Izomeria pozycji. Izomeria i jej rodzaje
Izomery strukturalne- Są to związki, które mają ten sam wzór cząsteczkowy, ale różnią się między sobą kolejnością wiązania atomów w cząsteczce.
Izomeria strukturalna jest podzielona na izomerię łańcucha węglowego, izomerię pozycyjną i izomerię grup funkcyjnych.
Izomeria łańcucha węglowego. Ze względu na różną kolejność wiązania atomów tworzących szkielet węglowy cząsteczki. Na przykład dla alkanu o składzie C 4 H 10 można zapisać dwa izomery;
W przypadku związków organicznych o strukturze cyklicznej izomeria łańcucha może być spowodowana wielkością cyklu.
izomeria pozycyjna ze względu na różne pozycje grup funkcyjnych, podstawników czy wiązań wielokrotnych w cząsteczce.
Izomeria funkcjonału: grupy ze względu na obecność w izomerach o tym samym składzie grup funkcyjnych o różnym charakterze.
IZOMERIA PRZESTRZENNA (STEREOISOMERIA)
Izomery przestrzenne- są to związki, które mają ten sam wzór cząsteczkowy, ten sam porządek wiązania atomów w cząsteczce, ale różnią się od siebie rozmieszczeniem atomów w przestrzeni.
Izomery przestrzenne nazywane są również izomerami stereo i (z greckiego stereos - przestrzennymi).
Izomeria przestrzenna dzieli się na konfiguracyjną i konformacyjną.
Ale zanim przejdziemy do rozważań nad tymi typami stereoizomerii, zastanówmy się nad sposobami przedstawiania struktury przestrzennej cząsteczek związków organicznych.
Do zobrazowania struktury przestrzennej cząsteczek, ich konfiguracji lub konformacji wykorzystuje się modele molekularne i specjalne stereoformuły.
Modele molekularne - wizualna reprezentacja cząsteczek związków organicznych i nieorganicznych, która umożliwia ocenę względnego położenia atomów tworzących cząsteczkę.
Najczęściej stosowane są trzy główne typy modeli: sferyczny (modele Kekule-Vant-Hoff), szkieletowy (modele Dryding-g) i hemisferyczny (modele Stuarta-Briegleba).Modele pozwalają ocenić nie tylko wzajemne ułożenie atomów w cząsteczki, ale są wygodne i uwzględniają kąty wiązań oraz możliwość obracania się wokół prostych wiązań. Modele suszenia uwzględniają również odległości międzyatomowe, podczas gdy modele Stewarta-Briegleba odzwierciedlają również objętości atomów. Poniższy rysunek przedstawia modele cząsteczek etanu i etylenu.
Ryż. 3.1. Modele cząsteczek etanu (po lewej) i etylenu (po prawej); a - piłka i kij; b - Suszenie; w – półkulisty (Stuart-Brigleb)
formuły stereo. Do zobrazowania struktury przestrzennej cząsteczki na płaszczyźnie najczęściej stosuje się wzory stereochemiczne i perspektywiczne, a także wzory projekcji Newmana.
W wzory stereochemiczne wiązania chemiczne znajdujące się w płaszczyźnie rysunku zaznaczono linią regularną; połączenia znajdujące się nad płaszczyzną – pogrubiony klin lub pogrubiona linia, a położone nad płaszczyzną pssh – klin przerywany lub linia przerywana:
Obiecujące formuły opisać strukturę przestrzenną na płaszczyźnie, biorąc pod uwagę rozmieszczenie cząsteczki wzdłuż jednego z wiązań węgiel-węgiel. Z wyglądu przypominają kozy tartaczne:
Podczas budowania Formuły projekcji Newmana cząsteczka jest oglądana w kierunku jednego wiązania C-C w taki sposób, że atomy tworzące to wiązanie przesłaniają się nawzajem. Z wybranej pary atom węgla najbliżej obserwatora jest reprezentowany przez kropkę, a najdalszy przez kółko. Wiązania chemiczne najbliższego atomu węgla z innymi atomami są reprezentowane liniami wychodzącymi z punktu w środku okręgu, a dalszego - z okręgu:
Istnieją wzory projekcji Fishera, które są zwykle używane do przedstawiania przestrzennej struktury izomerów optycznych na płaszczyźnie.
Wykład nr 5
Temat „Izomeria i jej rodzaje”
Rodzaj lekcji: łączona
Cel: 1. Ujawnienie głównego stanowiska teorii budowy na zjawisko izomerii. Podaj ogólne pojęcie o rodzajach izomerii. Wskazać główne kierunki rozwoju teorii budowy na przykładzie stereoizomerii.
2. dalej kształtować umiejętność budowania wzorów izomerów, nadawania nazw substancjom według wzorów.
3. kultywować poznawczy stosunek do uczenia się
Wyposażenie: modele cząsteczek Stuarta-Briegleba, kolorowa plastelina, zapałki, para rękawiczek, kminek, miętowa guma do żucia, trzy probówki.
Plan lekcji
powitanie, apel
Przegląd wiedzy podstawowej
Nauka nowego materiału:
Teoria budowy i zjawisko izomerii;
Rodzaje izomerii;
Zakotwiczenie
Postęp lekcji
2. Przegląd wiedzy podstawowej: frontalnie
Według jakich kryteriów klasyfikuje się związki organiczne, wyjaśnij za pomocą diagramu.
Jakie są główne klasy związków organicznych, cechy ich struktury
Wykonaj ćwiczenie nr 1 i 2 §6. Jeden uczeń przy tablicy, reszta w zeszytach
3. Nauka nowego materiału: Teoria budowy i zjawisko izomerii
Przypomnij sobie definicję izomerii i izomerów. Wyjaśnij powód ich istnienia.
Zjawisko izomerii (z gr. isos – inny i meros – udział, część) odkryli w 1823 r. J. Liebig i F. Wehler na przykładzie soli dwóch kwasów nieorganicznych: cyjanowego i piorunującego. NOS = N cyjan; H-O-N = grzechotanie C
W 1830 r. J. Dumas rozszerzył pojęcie izomerii na związki organiczne. Termin „izomer” pojawił się rok później i został zaproponowany przez J. Berzelliusa. Ponieważ w dziedzinie budowy zarówno substancji organicznych, jak i nieorganicznych panował wówczas całkowity chaos, odkryciu nie nadano większego znaczenia.
Naukowe wyjaśnienie zjawiska izomerii podał A.M. Butlerow w ramach teorii struktury, podczas gdy ani teoria typów, ani teoria rodników nie ujawniły istoty tego zjawiska. AM Butlerov widział przyczynę izomerii w fakcie, że atomy w cząsteczkach izomerów są połączone w innej kolejności. Teoria struktury pozwoliła przewidzieć liczbę możliwych izomerów i ich strukturę, co znakomicie potwierdził w praktyce sam A.M. Butlerov i jego zwolennicy.
Rodzaje izomerii: podaj przykład izomerów i zasugeruj cechę, według której można by sklasyfikować izomery?(Oczywiście podstawą będzie struktura cząsteczek izomerów). Materiał wyjaśniam za pomocą schematu:
Istnieją dwa rodzaje izomerii: strukturalna i przestrzenna (stereoizomeria). Izomery strukturalne to takie, które mają inną kolejność wiązań atomów w cząsteczce. Izomery przestrzenne mają te same podstawniki na każdym atomie węgla, ale różnią się wzajemnym rozmieszczeniem w przestrzeni.
Izomeria strukturalna jest trzech rodzajów: izomeria międzyklasowa związana ze strukturą szkieletu węglowego oraz izomeria pozycji grupy funkcyjnej lub wiązania wielokrotnego.
Izomery międzyklasowe zawierają różne grupy funkcyjne i należą do różnych klas związków organicznych, dlatego właściwości fizyczne i chemiczne izomerów międzyklasowych znacznie się różnią.
Izomeria szkieletu węglowego jest ci już znana, właściwości fizyczne są różne, a właściwości chemiczne są podobne, ponieważ te substancje należą do tej samej klasy.
Izomeria pozycji grupy funkcyjnej lub pozycji wiązań wielokrotnych. Właściwości fizyczne takich izomerów są różne, ale właściwości chemiczne są podobne.
Izomeria geometryczna: mają różne stałe fizyczne, ale podobne właściwości chemiczne
Izomery optyczne są swoimi lustrzanymi odbiciami; jak dwie dłonie, nie da się ich tak złożyć, żeby do siebie pasowały.
4. Ustalanie: rozpoznawać izomery, określać rodzaje izomerii w substancjach, których wzory: wykonać ćwiczenie 3§ 7
A greckie μέρος – udział, część), zjawisko polegające na istnieniu związków chemicznych o tym samym składzie i takiej samej masie cząsteczkowej, ale różniących się budową. Takie związki nazywane są izomerami. Różnice strukturalne powodują różny wzajemny wpływ atomów w cząsteczkach i determinują różne właściwości fizyczne i chemiczne izomerów. Izomeria jest niezwykle powszechna w chemii organicznej i jest jedną z głównych przyczyn różnorodności i obfitości związków organicznych. W chemii nieorganicznej izomeria występuje głównie w przypadku związków złożonych.
Termin „izomeria” wprowadził J. Berzelius w 1830 r., dopełniając kontrowersje między J. Liebigiem a F. Wöhlerem na temat istnienia dwóch substancji, które różnią się znacznie właściwościami i mają ten sam skład AgCNO – cyjanianu i piorunianu srebra, a na podstawie o wynikach badań nad kwasami winowymi i winowymi. Istotę izomerii wyjaśniono później na podstawie teorii budowy chemicznej.
Istnieją dwa główne rodzaje izomerii: strukturalna i przestrzenna (stereoizomeria). Izomery strukturalne różnią się kolejnością wiązań atomów w cząsteczce, czyli budową chemiczną. Stereoizomery (izomery przestrzenne) o tej samej kolejności wiązań atomów w cząsteczce różnią się wzajemnym rozmieszczeniem atomów w przestrzeni.
Izomeria strukturalna jest podzielona na izomerię szkieletu węglowego (izomeria szkieletowa), izomeria pozycyjna (izomeria pozycyjna), metameria i inne typy. Izomeria szkieletu węglowego wynika z różnej kolejności wiązań atomów węgla tworzących szkielet cząsteczki. Aby określić cechy strukturalne izomerów, izomeria szkieletowa jest podzielona na izomerię łańcucha węglowego, izomerię pierścienia i izomerię łańcucha bocznego. Na przykład izomeria łańcucha węglowego jest charakterystyczna dla alkanów począwszy od czwartego członka szeregu homologicznego C 4 H 10, który ma dwa izomery strukturalne: n-butan CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 3 i izobutan (2-metylopropan ) CH3-CH (CH3)-CH3. Piąty członek serii alkanów C 5 H 12 ma trzy izomery: CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 3 - n-pentan, CH 3 -CH (CH 3) -CH 2 -CH 3 - izopentan (2-metylobutan) i neopentan (2,2-dimetylopropan) CH 3 -C (CH 3) 2 -CH 3. W miarę wydłużania się łańcucha liczba możliwych izomerów gwałtownie wzrasta. Tak więc dla alkanów o składzie C 10 H 22 możliwe jest 75 izomerów strukturalnych, dla izomerów C 13 H 28 - 802, dla C 20 H 42 - ponad 366 tysięcy izomerów. Związki alicykliczne charakteryzują się izomerią pierścienia i izomerią łańcucha bocznego. Na przykład wśród izomerów szkieletowych (wzory I-IV), metylocyklopentan (I), cykloheksan (II) i propylocyklopropan (III) są izomerami cyklicznymi, a propylocyklopropan (III) i izopropylocyklopropan (IV) są izomerami łańcucha bocznego. Różnice we właściwościach izomerów szkieletowych przejawiają się w różnicy ich temperatur wrzenia (izomery o normalnym łańcuchu węglowym wrzą w wyższej temperaturze niż izomery o łańcuchu rozgałęzionym), gęstości i innych n-alkanów, np. izomery rozgałęzione, mają mniejszą odporność na detonację (patrz artykuł Liczba oktanowa), tworzą kompleksy z mocznikiem (klatraty).
Izomeria pozycji wynika z różnych pozycji grup funkcyjnych, podstawników lub wiązań wielokrotnych. Na przykład izomery pozycyjne to 1-propanol CH 3 -CH 2 -CH 2 OH i 2-propanol CH 3 -CH (OH) -CH 3, 1-buten CH 2 \u003d CH-CH 2 -CH 3 i 2- buten CH3-CH=CH-CH3. Zmiana pozycji grupy funkcyjnej może prowadzić do zmiany klasy związku. Na przykład izomery pozycyjne aceton CH3-C(O)-CH3 i propanal CH3-CH2-CHO odnoszą się odpowiednio do ketonów i aldehydów. Izomery strukturalne z różnymi grupami funkcyjnymi różnią się znacznie właściwościami chemicznymi.
Metameryzm wynika z różnych pozycji heteroatomu (O, N, S) w łańcuchu. Na przykład metamerami są eter metylowo-propylowy CH 3 O-CH 2-CH 2-CH 3 i eter dietylowy CH 3-CH 2-O-CH 2-CH 3, dietyloamina CH 3-CH 2-NH-CH 2-CH 3 i CH3-NH-CH2-CH2-CH3-metylopropyloamina.
Często różnice w izomerach są determinowane kilkoma cechami strukturalnymi. Na przykład keton metyloizopropylowy (3-metylo-2-butanon) CH 3 -C (O) -CH (CH 3) 2 i aldehyd walerianowy (pentanal) CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CHO różnią się od siebie inne jak struktura szkieletu węglowego i pozycja grupy funkcyjnej.
Szczególnym rodzajem izomerii strukturalnej jest tautomeria (izomeria dynamiczna równowagi). W tym przypadku izomery różniące się grupami funkcyjnymi łatwo przechodzą między sobą, aż do osiągnięcia równowagi, w której substancja zawiera jednocześnie cząsteczki tautomeru w określonym stosunku.
Izomeria przestrzenna dzieli się na geometryczną (cis, trans i syn, antyizomeria lub izomeria E, Z) i optyczną (enancjomerię). Izomeria geometryczna jest charakterystyczna dla związków zawierających wiązania podwójne lub pierścienie niearomatyczne, które są strukturalnie sztywnymi fragmentami cząsteczek. W przypadku izomerów cis dwa podstawniki znajdują się po tej samej stronie płaszczyzny wiązania podwójnego lub cyklu, w przypadku izomerów trans - po przeciwnych stronach. Na przykład izomerami geometrycznymi są cis-2-buten (wzór V) i trans-2-buten (VI), cis-1,2-dichlorocyklopropan (VII) i trans-1,2-dichlorocyklopropan (VIII).
Charakterystyczne różnice między izomerami cis-trans to niższa temperatura topnienia izomerów cis, znacznie lepsza rozpuszczalność w wodzie oraz wyraźny moment dipolowy. Izomery trans są zwykle bardziej stabilne. Zobacz na przykład artykuł Kwasy maleinowy i fumarowy.
Izomeria geometryczna obserwowana dla związków z wiązaniami podwójnymi C=N (oksymy) i N=N (związki azo-, azoksy) jest często nazywana syn, antyizomerią. Na przykład izomerami geometrycznymi są anty-benzaldoksym (wzór IX) i syn-benzaldoksym (X); syn-azobenzen (XI) i anty-azobenzen (XII).
W ogólnym przypadku stosowana jest nomenklatura Ε,Z. W przypadku izomerów Z podstawniki starsze (mające wyższą liczbę atomową) znajdują się po jednej stronie wiązania podwójnego lub cyklu, w przypadku izomerów E po przeciwnych stronach. Na przykład izomerami geometrycznymi są (Z)-1-bromo1-jodo-2-chloroetylen (wzór XIII) i (E)-1-bromo-1-jod-2-chloroetylen (XIV).
Izomeria optyczna jest charakterystyczna dla związków, których cząsteczki mają elementy chiralności, takie jak asymetryczny (chiralny) atom węgla związany z czterema różnymi podstawnikami. Po raz pierwszy został odkryty przez L. Pasteura w 1848 r. Na przykładzie kwasów winowych i wyjaśniony przez JH van't Hoff i JA Le Bel w 1874 r. W oparciu o koncepcję tetraedrycznej konfiguracji atomów węgla w związkach nasyconych. Cząsteczki zawierające asymetryczny atom węgla można przedstawić jako dwa izomery optyczne, których nie można połączyć w przestrzeni (tj. odnoszą się one do siebie jak obiekt do swojego lustrzanego odbicia). Takie izomery lustrzane, które różnią się jedynie odwrotnym ułożeniem tych samych podstawników w centrum chiralności, nazywane są enancjomerami (z greckiego έναντίος - przeciwny i μέρος - część). Na przykład enancjomery kwasu mlekowego (XV i XVI) można przedstawić w 3D lub jako wzory Fishera (patrz Nomenklatura chemiczna).
Enancjomery mają różne aktywności biologiczne; charakteryzują się także aktywnością optyczną - zdolnością do oddziaływania na światło spolaryzowane w płaszczyźnie (obrót płaszczyzny polaryzacji). Enancjomery obracają płaszczyznę polaryzacji o ten sam kąt, ale w przeciwnym kierunku, dlatego nazywane są antypodami optycznymi.
Przez długi czas konfigurację enancjomerów określano względem konfiguracji znanego wzorca, jakim były enancjomery aldehydu glicerynowego (szereg D,L-steryczny). Bardziej uniwersalna jest nomenklatura R, S (zaproponowana przez R. Kahna, K. Ingolda i V. Preloga), która ustala konfigurację absolutną izomerów przestrzennych. Zgodnie z regułami nomenklatury R, S, enancjomery kwasu mlekowego (XV, XVI) to odpowiednio kwasy (R)-mlekowy i (S)-mlekowy. Nie ma reguł tłumaczenia nomenklatury D, L na system R, S, ponieważ nomenklatury te stosują różne zasady. Nie ustalono żadnego związku między konfiguracją bezwzględną a parametrami skręcalności optycznej.
Dla związków posiadających n centrów chiralności w cząsteczce liczba możliwych stereoizomerów wynosi 2”. Jednak przy n ≥ 2 istnieją stereoizomery, które różnią się od siebie częścią elementów chiralności, które zawierają. Takie stereoizomery, które nie są enancjomerami, są zwane diastereoizomerami (z greckiego δια… - przez, pomiędzy, stereo... i μέρος - część) i XX to enancjomery, pozostałe pary (XVII i XIX, XVII i XX, XVIII i XIX, XVIII i XX) są diastereoizomerami.
Wraz z pojawieniem się dodatkowych elementów symetrii (płaszczyzna, oś lub środek symetrii) całkowita liczba stereoizomerów, a także liczba form optycznie czynnych może się zmniejszyć. Na przykład kwasy winowe mają trzy stereoizomery, z których dwa są optycznie czynne: kwas D-winowy lub kwas (2R,3R)-winowy (wzór XXI) i kwas L-winowy lub kwas (2S,3S)-winowy (XXII), które są enancjomerami. Ich diastereoizomer – kwas mezowinowy, czyli kwas (2R,3S)-winowy (wzór XXIII, czyli identyczna konfiguracja XXIV), dzięki obecności płaszczyzny symetrii (zaznaczonej linią przerywaną) jest optycznie nieaktywny – jest tzw. racemat wewnątrzcząsteczkowy.
Proces wzajemnej konwersji enancjomerów nazywa się racemizacją. Mieszanina równych ilości antypodów optycznych - mieszanina racemiczna, czyli racemat, nie ma aktywności optycznej. Stereoizomerii poświęca się wiele uwagi w badaniu związków naturalnych i syntezie substancji biologicznie czynnych. Substancje pochodzenia naturalnego zawierające elementy chiralności mają określoną stereokonfigurację, a także aktywność optyczną. Gdy w warunkach syntezy chemicznej tworzy się centrum chiralne (z wyjątkiem syntezy asymetrycznej), powstaje racemat; izolacja enancjomerów wymaga zastosowania skomplikowanych metod rozdziału racematu na składniki optycznie czynne.
W wyniku wewnętrznej rotacji cząsteczek powstają izomery konformacyjne lub konformatory różniące się stopniem rotacji fragmentów cząsteczki wokół jednego lub więcej wiązań prostych. W niektórych przypadkach można wyizolować pojedyncze konformery, czasami nazywane także izomerami rotacyjnymi. Analiza konformacyjna służy do badania powstawania, różnic we właściwościach i reaktywności konformerów.
Izomery można przekształcać w siebie w reakcjach izomeryzacji.
Lit.: Potapov V. M. Stereochemia. wyd. 2 M., 1988; Traven VF Chemia organiczna. M., 2004. T. 1.
ἴσος - równy + μέρος - udział, część) - zjawisko polegające na istnieniu związków chemicznych - izomery, - identyczny pod względem składu atomowego i masy cząsteczkowej, ale różniący się budową lub rozmieszczeniem atomów w przestrzeni, a co za tym idzie właściwościami.Encyklopedyczny YouTube
1 / 5
Izomeria i nomenklatura węglowodorów nasyconych
1.1. Alkany: budowa, nomenklatura, izomeria. Przygotowanie do egzaminu z chemii
Rodzaje izomerii
Stereoizomery, enancjomery, diastereomery, izomery strukturalne, związki mezo
Nr 42. Chemia organiczna. Temat 12. Pochodne halogenów. Część 1. Nomenklatura, izomeria
Napisy na filmie obcojęzycznym
Informacje historyczne
Ten typ izomerii dzieli się na enancjomery(izomeria optyczna) i diastereomeria.
Enancjomeria (izomeria optyczna)
Nazywa się proces wzajemnej konwersji enancjomerów racemizacja: prowadzi do zaniku aktywności optycznej w wyniku powstania równomolowej mieszaniny form (-)- i (+)-, czyli racematu. Wzajemna konwersja diastereoizomerów prowadzi do powstania mieszaniny, w której dominuje postać bardziej stabilna termodynamicznie. W przypadku π-diastereoizomerów jest to zwykle forma trans. Wzajemna konwersja izomerów konformacyjnych nazywana jest równowagą konformacyjną.
Zjawisko izomerii w dużym stopniu przyczynia się do wzrostu liczby znanych (a tym bardziej potencjalnie możliwych) związków. Tak więc możliwa liczba strukturalnych izomerycznych alkoholi decylowych wynosi ponad 500 (z których znanych jest około 70), istnieje ponad 1500 izomerów przestrzennych.
W teoretycznym rozważaniu zagadnień izomerii metody topologiczne stają się coraz bardziej rozpowszechnione; wyprowadzono wzory matematyczne do obliczenia liczby izomerów.
Innym przykładem były kwasy winowy i winowy, po zbadaniu których termin ten wprowadził J. Berzelius izomeria i zasugerował, że różnice wynikają z „różnego rozmieszczenia prostych atomów w złożonym atomie” (tj. cząsteczce). Prawdziwe wyjaśnienie izomerii otrzymano dopiero w drugiej połowie XIX wieku. w oparciu o teorię budowy chemicznej A. M. Butlerova (izomeria strukturalna) i stereochemiczną teorię J. G. van't Hoffa (izomeria przestrzenna).
Izomeria strukturalna
Izomeria strukturalna jest wynikiem różnic w budowie chemicznej. Ten typ obejmuje:
Izomeria łańcucha węglowodorowego (szkielet węglowy)
Izomeria szkieletu węglowego, ze względu na różną kolejność wiązań atomów węgla. Najprostszym przykładem jest butan CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 3 i izobutan (CH 3) 3 CH. Dr. przykłady: antracen i fenantren (odpowiednio wzory I i II), cyklobutan i metylocyklopropan (III i IV).
Izomeria walencyjna
Izomeria walencyjna (specjalny rodzaj izomerii strukturalnej), w której izomery można przekształcać w siebie tylko poprzez redystrybucję wiązań. Na przykład izomery walencyjne benzenu (V) to bicykloheksa-2,5-dien (VI, „benzen Dewara”), pryzman (VII, „benzen Ladenburga”), benzwalen (VIII).
Izomeria grup funkcyjnych
Różni się charakterem grupy funkcyjnej. Przykład: etanol (CH 3-CH 2-OH) i eter dimetylowy (CH 3-O-CH 3)
izomeria pozycyjna
Rodzaj izomerii strukturalnej charakteryzujący się różnicą pozycji tych samych grup funkcyjnych lub wiązań podwójnych z tym samym szkieletem węglowym. Przykład: kwas 2-chlorobutanowy i kwas 4-chlorobutanowy.
Izomeria przestrzenna (stereoizomeria)
Enancjomeria (izomeria optyczna)
Izomeria przestrzenna (stereoizomeria) powstaje w wyniku różnic w konfiguracji przestrzennej cząsteczek o tej samej budowie chemicznej. Ten typ izomeru dzieli się na enancjomery(izomeria optyczna) i diastereomeria.
Enancjomery (izomery optyczne, izomery lustrzane) to pary antypodów optycznych substancji charakteryzujących się przeciwnymi znakami i równymi co do wielkości obrotami płaszczyzny polaryzacji światła z tożsamością wszystkich innych właściwości fizycznych i chemicznych (z wyjątkiem reakcji z innymi substancje optycznie czynne i właściwości fizyczne w ośrodku chiralnym). Koniecznym i wystarczającym powodem pojawienia się optycznych antypodów jest przypisanie cząsteczki i jednej z następujących punktowych grup symetrii C n, D n, T, O, I (chiralność). Najczęściej mówimy o asymetrycznym atomie węgla, czyli atomie związanym z czterema różnymi podstawnikami, np.:
Inne atomy również mogą być asymetryczne, takie jak atomy krzemu, azotu, fosforu i siarki. Obecność asymetrycznego atomu nie jest jedyną przyczyną enancjomerów. Tak więc pochodne adamantanu (IX), ferrocenu (X), 1,3-difenyloallenu (XI), kwasu 6,6"-dinitro-2,2"-difenowego (XII) mają antypody optyczne. Powodem aktywności optycznej tego ostatniego związku jest atropoizomeria, czyli izomeria przestrzenna spowodowana brakiem rotacji wokół pojedynczego wiązania. Enancjomeria pojawia się również w helikalnych konformacjach białek, kwasów nukleinowych, heksahelycenu (XIII).
(R)-, (S)- nazewnictwo izomerów optycznych (reguła nazewnictwa)
Czterem grupom przyłączonym do asymetrycznego atomu węgla C abcd przypisano różne starszeństwa odpowiadające sekwencji: a>b>c>d. W najprostszym przypadku starszeństwo ustala się na podstawie numeru seryjnego atomu przyłączonego do asymetrycznego atomu węgla: Br(35), Cl(17), S(16), O(8), N(7), C(6) ), H(1) .
Na przykład w kwasie bromochlorooctowym:
Starszeństwo podstawników przy asymetrycznym atomie węgla jest następujące: Br(a), Cl(b), C grupy COOH (c), H(d).
W butanolu-2 tlen jest starszym podstawnikiem (a), wodór jest młodszym podstawnikiem (d):
Należy rozwiązać problem podstawników CH 3 i CH 2 CH 3 . W tym przypadku o starszeństwie decyduje numer seryjny lub numery innych atomów w grupie. Prymat pozostaje przy grupie etylowej, ponieważ w niej pierwszy atom C jest związany z innym atomem C(6) i innymi atomami H(1), podczas gdy w grupie metylowej węgiel jest związany z trzema atomami H o liczbie atomowej 1 W bardziej złożonych przypadkach kontynuuj porównywanie wszystkich atomów, aż dojdą do atomów o różnych numerach seryjnych. Jeśli istnieją wiązania podwójne lub potrójne, to przyłączone do nich atomy są uważane za odpowiednio dwa i trzy atomy. Zatem grupa -COH jest uważana za C (O, O, H), a grupa -COOH jest uważana za C (O, O, OH); grupa karboksylowa jest starsza niż grupa aldehydowa, ponieważ zawiera trzy atomy o numerze seryjnym 8.
W D-gliceraldehydzie najwyższa jest grupa OH(a), a następnie CHO(b), CH2OH(c) i H(d):
Kolejnym krokiem jest ustalenie, czy układ grup jest prawy, R (łac. rectus), czy lewy, S (łac. sinister). Przechodząc do odpowiedniego modelu, jest on zorientowany tak, aby mniejsza grupa (d) we wzorze perspektywicznym znajdowała się na dole, a następnie widziana z góry wzdłuż osi przechodzącej przez zacienioną ścianę czworościanu i grupy (d). W grupie aldehydu D-glicerynowego
znajduje się w kierunku obrotu w prawo, a zatem ma konfigurację R:
(R)-gliceraldehyd
W przeciwieństwie do nomenklatury D,L oznaczenia izomerów (R) i (S) są ujęte w nawiasy.
diastereomeria
σ-diastereomeria
Każda kombinacja izomerów przestrzennych, które nie tworzą pary optycznych antypodów, jest uważana za diastereomeryczną. Istnieją σ i π-diastereomery. σ-diasteriomery różnią się między sobą konfiguracją niektórych zawartych w nich pierwiastków chiralności. Tak więc diasteriomerami są kwas (+)-winowy i kwas mezo-winowy, D-glukoza i D-mannoza, na przykład:
Dla niektórych rodzajów diastereoizomerii wprowadzono specjalne oznaczenia, na przykład treo- i erytro-izomery to diastereomeria z dwoma asymetrycznymi atomami węgla i przestrzeniami, układem podstawników przy tych atomach, przypominającym odpowiednią treozę (podstawniki pokrewne są na przeciwne strony we wzorach projekcji Fishera) i erytroza ( zastępcy - po jednej stronie):
Izomery erytro, których asymetryczne atomy są połączone z tymi samymi podstawnikami, nazywane są formami mezo. W przeciwieństwie do innych σ-diastereoizomerów są one optycznie nieaktywne ze względu na wewnątrzcząsteczkową kompensację udziału dwóch identycznych centrów asymetrii o przeciwnej konfiguracji w rotacji płaszczyzny polaryzacji światła. Pary diastereoizomerów różniące się konfiguracją jednego z kilku asymetrycznych atomów nazywane są epimerami, na przykład:
Termin „anomery” odnosi się do pary diastereoizomerycznych monosacharydów różniących się konfiguracją atomu glikozydowego w postaci cyklicznej, na przykład α-D- i β-D-glukoza są anomeryczne.
π-diastereomeria (izomeria geometryczna)
Diastereoizomery π, zwane też izomerami geometrycznymi, różnią się między sobą odmiennym rozmieszczeniem przestrzennym podstawników względem płaszczyzny wiązania podwójnego (najczęściej C=C i C=N) lub pierścienia. Należą do nich np. kwas maleinowy i fumarowy (odpowiednio wzory XIV i XV), (E)- i (Z)-benzaldoksymy (XVI i XVII), cis- i trans-1,2-dimetylocyklopentany (XVIII i XIX) .
konformiści. tautomery
Zjawisko to jest nierozerwalnie związane z warunkami temperaturowymi jego obserwacji. Na przykład chlorocykloheksan w temperaturze pokojowej istnieje w postaci równowagowej mieszaniny dwóch konformerów - z orientacją równikową i osiową atomu chloru:
Jednak w temperaturze minus 150 ° C można wyizolować pojedynczą formę a, która zachowuje się w tych warunkach jak stabilny izomer.
Z drugiej strony związki będące izomerami w normalnych warunkach mogą okazać się tautomerami w równowadze ze wzrostem temperatury. Na przykład 1-bromopropan i 2-bromopropan są izomerami strukturalnymi, jednak wraz ze wzrostem temperatury do 250°C ustala się między nimi równowaga charakterystyczna dla tautomerów.
Izomery, które przekształcają się w siebie w temperaturach poniżej temperatury pokojowej, można uznać za cząsteczki niesztywne.
Istnienie konformerów jest czasami określane jako „izomeria rotacyjna”. Wśród dienów wyróżnia się izomery s-cis- i s-trans, które w istocie są konformerami powstałymi w wyniku rotacji wokół prostego (s-pojedynczego) wiązania:
Izomeria jest również charakterystyczna dla związków koordynacyjnych. Tak więc związki różniące się sposobem koordynacji ligandów (izomeria jonizacji) są izomerami, na przykład są izomerami:
SO 4 - i + Br -
Tutaj w istocie istnieje analogia do izomerii strukturalnej związków organicznych.
Przemiany chemiczne, w wyniku których izomery strukturalne przekształcają się w siebie, nazywa się izomeryzacją. Takie procesy są ważne w przemyśle. Na przykład przeprowadza się izomeryzację normalnych alkanów do izoalkanów w celu zwiększenia liczby oktanowej paliw silnikowych; pentan izomeryzowany do izopentanu w celu późniejszego odwodornienia do izoprenu. Przegrupowaniami wewnątrzcząsteczkowymi są również izomeryzacje, wśród których duże znaczenie ma np. konwersja oksymu cykloheksanonu do kaprolaktamu, surowca do produkcji kapronu.
