ერთი C–C ბმის მიმართულებით ისე, რომ ატომები, რომლებიც ქმნიან ამ ბმას, ბუნდოვანებენ ერთმანეთს. არჩეული წყვილიდან დამკვირვებელთან ყველაზე ახლოს ნახშირბადის ატომი წარმოდგენილია წერტილით, ხოლო ყველაზე შორი წრით. უახლოესი ნახშირბადის ატომის ქიმიური ბმები სხვა ატომებთან წარმოდგენილია ხაზებით, რომლებიც წარმოიქმნება წრის ცენტრში მდებარე წერტილიდან, ხოლო შორეული - წრიდან:
არსებობს ფიშერის პროექციის ფორმულები, რომლებიც ჩვეულებრივ გამოიყენება სიბრტყეზე ოპტიკური იზომერების სივრცითი სტრუქტურის გამოსასახად.
ლექცია #5
თემა "იზომერიზმი და მისი ტიპები"
გაკვეთილის ტიპი: კომბინირებული
მიზანი: 1. სტრუქტურის თეორიის ძირითადი პოზიციის გამოვლენა იზომერიზმის ფენომენზე. მიეცით ზოგადი წარმოდგენა იზომერიზმის ტიპებზე. აჩვენეთ სტრუქტურის თეორიის განვითარების ძირითადი მიმართულებები სტერეოიზომერიზმის მაგალითზე.
2. განაგრძეთ იზომერების ფორმულების აგების უნარის ფორმირება, ფორმულების მიხედვით ნივთიერების სახელების დარქმევა.
3. სწავლისადმი შემეცნებითი დამოკიდებულების ჩამოყალიბება
აღჭურვილობა: სტიუარტ-ბრიგლების მოლეკულის მოდელები, ფერადი პლასტილინი, ასანთი, წყვილი ხელთათმანები, კუმინის თესლი, პიტნის საღეჭი რეზინი, სამი საცდელი მილი.
Გაკვეთილის გეგმა
მისალმება, ზარი
საბაზისო ცოდნის გამოკითხვა
ახალი მასალის სწავლა:
სტრუქტურის თეორია და იზომერიზმის ფენომენი;
იზომერიზმის სახეები;
დამაგრება
გაკვეთილის პროგრესი
2. საბაზისო ცოდნის გამოკითხვა: ფრონტალურად
რა კრიტერიუმების მიხედვით არის კლასიფიცირებული ორგანული ნაერთები, განმარტეთ დიაგრამის გამოყენებით.
რა არის ორგანული ნაერთების ძირითადი კლასები, მათი სტრუქტურის თავისებურებები
შეასრულეთ სავარჯიშო No1 და 2 §6. ერთი მოსწავლე დაფაზე, დანარჩენი რვეულებში
3. ახალი მასალის შესწავლა: სტრუქტურის თეორია და იზომერიზმის ფენომენი
გავიხსენოთ იზომერიზმისა და იზომერების განმარტება. ახსენით მათი არსებობის მიზეზი.
იზომერიზმის ფენომენი (ბერძნულიდან isos - განსხვავებული და meros - წილი, ნაწილი) აღმოაჩინეს 1823 წელს ჯ. ლიბიგმა და ფ. ველერმა ორი არაორგანული მჟავის მარილების მაგალითით: ციანიური და ფულმინანტი. ცხვირი = N ციანი; H-O-N = C ხრაშუნა
1830 წელს ჯ. დიუმამ გააფართოვა იზომერიზმის კონცეფცია ორგანულ ნაერთებზე. ტერმინი „იზომერი“ ერთი წლის შემდეგ გაჩნდა და ის შემოგვთავაზა ჯ.ბერცელიუსმა. ვინაიდან იმ დროს სრული ქაოსი სუფევდა როგორც ორგანული, ისე არაორგანული ნივთიერებების სტრუქტურის სფეროში, აღმოჩენას დიდი მნიშვნელობა არ მიენიჭა.
იზომერიზმის ფენომენს მეცნიერული ახსნა მისცა A.M. Butlerov-მა სტრუქტურის თეორიის ფარგლებში, მაშინ როცა არც ტიპების თეორიამ და არც რადიკალების თეორიამ არ გამოავლინა ამ ფენომენის არსი. ბუტლეროვი იზომერიზმის მიზეზს იმაში ხედავდა, რომ იზომერების მოლეკულებში ატომები დაკავშირებულია სხვა თანმიმდევრობით. სტრუქტურის თეორიამ შესაძლებელი გახადა შესაძლო იზომერების რაოდენობის და მათი სტრუქტურის პროგნოზირება, რაც ბრწყინვალედ დაადასტურა პრაქტიკაში თავად A.M. Butlerov-მა და მისმა მიმდევრებმა.
იზომერიზმის სახეები: მოიყვანეთ იზომერების მაგალითი და შემოგვთავაზეთ თვისება, რომლითაც შეიძლება იზომერების კლასიფიცირება?(ცხადია, საფუძველი იქნება იზომერების მოლეკულების სტრუქტურა). მე ავხსნი მასალას დიაგრამის გამოყენებით:
არსებობს იზომერიზმის ორი ტიპი: სტრუქტურული და სივრცითი (სტერეოიზომერიზმი). სტრუქტურული იზომერები არის ისეთები, რომლებსაც აქვთ მოლეკულაში ატომების შეერთების განსხვავებული რიგი. სივრცულ იზომერებს აქვთ ერთი და იგივე შემცვლელი ნახშირბადის თითოეულ ატომზე, მაგრამ განსხვავდებიან სივრცეში მათი ურთიერთგანლაგებით.
სტრუქტურული იზომერიზმი სამი სახისაა: კლასთაშორისი იზომერიზმი, რომელიც დაკავშირებულია ნახშირბადის ჩონჩხის სტრუქტურასთან და ფუნქციური ჯგუფის ან მრავალჯერადი ბმის პოზიციის იზომერიზმი.
კლასთაშორისი იზომერები შეიცავს სხვადასხვა ფუნქციურ ჯგუფს და მიეკუთვნება ორგანული ნაერთების სხვადასხვა კლასს და, შესაბამისად, კლასთაშორისი იზომერების ფიზიკური და ქიმიური თვისებები მნიშვნელოვნად განსხვავდება.
ნახშირბადის ჩონჩხის იზომერიზმი უკვე ნაცნობია, ფიზიკური თვისებები განსხვავებულია, ქიმიური თვისებები კი მსგავსი, რადგან ეს ნივთიერებები ერთ კლასს მიეკუთვნება.
ფუნქციური ჯგუფის პოზიციის იზომერიზმი ან მრავალი ბმის პოზიციის. ასეთი იზომერების ფიზიკური თვისებები განსხვავებულია, მაგრამ ქიმიური თვისებები მსგავსია.
გეომეტრიული იზომერიზმი: აქვთ განსხვავებული ფიზიკური მუდმივები, მაგრამ მსგავსი ქიმიური თვისებები
ოპტიკური იზომერები ერთმანეთის სარკისებური გამოსახულებაა; ორი პალმის მსგავსად, შეუძლებელია მათი ერთმანეთთან შეთავსება ისე, რომ ერთმანეთს ემთხვეოდეს.
4. ფიქსაცია: იზომერების ამოცნობა, იზომერიზმის ტიპის განსაზღვრა ნივთიერებებში, რომელთა ფორმულები: შეასრულე სავარჯიშო 3.§ 7
და ბერძნული μέρος - წილი, ნაწილი), ფენომენი, რომელიც შედგება იმავე შემადგენლობის ქიმიური ნაერთების არსებობაში, იგივე მოლეკულური წონით, მაგრამ განსხვავებული სტრუქტურით. ასეთ ნაერთებს იზომერებს უწოდებენ. სტრუქტურული განსხვავებები იწვევს მოლეკულებში ატომების განსხვავებულ ურთიერთზემოქმედებას და წინასწარ განსაზღვრავს იზომერების სხვადასხვა ფიზიკურ და ქიმიურ თვისებებს. იზომერიზმი უკიდურესად გავრცელებულია ორგანულ ქიმიაში და არის ორგანული ნაერთების მრავალფეროვნებისა და სიმრავლის ერთ-ერთი მთავარი მიზეზი. არაორგანულ ქიმიაში იზომერიზმი ძირითადად რთული ნაერთებისთვის ხდება.
ტერმინი "იზომერიზმი" შემოიღო ჯ. ბერცელიუსმა 1830 წელს, დაასრულა დაპირისპირება ჯ. ლიბიგსა და ფ. უოლერს შორის ორი ნივთიერების არსებობაზე, რომლებიც მკვეთრად განსხვავდებიან თვისებებით და აქვთ იგივე AgCNO შემადგენლობა - ვერცხლის ციანატი და ფულმინატი და დაფუძნებულია. ღვინისა და ღვინის მჟავების კვლევის შედეგებზე. იზომერიზმის არსი მოგვიანებით იქნა ახსნილი ქიმიური სტრუქტურის თეორიის საფუძველზე.
იზომერიზმის ორი ძირითადი ტიპი არსებობს: სტრუქტურული და სივრცითი (სტერეოიზომერიზმი). სტრუქტურული იზომერები განსხვავდებიან მოლეკულაში ატომების ბმების თანმიმდევრობით, ანუ მათი ქიმიური აგებულებით. სტერეოიზომერები (სივრცითი იზომერები) მოლეკულაში ატომების ბმების იგივე რიგით განსხვავდებიან სივრცეში ატომების ურთიერთგანლაგებით.
სტრუქტურული იზომერია იყოფა ნახშირბადის ჩონჩხის იზომერიზმად (ჩონჩხის იზომერია), პოზიციური იზომერიზმად (პოზიციური იზომერია), მეტამერიზმს და სხვა ტიპებად. ნახშირბადის ჩონჩხის იზომერიზმი განპირობებულია ნახშირბადის ატომების ბმების განსხვავებული რიგით, რომლებიც ქმნიან მოლეკულის ჩონჩხს. იზომერების სტრუქტურული მახასიათებლების დასაზუსტებლად, ჩონჩხის იზომერიზმი იყოფა ნახშირბადის ჯაჭვის იზომერიზმად, რგოლის იზომერიზმად და გვერდითი ჯაჭვის იზომერიზმად. მაგალითად, ნახშირბადის ჯაჭვის იზომერიზმი დამახასიათებელია ალკანებისთვის დაწყებული C 4 H 10 ჰომოლოგიური სერიის მეოთხე წევრიდან, რომელსაც აქვს ორი სტრუქტურული იზომერი: n-ბუტანი CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 3 და იზობუტანი (2-მეთილპროპანი. ) CH3-CH (CH3)-CH3. C 5 H 12 ალკანების სერიის მეხუთე წევრს აქვს სამი იზომერი: CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 3 - n-პენტანი, CH 3 -CH (CH 3) -CH 2 -CH 3 - იზოპენტანი. (2-მეთილბუტანი) და ნეოპენტანი (2,2-დიმეთილპროპანი) CH3-C (CH3)2-CH3. ჯაჭვის გახანგრძლივებასთან ერთად, შესაძლო იზომერების რაოდენობა სწრაფად იზრდება. ასე რომ, C 10 H 22 შემადგენლობის ალკანებისთვის შესაძლებელია 75 სტრუქტურული იზომერი, C 13 H 28 - 802 იზომერისთვის, C 20 H 42 - 366 ათასზე მეტი იზომერი. ალიციკლურ ნაერთებს ახასიათებთ რგოლის იზომერიზმი და გვერდითი ჯაჭვის იზომერიზმი. მაგალითად, ჩონჩხის იზომერებს შორის (ფორმულები I-IV), მეთილციკლოპენტანი (I), ციკლოჰექსანი (II) და პროპილციკლოპროპანი (III) არის ციკლური იზომერები, ხოლო პროპილციკლოპროპანი (III) და იზოპროპილციკლოპროპანი (IV) არის გვერდითი ჯაჭვის იზომერები. ჩონჩხის იზომერების თვისებებში განსხვავებები გამოიხატება მათი დუღილის წერტილების განსხვავებაში (ნორმალური ნახშირბადის ჯაჭვის მქონე იზომერები დუღს უფრო მაღალ ტემპერატურაზე, ვიდრე განშტოებული ჯაჭვის იზომერები), სიმკვრივესა და სხვა n-ალკანებში, მაგალითად, განსხვავებით. განშტოებული იზომერები, მათ აქვთ უფრო დაბალი დეტონაციის წინააღმდეგობა (იხილეთ სტატია ოქტანური რიცხვი), ქმნიან კომპლექსებს შარდოვანასთან (კლატრატები).
პოზიციის იზომერიზმი განპირობებულია ფუნქციური ჯგუფების, შემცვლელების ან მრავალი ბმის სხვადასხვა პოზიციით. მაგალითად, პოზიციის იზომერებია 1-პროპანოლი CH 3 -CH 2 -CH 2 OH და 2-პროპანოლი CH 3 -CH (OH) -CH 3, 1-ბუტენი CH 2 \u003d CH-CH 2 -CH 3 და 2- ბუტენი CH3 -CH=CH-CH3. ფუნქციური ჯგუფის პოზიციის შეცვლამ შეიძლება გამოიწვიოს ნაერთის კლასის ცვლილება. მაგალითად, პოზიციური იზომერები აცეტონი CH3-C(O)-CH3 და პროპანალი CH3-CH2-CHO ეხება კეტონებსა და ალდეჰიდებს, შესაბამისად. სხვადასხვა ფუნქციური ჯგუფის მქონე სტრუქტურული იზომერები მნიშვნელოვნად განსხვავდებიან ქიმიური თვისებებით.
მეტამერიზმი განპირობებულია ჰეტეროატომის (O, N, S) სხვადასხვა პოზიციით ჯაჭვში. მაგალითად, მეტამერებია მეთილის პროპილეთერი CH3O-CH2-CH2-CH3 და დიეთილის ეთერი CH3-CH2-O-CH2-CH3, დიეთილამინი CH3-CH2-NH-CH2-CH. 3 და CH3-NH-CH2-CH2-CH3 - მეთილპროპილამინი.
ხშირად, იზომერებში განსხვავებები განისაზღვრება რამდენიმე სტრუქტურული მახასიათებლით. მაგალითად, მეთილისოპროპილ კეტონი (3-მეთილ-2-ბუტანონი) CH 3 -C (O) -CH (CH 3) 2 და ვალერიკ ალდეჰიდი (პენტანალი) CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CHO განსხვავდება თითოეულისგან. სხვა, როგორც ნახშირბადის ჩონჩხის სტრუქტურა და ფუნქციური ჯგუფის პოზიცია.
სტრუქტურული იზომერიზმის განსაკუთრებული ტიპია ტავტომერიზმი (წონასწორობის დინამიური იზომერიზმი). ამ შემთხვევაში, იზომერები, რომლებიც განსხვავდებიან ფუნქციურ ჯგუფებში, ადვილად გადადიან ერთმანეთში, სანამ არ მიიღწევა წონასწორობა, რომლის დროსაც ნივთიერება ერთდროულად შეიცავს ტავტომერის მოლეკულებს გარკვეული თანაფარდობით.
სივრცითი იზომერიზმი იყოფა გეომეტრიულ (cis, trans და syn, ანტიიზომერიზმი, ან E, Z-იზომერიზმი) და ოპტიკურად (ენანტიომერიზმი). გეომეტრიული იზომერიზმი დამახასიათებელია ორმაგი ბმების ან არაარომატული რგოლების შემცველი ნაერთებისთვის, რომლებიც წარმოადგენენ მოლეკულების სტრუქტურულად ხისტ ფრაგმენტებს. ცის-იზომერებისთვის, ორი შემცვლელი განლაგებულია ორმაგი ბმის ან ციკლის სიბრტყის იმავე მხარეს, ტრანს-იზომერებისთვის - მოპირდაპირე მხარეს. მაგალითად, გეომეტრიული იზომერებია ცის-2-ბუტენი (ფორმულა V) და ტრანს-2-ბუტენი (VI), ცის-1,2-დიქლოროციკლოპროპანი (VII) და ტრანს-1,2-დიქლოროციკლოპროპანი (VIII).
ცის-ტრანს იზომერებს შორის დამახასიათებელი განსხვავებებია ცის-იზომერების დნობის დაბალი წერტილი, წყალში მნიშვნელოვნად უკეთესი ხსნადობა და გამოხატული დიპოლური მომენტი. ტრანს იზომერები ჩვეულებრივ უფრო სტაბილურია. იხილეთ, მაგალითად, სტატია მალეინის და ფუმარინის მჟავები.
ორმაგი ბმების C=N (ოქსიმები) და N=N (აზო-, აზოქსი ნაერთები) ნაერთებისთვის დაფიქსირებულ გეომეტრიულ იზომერიზმს ხშირად სინ, ანტიიზომერიზმს უწოდებენ. მაგალითად, გეომეტრიული იზომერებია ანტი-ბენზალდოქსიმი (ფორმულა IX) და სინ-ბენზალდოქსიმი (X); სინ-აზობენზოლი (XI) და ანტი-აზობენზოლი (XII).
ზოგად შემთხვევაში გამოიყენება Ε,Z-ნომენკლატურა. Z-იზომერებისთვის უფროსი შემცვლელები (უფრო მაღალი ატომური რიცხვი) განლაგებულია ორმაგი ბმის ან ციკლის ერთ მხარეს, E-იზომერებისთვის - მოპირდაპირე მხარეს. მაგალითად, გეომეტრიული იზომერებია (Z)-1-ბრომო1-იოდო-2-ქლოროეთილენი (ფორმულა XIII) და (E)-1-ბრომო-1-იოდი-2-ქლოროეთილენი (XIV).
ოპტიკური იზომერიზმი დამახასიათებელია ნაერთებისთვის, რომელთა მოლეკულებს აქვთ ქირალობის ელემენტები, როგორიცაა ასიმეტრიული (ქირალური) ნახშირბადის ატომი, რომელიც დაკავშირებულია ოთხ სხვადასხვა შემცვლელთან. იგი პირველად აღმოაჩინა ლ. პასტერმა 1848 წელს ღვინის მჟავების მაგალითის გამოყენებით და ახსნა J. H. van't Hoff-ისა და J. A. Le Bel-ის მიერ 1874 წელს, ნახშირბადის ატომების ტეტრაედრული კონფიგურაციის კონცეფციის საფუძველზე გაჯერებულ ნაერთებში. ნახშირბადის ასიმეტრიული ატომის შემცველი მოლეკულები შეიძლება წარმოდგენილი იყოს როგორც ორი ოპტიკური იზომერი, რომლებიც არ შეიძლება გაერთიანდეს სივრცეში (ანუ ისინი ერთმანეთთან დაკავშირებულია, როგორც ობიექტი მის სარკისებურ გამოსახულებას). ასეთ სარკის იზომერებს, რომლებიც განსხვავდებიან მხოლოდ ქირალურ ცენტრში ერთი და იგივე შემცვლელების საპირისპირო განლაგებით, ენანტიომერებს უწოდებენ (ბერძნულიდან έναντίος - საპირისპირო და μέρος - ნაწილი). მაგალითად, რძემჟავა ენანტიომერები (XV და XVI) შეიძლება წარმოდგენილი იყოს 3D ან ფიშერის ფორმულების სახით (იხ. ქიმიური ნომენკლატურა).
ენანტიომერებს აქვთ განსხვავებული ბიოლოგიური აქტივობა; მათ ასევე ახასიათებთ ოპტიკური აქტივობა - სიბრტყით პოლარიზებულ სინათლეზე მოქმედების უნარი (პოლარიზაციის სიბრტყის როტაცია). ენანტიომერები ატრიალებენ პოლარიზაციის სიბრტყეს იმავე კუთხით, მაგრამ საპირისპირო მიმართულებით, რის გამოც მათ ოპტიკურ ანტიპოდებს უწოდებენ.
დიდი ხნის განმავლობაში, ენანტიომერების კონფიგურაცია განისაზღვრა ცნობილი სტანდარტის კონფიგურაციასთან შედარებით, რომელიც იყო გლიცერალდეჰიდის ენანტიომერები (D, L-სტერიული სერია). უფრო უნივერსალურია R, S-ნომენკლატურა (შემოთავაზებული R. Kahn, K. Ingold და V. Prelog), რომელიც ადგენს სივრცითი იზომერების აბსოლუტურ კონფიგურაციას. R, S ნომენკლატურის წესების შესაბამისად, რძემჟავა ენანტიომერები (XV, XVI) არის შესაბამისად (R)-ლაქტური და (S)-ლაქტური მჟავები. არ არსებობს წესები D, L-ნომენკლატურის R, S- სისტემაში თარგმნისთვის, რადგან ეს ნომენკლატურები სხვადასხვა პრინციპებს იყენებენ. არანაირი კავშირი არ დამყარებულა აბსოლუტურ კონფიგურაციასა და ოპტიკური ბრუნვის პარამეტრებს შორის.
ნაერთებისთვის, რომლებსაც აქვთ n ქირალური ცენტრი მოლეკულაში, შესაძლო სტერეოიზომერების რაოდენობა არის 2". თუმცა, n ≥ 2-ზე არის სტერეოიზომერები, რომლებიც განსხვავდებიან ერთმანეთისგან მათში შემავალი ქირალურობის ელემენტების ნაწილით. ასეთი სტერეოიზომერები, რომლებიც არ არიან ენანტიომერები, არის ეწოდება დიასტერეომერები (ბერძნულიდან δια ... - მეშვეობით, შორის, სტერეო... და μέρος - ნაწილი). და XX არის ენანტიომერები, დარჩენილი წყვილები (XVII და XIX, XVII და XX, XVIII და XIX, XVIII და XX) არიან დიასტერეომერები.
დამატებითი სიმეტრიის ელემენტების (სიბრტყე, ღერძი ან სიმეტრიის ცენტრი) გამოჩენასთან ერთად შეიძლება შემცირდეს სტერეოიზომერების საერთო რაოდენობა, ისევე როგორც ოპტიკურად აქტიური ფორმების რაოდენობა. მაგალითად, ღვინის მჟავას აქვს სამი სტერეოიზომერი, რომელთაგან ორი ოპტიკურად აქტიურია: D- ღვინის მჟავა, ან (2R,3R)- ღვინის მჟავა (ფორმულა XXI) და L- ღვინის მჟავა, ან (2S,3S)- ღვინის მჟავა. (XXII), რომლებიც წარმოადგენენ ენანტიომერებს. მათი დიასტერეომერი - მეზოტარტარული მჟავა, ან (2R,3S)-ტარტარული მჟავა (ფორმულა XXIII, ანუ იდენტური კონფიგურაცია XXIV), სიმეტრიის სიბრტყის არსებობის გამო (მინიშნებული წერტილოვანი ხაზით) ოპტიკურად არააქტიურია - არის ე.წ. ინტრამოლეკულური რაცემატი.
ენანტიომერების ურთიერთკონვერსიის პროცესს რასემიზაცია ეწოდება. თანაბარი რაოდენობის ოპტიკური ანტიპოდების ნარევს – რასემულ ნარევს, ანუ რაცემატს, არ გააჩნია ოპტიკური აქტივობა. სტერეოიზომერიზმს დიდი ყურადღება ექცევა ბუნებრივი ნაერთების შესწავლასა და ბიოლოგიურად აქტიური ნივთიერებების სინთეზში. ბუნებრივი წარმოშობის ნივთიერებებს, რომლებიც შეიცავს ქირალობის ელემენტებს, აქვთ გარკვეული სტერეოკონფიგურაცია, ისევე როგორც ოპტიკური აქტივობა. როდესაც ქიმიური სინთეზის პირობებში წარმოიქმნება ქირალური ცენტრი (ასიმეტრიული სინთეზის გარდა), წარმოიქმნება რაზმატი; ენანტიომერების იზოლაცია მოითხოვს რაცემატის ოპტიკურად აქტიურ კომპონენტებად გამოყოფის რთული მეთოდების გამოყენებას.
მოლეკულების შიდა ბრუნვის შედეგად წარმოიქმნება კონფორმაციული იზომერები ან კონფორმერები, რომლებიც განსხვავდებიან მოლეკულური ფრაგმენტების ბრუნვის ხარისხით ერთი ან მეტი მარტივი ბმის გარშემო. ზოგიერთ შემთხვევაში შესაძლებელია ცალკეული კონფორმატორების იზოლირება, რომლებსაც ზოგჯერ ბრუნვის იზომერებსაც უწოდებენ. კონფორმაციული ანალიზი გამოიყენება კონფორმატორების ფორმირების, თვისებების განსხვავებებისა და რეაქტიულობის შესასწავლად.
იზომერები შეიძლება ერთმანეთში გარდაიქმნას იზომერიზაციის რეაქციებით.
ლიტ.: პოტაპოვ V.M. სტერეოქიმია. მე-2 გამოცემა. მ., 1988; Traven VF ორგანული ქიმია. M., 2004. T. 1.
ἴσος - თანაბარი + μέρος - წილი, ნაწილი) - ფენომენი, რომელიც შედგება ქიმიური ნაერთების არსებობაში - იზომერები, - იდენტურია ატომური შემადგენლობით და მოლეკულური წონით, მაგრამ განსხვავდება სივრცეში ატომების აგებულებით ან განლაგებით და, შედეგად, თვისებებით.ენციკლოპედიური YouTube
1 / 5
გაჯერებული ნახშირწყალბადების იზომერიზმი და ნომენკლატურა
1.1. ალკანები: სტრუქტურა, ნომენკლატურა, იზომერიზმი. ქიმიის გამოცდისთვის მზადება
იზომერიზმის სახეები
სტერეოიზომერები, ენანტიომერები, დიასტერეომერები, სტრუქტურული იზომერები, მეზო ნაერთები
No 42. ორგანული ქიმია. თემა 12. ჰალოგენის წარმოებულები. ნაწილი 1. ნომენკლატურა, იზომერიზმი
სუბტიტრები
ისტორიული ცნობები
ამ ტიპის იზომერიზმი იყოფა ენანტიომერები(ოპტიკური იზომერიზმი) და დიასტერეომერიზმი.
ენანტიომერიზმი (ოპტიკური იზომერიზმი)
ენანტიომერების ურთიერთკონვერსიის პროცესს ე.წ რასემიზაცია: იწვევს ოპტიკური აქტივობის გაქრობას (−)- და (+)-ფორმების ეკვიმოლარული ნარევის, ანუ რაზმის წარმოქმნის შედეგად. დიასტერეომერების ურთიერთკონვერსია იწვევს ნარევის წარმოქმნას, რომელშიც ჭარბობს თერმოდინამიკურად უფრო სტაბილური ფორმა. π-დიასტერეომერების შემთხვევაში, ეს ჩვეულებრივ ტრანს ფორმაა. კონფორმაციული იზომერების ურთიერთგარდაქმნას ეწოდება კონფორმაციული წონასწორობა.
იზომერიზმის ფენომენი დიდად უწყობს ხელს ცნობილი (და კიდევ უფრო მეტი - პოტენციურად შესაძლო) ნაერთების რაოდენობის ზრდას. ასე რომ, სტრუქტურული იზომერული დეცილის სპირტების შესაძლო რაოდენობა 500-ზე მეტია (აქედან დაახლოებით 70 ცნობილია), 1500-ზე მეტი სივრცითი იზომერია.
იზომერიზმის პრობლემების თეორიული განხილვისას სულ უფრო და უფრო ფართოვდება ტოპოლოგიური მეთოდები; მათემატიკური ფორმულები იქნა მიღებული იზომერების რაოდენობის გამოსათვლელად.
კიდევ ერთი მაგალითი იყო ღვინის და ღვინის მჟავები, რომელთა შესწავლის შემდეგ J. Berzelius შემოიღო ტერმინი. იზომერიზმიდა ვარაუდობს, რომ განსხვავებები წარმოიქმნება "მარტივი ატომების განსხვავებული განაწილებიდან რთულ ატომში" (ანუ მოლეკულაში). იზომერიზმის ჭეშმარიტი ახსნა მიიღეს მხოლოდ XIX საუკუნის II ნახევარში. ეფუძნება A.M. Butlerov-ის ქიმიური სტრუქტურის თეორიას (სტრუქტურული იზომერიზმი) და ჯ.გ.ვანტ ჰოფის სტერეოქიმიურ თეორიას (სივრცითი იზომერიზმი).
სტრუქტურული იზომერიზმი
სტრუქტურული იზომერიზმი არის ქიმიური სტრუქტურის განსხვავებების შედეგი. ეს ტიპი მოიცავს:
ნახშირწყალბადის ჯაჭვის იზომერიზმი (ნახშირბადის ჩონჩხი)
ნახშირბადის ჩონჩხის იზომერიზმი, ნახშირბადის ატომების განსხვავებული შემაკავშირებელი რიგის გამო. უმარტივესი მაგალითია ბუტანი CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 3 და იზობუტანი (CH 3) 3 CH. Dr. მაგალითები: ანტრაცენი და ფენანთრენი (ფორმულები I და II, შესაბამისად), ციკლობუტანი და მეთილციკლოპროპანი (III და IV).
ვალენტურობის იზომერიზმი
ვალენტური იზომერიზმი (სტრუქტურული იზომერიზმის განსაკუთრებული ტიპი), რომელშიც იზომერები ერთმანეთში გარდაიქმნება მხოლოდ ბმების გადანაწილებით. მაგალითად, ბენზოლის (V) ვალენტური იზომერებია ბიციკლოჰექსა-2,5-დიენი (VI, „დევარის ბენზოლი“), პრისმანი (VII, „ლადენბურგის ბენზოლი“), ბენზვალენი (VIII).
ფუნქციური ჯგუფის იზომერიზმი
იგი განსხვავდება ფუნქციური ჯგუფის ბუნებით. მაგალითი: ეთანოლი (CH 3 -CH 2 -OH) და დიმეთილის ეთერი (CH 3 -O-CH 3)
პოზიციური იზომერიზმი
სტრუქტურული იზომერიზმის ტიპი, რომელსაც ახასიათებს ერთი და იგივე ფუნქციური ჯგუფების პოზიციის სხვაობა ან ორმაგი ბმები იმავე ნახშირბადის ჩონჩხთან. მაგალითი: 2-ქლორბუტანის მჟავა და 4-ქლორბუტანის მჟავა.
სივრცითი იზომერიზმი (სტერეოიზომერიზმი)
ენანტიომერიზმი (ოპტიკური იზომერიზმი)
სივრცითი იზომერიზმი (სტერეოიზომერიზმი) წარმოიქმნება მოლეკულების სივრცითი კონფიგურაციის განსხვავებების შედეგად, რომლებსაც აქვთ იგივე ქიმიური სტრუქტურა. ამ ტიპის იზომერი იყოფა ენანტიომერები(ოპტიკური იზომერიზმი) და დიასტერეომერიზმი.
ენანტიომერები (ოპტიკური იზომერები, სარკის იზომერები) არის ნივთიერებების ოპტიკური ანტიპოდების წყვილი, რომლებიც ხასიათდება სინათლის პოლარიზაციის სიბრტყის საპირისპირო ნიშნით და სიდიდის ბრუნვით ყველა სხვა ფიზიკური და ქიმიური თვისების იდენტურობით (გარდა სხვა რეაქციისა. ოპტიკურად აქტიური ნივთიერებები და ფიზიკური თვისებები ქირალურ გარემოში). ოპტიკური ანტიპოდების გამოჩენის აუცილებელი და საკმარისი მიზეზი არის მოლეკულის და ერთ-ერთი შემდეგი წერტილის სიმეტრიის ჯგუფის C მინიჭება. ნ, დ ნ, T, O, I (Chirality). ყველაზე ხშირად ჩვენ ვსაუბრობთ ასიმეტრიულ ნახშირბადის ატომზე, ანუ ატომზე, რომელიც ასოცირდება ოთხ სხვადასხვა შემცვლელთან, მაგალითად:
სხვა ატომები ასევე შეიძლება იყოს ასიმეტრიული, როგორიცაა სილიციუმის, აზოტის, ფოსფორის და გოგირდის ატომები. ასიმეტრიული ატომის არსებობა ენანტიომერების ერთადერთი მიზეზი არ არის. ასე რომ, ადამანტანის (IX), ფეროცენის (X), 1,3-დიფენილალენის (XI), 6,6"-დინიტრო-2,2"-დიფენის მჟავას (XII) წარმოებულებს აქვთ ოპტიკური ანტიპოდები. ამ უკანასკნელი ნაერთის ოპტიკური აქტივობის მიზეზი არის ატროპიზომერიზმი, ანუ სივრცითი იზომერიზმი, რომელიც გამოწვეულია ერთი ბმის გარშემო ბრუნვის ნაკლებობით. ენანტიომერიზმი ასევე ვლინდება ცილების, ნუკლეინის მჟავების, ჰექსაჰელიცენის (XIII) ხვეული კონფორმაციებში.
(R)-, (S)- ოპტიკური იზომერების ნომენკლატურა (დასახელების წესი)
ასიმეტრიული ნახშირბადის ატომზე C abcd მიმაგრებულ ოთხ ჯგუფს ენიჭება სხვადასხვა ასაკი, რომელიც შეესაბამება თანმიმდევრობას: a>b>c>d. უმარტივეს შემთხვევაში ხანდაზმულობა დგინდება ნახშირბადის ასიმეტრიულ ატომზე მიმაგრებული ატომის სერიული ნომრით: Br(35), Cl(17), S(16), O(8), N(7), C(6). ), H(1) .
მაგალითად, ბრომოქლორძმარმჟავაში:
ასიმეტრიულ ნახშირბადის ატომში შემცვლელების ასაკი ასეთია: Br(a), Cl(b), COOH ჯგუფის C (c), H(d).
ბუტანოლ-2-ში ჟანგბადი არის უფროსი შემცვლელი (a), წყალბადი არის უმცროსი შემცვლელი (d):
საჭიროა CH 3 და CH 2 CH 3 შემცვლელების საკითხის გადაწყვეტა. ამ შემთხვევაში ხანდაზმულობა განისაზღვრება ჯგუფის სხვა ატომების სერიული ნომრით ან ნომრებით. პრიმატი რჩება ეთილის ჯგუფთან, რადგან მასში პირველი C ატომი უკავშირდება სხვა C(6) ატომს და სხვა H(1) ატომს, ხოლო მეთილის ჯგუფში ნახშირბადი უკავშირდება სამ H ატომს ატომური რიცხვით 1. უფრო რთულ შემთხვევებში გააგრძელეთ ყველა ატომის შედარება, სანამ ისინი არ მიაღწევენ ატომებს სხვადასხვა სერიული ნომრებით. თუ არსებობს ორმაგი ან სამმაგი ბმები, მაშინ მათზე მიმაგრებული ატომები ითვლება, შესაბამისად, ორ და სამ ატომად. ამრიგად, -COH ჯგუფი განიხილება როგორც C (O, O, H), ხოლო -COOH ჯგუფი განიხილება, როგორც C (O, O, OH); კარბოქსილის ჯგუფი უფრო ძველია ვიდრე ალდეჰიდის ჯგუფი, რადგან ის შეიცავს სამ ატომს სერიული ნომრით 8.
D-გლიცერალდეჰიდში OH(a) ჯგუფი ყველაზე მაღალია, რასაც მოჰყვება CHO(b), CH2 OH(c) და H(d):
შემდეგი ნაბიჯი არის იმის დადგენა, არის თუ არა ჯგუფების განლაგება სწორი, R (ლათ. rectus) თუ მარცხენა, S (ლათ. sinister). გადავდივართ შესაბამის მოდელზე, ის ორიენტირებულია ისე, რომ პერსპექტივის ფორმულაში მცირე ჯგუფი (d) არის ბოლოში, შემდეგ კი ზემოდან ჩანს ღერძის გასწვრივ, რომელიც გადის ტეტრაედონის და (დ) დაჩრდილულ სახეზე. D-გლიცერალდეჰიდის ჯგუფში
მდებარეობს მარჯვენა ბრუნვის მიმართულებით და, შესაბამისად, მას აქვს R- კონფიგურაცია:
(R) -გლიცერალდეჰიდი
D,L ნომენკლატურისგან განსხვავებით, (R)- და (S)-იზომერების აღნიშვნები ჩასმულია ფრჩხილებში.
დიასტერეომერიზმი
σ-დიასტერეომერიზმი
სივრცული იზომერების ნებისმიერი კომბინაცია, რომელიც არ ქმნის ოპტიკური ანტიპოდების წყვილს, ითვლება დიასტერეომერულად. არსებობს σ და π-დიასტერეომერები. σ-დიასტერიომერები განსხვავდებიან ერთმანეთისგან მათში შემავალი ზოგიერთი ქირალობის ელემენტის კონფიგურაციით. ასე რომ, დიასტერიომერებია (+)-ტარტარული მჟავა და მეზო-ტარტარული მჟავა, D-გლუკოზა და D-მანოზა, მაგალითად:
დიასტერეომერიზმის ზოგიერთი სახეობისთვის შემოღებულ იქნა სპეციალური აღნიშვნები, მაგალითად, თრეო- და ერითრო-იზომერები არის დიასტერეომერიზმი ორი ასიმეტრიული ნახშირბადის ატომით და სივრცეებით, შემცვლელების განლაგება ამ ატომებზე, მოგვაგონებს შესაბამის თრეოზას (დაკავშირებული შემცვლელები არის საპირისპირო მხარეები ფიშერის პროექციის ფორმულებში) და ერითროზა ( დეპუტატები - ერთ მხარეს):
ერითრო იზომერებს, რომელთა ასიმეტრიული ატომები დაკავშირებულია ერთსა და იმავე შემცვლელებთან, ეწოდება მეზო ფორმები. ისინი, სხვა σ-დიასტერეომერებისგან განსხვავებით, ოპტიკურად არააქტიურები არიან საპირისპირო კონფიგურაციის ორი იდენტური ასიმეტრიული ცენტრის სინათლის პოლარიზაციის სიბრტყის ბრუნვაში წვლილის ინტრამოლეკულური კომპენსაციის გამო. დიასტერეომერების წყვილებს, რომლებიც განსხვავდებიან რამდენიმე ასიმეტრიული ატომის კონფიგურაციით, ეწოდება ეპიმერები, მაგალითად:
ტერმინი "ანომერები" ეხება დიასტერეომერული მონოსაქარიდების წყვილს, რომლებიც განსხვავდება გლიკოზიდური ატომის კონფიგურაციით ციკლური ფორმით, მაგალითად, α-D- და β-D-გლუკოზა არის ანომერული.
π-დიასტერეომერიზმი (გეომეტრიული იზომერიზმი)
π-დიასტერიომერები, რომლებსაც ასევე გეომეტრიულ იზომერებს უწოდებენ, ერთმანეთისგან განსხვავდებიან შემცვლელების განსხვავებული სივრცით განლაგებით ორმაგი ბმის სიბრტყესთან (ყველაზე ხშირად C=C და C=N) ან რგოლთან. ესენია, მაგალითად, მალეინის და ფუმარინის მჟავები (ფორმულები XIV და XV, შესაბამისად), (E)- და (Z)-ბენზალდოქსიმები (XVI და XVII), ცის- და ტრანს-1,2-დიმეთილციკლოპენტანები (XVIII და XIX) .
კონფორმატორები. ტავტომერები
ფენომენი განუყოფლად არის დაკავშირებული მისი დაკვირვების ტემპერატურულ პირობებთან. მაგალითად, ქლოროციკლოჰექსანი ოთახის ტემპერატურაზე არსებობს ორი კონფორმერის წონასწორული ნარევის სახით - ქლორის ატომის ეკვატორული და ღერძული ორიენტაციებით:
თუმცა, მინუს 150 °C ტემპერატურაზე შესაძლებელია ცალკეული a-ფორმის იზოლირება, რომელიც ამ პირობებში იქცევა როგორც სტაბილური იზომერი.
მეორეს მხრივ, ნაერთები, რომლებიც ნორმალურ პირობებში იზომერები არიან, შეიძლება აღმოჩნდნენ ტავტომერები წონასწორობაში ტემპერატურის მატებასთან ერთად. მაგალითად, 1-ბრომოპროპანი და 2-ბრომოპროპანი სტრუქტურული იზომერებია, თუმცა, როდესაც ტემპერატურა 250 °C-მდე იზრდება, მათ შორის წონასწორობა მყარდება, რაც დამახასიათებელია ტავტომერებისთვის.
იზომერები, რომლებიც ერთმანეთში გარდაიქმნება ოთახის ტემპერატურაზე დაბალ ტემპერატურაზე, შეიძლება ჩაითვალოს არამყარ მოლეკულებად.
კონფორმერების არსებობას ხანდახან მოიხსენიებენ როგორც "ბრუნვის იზომერიზმს". დიენებს შორის განასხვავებენ s-cis- და s-trans იზომერებს, რომლებიც, არსებითად, არიან კონფორმატორები, რომლებიც წარმოიქმნება მარტივი (s-ერთი) ბმის გარშემო ბრუნვის შედეგად:
იზომერიზმი დამახასიათებელია საკოორდინაციო ნაერთებისთვისაც. ასე რომ, ნაერთები, რომლებიც განსხვავდებიან ლიგანდების კოორდინაციის გზით (იონიზაციის იზომერიზმი) იზომერულია, მაგალითად, იზომერულია:
SO 4 - და + Br -
აქ, არსებითად, არის ანალოგია ორგანული ნაერთების სტრუქტურულ იზომერიზმთან.
ქიმიურ გარდაქმნებს, რის შედეგადაც სტრუქტურული იზომერები ერთმანეთში გარდაიქმნება, იზომერიზაცია ეწოდება. ასეთი პროცესები მნიშვნელოვანია ინდუსტრიაში. ასე, მაგალითად, ნორმალური ალკანების იზომერიზაცია იზოალკანებად ხორციელდება საავტომობილო საწვავის ოქტანური რაოდენობის გაზრდის მიზნით; პენტანი იზომერიზებულია იზოპენტანად შემდგომი დეჰიდროგენაციისთვის იზოპრენში. ინტრამოლეკულური გადაწყობები ასევე არის იზომერიზაციები, რომელთაგან, მაგალითად, დიდი მნიშვნელობა აქვს ციკლოჰექსანონოქსიმის კაპროლაქტამად გარდაქმნას, კაპრონის წარმოების ნედლეულს.
