Care sunt exemplele de izomeri structurali și spațiali. Ce sunt izomerii structurali? Izomerie și omologie
Și acid de struguri, după studiul căruia J. Berzelius a introdus termenul ISOMERIAși a sugerat că diferențele apar din „distribuția diferită a atomilor simpli într-un atom complex” (adică, o moleculă). Izomerismul a primit o explicație adevărată abia în a doua jumătate a secolului al XIX-lea. bazată pe teoria structurii chimice a lui A. M. Butlerov (izomerie structurală) și teoria stereochimică a lui J. G. Van’t Hoff (izomerie spațială).
Izomerie structurală
Izomeria structurală este rezultatul diferențelor de structură chimică. Acest tip include:
Izomeria lanțului de hidrocarburi (scheletul de carbon)
Izomeria scheletului de carbon, din cauza ordinii diferite de legare a atomilor de carbon. Cel mai simplu exemplu este butanul CH3-CH2-CH2-CH3 şi izobutanul (CH3)3CH. Dr. exemple: antracen și fenantren (formulele I și, respectiv, II), ciclobutan și metilciclopropan (III și IV).
Izomerie de valență
Izomerie de valență (un tip special de izomerie structurală), în care izomerii pot fi transformați unul în altul numai prin redistribuirea legăturilor. De exemplu, izomerii de valență ai benzenului (V) sunt biciclohexa-2,5-dienă (VI, „Dewar benzen”), prisman (VII, „Ladenburg benzen”) și benzvalenă (VIII).
Izomeria grupelor funcționale
Diferă prin natura grupului funcțional. Exemplu: etanol (CH3-CH2-OH) și dimetil eter (CH3-O-CH3)
Izomerie de poziție
Un tip de izomerie structurală caracterizată prin diferențe în pozițiile grupurilor funcționale identice sau a legăturilor duble pe același schelet de carbon. Exemplu: acid 2-clorbutanoic și acid 4-clorobutanoic.
Izomerie spațială (stereoizomerie)
Enantiomerie (izomerie optică)
Izomeria spațială (stereoizomeria) apare ca urmare a diferențelor în configurația spațială a moleculelor care au aceeași structură chimică. Acest tip de izomeri este împărțit în enantiomerism(izomerie optică) și diastereomerie.
Enantiomerii (izomeri optici, izomeri oglindă) sunt perechi de antipozi optici de substanțe caracterizate prin semn opus și rotații identice ale planului de polarizare a luminii cu identitatea tuturor celorlalte proprietăți fizice și chimice (cu excepția reacțiilor cu alte substanțe optic active și fizice). proprietăți într-un mediu chiral). Un motiv necesar și suficient pentru apariția antipozilor optici este atribuirea moleculei la unul dintre următoarele grupuri de puncte de simetrie C n, D n, T, O, I (Chiralitate). Cel mai adesea vorbim despre un atom de carbon asimetric, adică un atom conectat la patru substituenți diferiți, de exemplu:
Alți atomi pot fi, de asemenea, asimetrici, de exemplu, atomi de siliciu, azot, fosfor și sulf. Prezența unui atom asimetric nu este singurul motiv pentru enantiomerism. Astfel, derivații de adamantan (IX), ferocen (X), 1,3-difenilalen (XI) și acid 6,6"-dinitro-2,2"-difenic (XII) au antipozi optici. Motivul activității optice a ultimului compus este atropoizomerismul, adică izomeria spațială cauzată de absența rotației în jurul unei legături simple. Enantiomerismul apare și în conformațiile elicoidale ale proteinelor, acizilor nucleici și hexagelicenului (XIII).
(R)-, (S)- nomenclatura izomerilor optici (regula de numire)
Cele patru grupe atașate atomului de carbon asimetric C abcd au o prioritate diferită, corespunzătoare secvenței: a>b>c>d. În cel mai simplu caz, precedența este stabilită de numărul de serie al atomului atașat atomului de carbon asimetric: Br(35), Cl(17), S(16), O(8), N(7), C(6). ), H(1) .
De exemplu, în acid bromocloroacetic:
Secvența substituenților la atomul de carbon asimetric este următoarea: Br(a), Cl(b), grupa C COOH (c), H(d).
În butanol-2, oxigenul este substituentul principal (a), hidrogenul este substituentul junior (d):
Este necesar să se rezolve problema substituenților CH3 și CH2CH3. În acest caz, vechimea este determinată de numărul atomic sau de numărul altor atomi din grup. Primatul rămâne cu gruparea etil, deoarece în ea primul atom de C este legat de un alt atom de C(6) și de alți atomi de H(1), în timp ce în grupul de metil carbonul este legat de trei atomi de H cu numărul de serie 1. În cazuri mai complexe Ei continuă să compare toți atomii până când ajung la atomi cu numere de serie diferite. Dacă există legături duble sau triple, atunci atomii aflați la ele sunt numărați ca doi, respectiv trei atomi. Astfel, gruparea -COH este considerată C (O, O, H), iar gruparea -COOH este considerată C (O, O, OH); Gruparea carboxil este mai veche decât gruparea aldehidă deoarece conține trei atomi cu număr atomic 8.
În D-gliceraldehidă, grupul cel mai vechi este OH(a), urmat de CHO(b), CH2OH(c) și H(d):
Următorul pas este de a determina dacă aranjamentul grupului este dreptaci, R (lat. rectus), sau stângaci, S (lat. sinistru). Trecând la modelul corespunzător, acesta este orientat astfel încât grupul minor (d) din formula de perspectivă să fie în partea de jos și apoi privit de sus de-a lungul axei care trece prin fața umbrită a tetraedrului și a grupului (d). În grupa D-gliceraldehidă
sunt situate în direcția de rotație la dreapta și, prin urmare, are o configurație R:
(R)-gliceraldehidă
Spre deosebire de nomenclatura D,L, denumirile izomerilor (R) și (S) sunt cuprinse între paranteze.
Diastereomerie
σ-diastereomerie
Orice combinație de izomeri spațiali care nu formează o pereche de antipozi optici este considerată diastereomerică. Există diastereomeri σ și π. σ-diasteriomerii diferă unul de altul prin configurația unora dintre elementele chirale pe care le conțin. Astfel, diasteriomerii sunt acidul (+)-tartric și acidul mezo-tartric, D-glucoza și D-manoza, de exemplu:
Pentru unele tipuri de diastereomerie, au fost introduse denumiri speciale, de exemplu, treo- și eritro-izomeri - aceasta este o diastereomerie cu doi atomi de carbon și spații asimetrice, aranjarea substituenților pe acești atomi, care amintește de treoza corespunzătoare (substituenți înrudiți). sunt pe părți opuse în formulele de proiecție Fischer) și eritroză (substituenți - pe o parte):
Eritroizomerii, ai căror atomi asimetrici sunt legați de substituenți identici, se numesc mezo-forme. Ei, spre deosebire de alți σ-diastereomeri, sunt optic inactivi din cauza compensării intramoleculare a contribuțiilor la rotația planului de polarizare a luminii din doi centri asimetrici identici de configurații opuse. Perechile de diastereomeri care diferă în configurația unuia dintre mai mulți atomi asimetrici se numesc epimeri, de exemplu:
Termenul "anomeri" se referă la o pereche de monozaharide diastereomerice care diferă în configuraţia atomului glicozidic în formă ciclică, de exemplu anomericii a-D- şi p-D-glucoză.
π-diastereomerie (izomerie geometrică)
π-diasteriomerii, numiți și izomeri geometrici, diferă între ei prin diferite aranjamente spațiale ale substituenților în raport cu planul dublei legături (cel mai adesea C=C și C=N) sau al inelului. Acestea includ, de exemplu, acizii maleic și fumaric (formulele XIV și, respectiv, XV), (E)- și (Z)-benzaldoxime (XVI și XVII), cis- și trans-1,2-dimetilciclopentani (XVIII și XIX) .
Conformeri. Tautomeri
Fenomenul este indisolubil legat de condițiile de temperatură ale observării sale. De exemplu, clorociclohexanul la temperatura camerei există sub forma unui amestec de echilibru de doi conformeri - cu orientarea ecuatorială și axială a atomului de clor:
Cu toate acestea, la minus 150 °C, poate fi izolată o formă a individuală, care se comportă în aceste condiții ca un izomer stabil.
Pe de altă parte, compușii care sunt izomeri în condiții normale se pot dovedi a fi tautomeri în echilibru atunci când temperatura crește. De exemplu, 1-bromopropanul și 2-bromopropanul sunt izomeri structurali, dar când temperatura crește la 250 °C, între ei se stabilește o caracteristică de echilibru a tautomerilor.
Izomerii care se transformă unul în altul la temperaturi sub temperatura camerei pot fi considerați ca molecule nerigide.
Existența conformerelor este uneori denumită „izomerie rotațională”. Dintre diene, se disting izomerii s-cis- și s-trans, care sunt în esență conformeri care rezultă din rotația în jurul unei legături simple (s-single):
Izomeria este, de asemenea, caracteristică compușilor de coordonare. Astfel, compușii care diferă în metoda de coordonare a liganzilor (izomerie de ionizare) sunt izomeri, de exemplu, următorii sunt izomeri:
SO 4 - și + Br -
Aici, în esență, există o analogie cu izomeria structurală a compușilor organici.
Transformările chimice în urma cărora izomerii structurali sunt transformați unul în altul se numesc izomerizare. Astfel de procese sunt importante în industrie. De exemplu, izomerizarea alcanilor normali în izoalcani este efectuată pentru a crește numărul octanic al combustibililor pentru motoare; pentanul izomerizează în izopentan pentru dehidrogenarea ulterioară în izopren. Izomerizarea implică și rearanjamente intramoleculare, de mare importanță fiind, de exemplu, conversia ciclohexanoneximei în caprolactamă, materia primă pentru producerea capronei.
Procesul de interconversie a enantiomerilor se numește racemizare: duce la dispariția activității optice ca urmare a formării unui amestec echimolar de forme (-)- și (+)-, adică racematul. Interconversia diastereomerilor conduce la formarea unui amestec în care predomină forma mai stabilă termodinamic. În cazul diastereomerilor π, este de obicei forma trans. Interconversia izomerilor conformaționali se numește echilibru conformațional.
Fenomenul de izomerie contribuie foarte mult la creșterea numărului de compuși cunoscuți (și cu atât mai mult a numărului de potențial posibili). Astfel, numărul posibil de alcooli decilici izomeri structurali este mai mare de 500 (se cunosc aproximativ 70 dintre ei), există mai mult de 1500 de spații și izomeri.
>> Chimie: Izomerie și tipurile sale
Există două tipuri de izomerie: structurală și spațială (stereoizomerie). Izomerii structurali diferă între ei prin ordinea legăturilor atomilor din moleculă, stereoizomerii - prin aranjarea atomilor în spațiu cu aceeași ordine a legăturilor între ei.
Se disting următoarele tipuri de izomerie structurală: izomerie ale scheletului carbonic, izomerie pozițională, izomerie a diferitelor clase de compuși organici (izomerie interclasă).
Izomerie structurală
Izomeria scheletului de carbon se datorează ordinii diferite de legături dintre atomii de carbon care formează scheletul moleculei. După cum sa arătat deja, formula moleculară C4H10 corespunde la două hidrocarburi: n-butan și izobutan. Pentru hidrocarbura C5H12, sunt posibili trei izomeri: pentan, izo-pentan și neopentan.
Pe măsură ce numărul de atomi de carbon dintr-o moleculă crește, numărul de izomeri crește rapid. Pentru hidrocarbura C10H22 sunt deja 75, iar pentru hidrocarbura C20H44 - 366.319.
Izomeria pozițională se datorează pozițiilor diferite ale legăturii multiple, substituentului și grupării funcționale cu același schelet de carbon al moleculei:
Izomeria diferitelor clase de compuși organici (izomeria interclaselor) se datorează diferitelor poziții și combinații de atomi din moleculele de substanțe care au aceeași formulă moleculară, dar aparțin unor clase diferite. Astfel, formula moleculară C6B12 corespunde hidrocarburilor nesaturate hexen-1 și ciclohexanului ciclic: 
Izomerii de acest tip conțin diferite grupe funcționale și aparțin unor clase diferite de substanțe. Prin urmare, ele diferă în proprietăți fizice și chimice mult mai mult decât izomerii scheletului de carbon sau izomerii de poziție.
Izomerie spațială
Izomeria spațială este împărțită în două tipuri: geometrică și optică.
Izomeria geometrică este caracteristică compușilor care conțin duble legături și compuși ciclici. Deoarece rotația liberă a atomilor în jurul unei duble legături sau într-un inel este imposibilă, substituenții pot fi localizați fie pe aceeași parte a planului dublei legături sau inelului (poziția cis), fie pe părți opuse (poziția trans). Denumirile cis și trans se referă de obicei la o pereche de substituenți identici. 
Izomerii geometrici diferă în proprietăți fizice și chimice.
Izomeria optică apare atunci când o moleculă este incompatibilă cu imaginea ei într-o oglindă. Acest lucru este posibil atunci când atomul de carbon din moleculă are patru substituenți diferiți. Acest atom se numește asimetric. Un exemplu de astfel de moleculă este molecula acid α-aminopropionic (α-alanină) CH3CH(KH2)COOH.
După cum puteți vedea, molecula de a-alanină nu poate coincide cu imaginea în oglindă, indiferent de modul în care se mișcă. Astfel de izomeri spațiali sunt numiți oglindă, antipozi optici sau enantiomeri. Toate proprietățile fizice și aproape toate proprietățile chimice ale acestor izomeri sunt identice.
Studiul izomeriei optice este necesar atunci când se iau în considerare multe reacții care apar în organism. Majoritatea acestor reacții apar sub acțiunea enzimelor – catalizatori biologici. Moleculele acestor substanțe trebuie să se potrivească cu moleculele compușilor asupra cărora acționează, ca o cheie a unei încuietori; prin urmare, structura spațială, aranjarea relativă a secțiunilor moleculelor și alți factori spațiali sunt de mare importanță pentru cursul aceste reactii. Astfel de reacții se numesc stereoselective.
Majoritatea compușilor naturali sunt enantiomeri individuali, iar efectele lor biologice (de la gust și miros până la efecte medicinale) diferă puternic de proprietățile antipozilor lor optici obținute în laborator. O astfel de diferență în activitatea biologică este de mare importanță, deoarece stă la baza celei mai importante proprietăți a tuturor organismelor vii - metabolismul.
Ce tipuri de izomerie cunoașteți?
Cum diferă izomeria structurală de izomeria spațială?
Care dintre conexiunile propuse sunt:
a) izomeri;
b) omologi? 
Dați nume tuturor substanțelor.
4. Este posibilă izomeria geometrică (cis-, trans) pentru: a) alcani; b) alchene; c) alchine; d) cicloalcani?
Explicați, dați exemple. 
Formează 4 legături covalente nu numai cu atomii de carbon, ci și cu heteroatomii.
Toți izomerii sunt împărțiți în:
- Izomeri structurali- izomeri care au formule structurale diferite, la care ordinea compusilor atomici este diferita;
- Izomeri spațiali (stereoizomeri)- compuși care au aceeași ordine de legătură a atomilor, dar locațiile lor diferite în spațiu.
Izomerii structurali sunt împărțiți în 3 grupe:
- compuși care conțin diferite grupe funcționale și aparțin unor clase diferite de compuși:
- compuși care au diferențe în scheletul de carbon:
- compuși în care există o diferență în poziția substituentului sau a legăturii multiple:
Izomeri spațiali sunt împărțite în izomeri geometrici și optici.
Izomeria geometrică este caracteristică compușilor care au o legătură dublă sau inel. În astfel de molecule, un plan convențional poate fi desenat astfel încât substituenții să fie pe aceleași părți sau opuse ale acestuia. Dacă substituenții sunt pe o parte, atunci aceștia sunt izomeri cis, dacă la capete opuse - izomeri trans.
Izomerii geometrici pot varia foarte mult ca proprietăți chimice. De exemplu, se comportă diferit la încălzire, formează stări intermediare etc.
Izomeri optici- molecule ale căror imagini în oglindă sunt incompatibile între ele. Ele sunt împărțite în enantiomeri și diastereomeri.
Dacă molecula are atom asimetric carbon (atom conectat la 4 atomi sau grupuri diferite de atomi), atunci vorbim despre enantiomerism. Astfel de conexiuni sunt imagini în oglindă unele ale altora. Au aceleași proprietăți fizice și chimice, dar diferă prin semnul de rotație a luminii polarizate.
Diastereomeri- izomeri spațiali, ale căror molecule nu sunt imagini în oglindă unele ale altora.
Prelegeri pentru studenții Facultății de Pediatrie
Lectura2
Tema: Structura spațială a compușilor organici
Ţintă: cunoașterea tipurilor de izomerie structurală și spațială a compușilor organici.
Plan:
Clasificarea izomeriei.
Izomerie structurală.
Izomerie spațială
Izomerie optică
Primele încercări de a înțelege structura moleculelor organice datează de la începutul secolului al XIX-lea. Fenomenul de izomerie a fost descoperit pentru prima dată de J. Berzelius, iar A. M. Butlerov a propus în 1861 o teorie a structurii chimice a compușilor organici, care a explicat fenomenul de izomerie.
Izomeria este existența unor compuși cu aceeași compoziție calitativă și cantitativă, dar cu structură sau amplasare diferită în spațiu, iar substanțele în sine sunt numite izomeri.
Clasificarea izomerilor
Structural
(ordine diferită de conectare a atomilor)
Stereoizomerie
(aranjare diferită a atomilor în spațiu)
Dispoziții de conectare multiple
Dispoziții privind grupul funcțional
Configurare
conforma-
Izomerie structurală.
Izomerii structurali sunt izomeri care au aceeași compoziție calitativă și cantitativă, dar diferă ca structură chimică.
Izomerismul structural determină diversitatea compușilor organici, în special alcani. Cu o creștere a numărului de atomi de carbon din molecule alcani, numărul de izomeri structurali crește rapid. Deci, pentru hexan (C 6 H 14) este 5, pentru nonan (C 9 H 20) - 35.
Atomii de carbon variază în locație în lanț. Atomul de carbon de la începutul lanțului este legat de un atom de carbon și se numește primar. Un atom de carbon legat de doi atomi de carbon - secundar, cu trei - terţiar, cu patru - cuaternar. Alcanii cu catenă liniară conțin doar atomi de carbon primari și secundari, în timp ce alcanii cu catenă ramificată conțin atât atomi de carbon terțiari, cât și cuaternari.
Tipuri de izomerie structurală.
Metameri– compuși aparținând aceleiași clase de compuși, dar având radicali diferiți:
H 3 C – O – C 3 H 7 – metilpropil eter,
H 5 C 2 – O – C 2 H 5 – dietil eter
Izomerie interclasă.În ciuda aceleiași compoziții calitative și cantitative a moleculelor, structura substanțelor este diferită.
De exemplu: aldehidele sunt izomeri la cetonele:
Alchine – alcadiene
H 2 C = CH – CH = CH 2 butadienă -1,3 HC = C - CH 2 – CH 3 – butină-1
Izomeria structurală determină și diversitatea radicalilor de hidrocarburi. Izomeria radicalilor începe cu propan, pentru care sunt posibili doi radicali. Dacă un atom de hidrogen este scăzut din atomul de carbon primar, se obține radicalul propil (n-propil). Dacă un atom de hidrogen este scăzut dintr-un atom de carbon secundar, se obține radicalul izopropil.
-
izopropil
CH 2 – CH 2 – CH 3 - tăiatIzomerie spațială (stereoizomerie)
Aceasta este existența izomerilor care au aceeași compoziție și ordine de conectare a atomilor, dar diferă în natura aranjamentului atomilor sau grupurilor de atomi în spațiu unul față de celălalt.
Acest tip de izomerie a fost descris de L. Pasteur (1848), J. Van't Hoff, Le Bel (1874).
În condiții reale, molecula în sine și părțile sale individuale (atomi, grupuri de atomi) se află într-o stare de mișcare vibrațional-rotațională, iar această mișcare modifică foarte mult aranjarea relativă a atomilor din moleculă. În acest moment, legăturile chimice sunt întinse și unghiurile de legătură se modifică și astfel apar diferite configurații și conformații ale moleculelor.
Prin urmare, izomerii spațiali sunt împărțiți în două tipuri: conformaționali și configuraționali.
Configurațiile sunt ordinea în care atomii sunt aranjați în spațiu fără a ține cont de diferențele care rezultă din rotația în jurul legăturilor simple. Acești izomeri există în diferite conformații.
Conformațiile sunt forme dinamice foarte instabile ale aceleiași molecule care apar ca urmare a rotației atomilor sau grupurilor de atomi în jurul unor legături simple, în urma cărora atomii ocupă poziții spațiale diferite. Fiecare conformație a unei molecule este caracterizată de o configurație specifică.
Legătura b permite rotația în jurul ei, astfel încât o moleculă poate avea multe conformații. Din multele conformaţii, doar şase sunt luate în calcul, deoarece Unghiul minim de rotație este considerat a fi un unghi egal cu 60°, care se numește unghi de torsiune.
Exista: conformatii eclipsate si inhibate.
Conformație eclipsată apare atunci când substituenții identici sunt localizați la o distanță minimă unul de celălalt și între ei apar forțe de repulsie reciproce, iar molecula trebuie să aibă o cantitate mare de energie pentru a menține această conformație. Această conformație este nefavorabilă din punct de vedere energetic.
conformatie inhibata - apare atunci când substituenții identici sunt cât mai îndepărtați unul de celălalt și molecula are o rezervă minimă de energie. Aceasta conformatie este favorabila energetic.
P 
Primul compus pentru care se cunoaște existența izomerilor conformaționali este etanul. Structura sa în spațiu este descrisă de formula perspectivei sau formula lui Newman:
CU 2 N 6
întunecat inhibat
conformatie conformatie
Formulele de proiecție ale lui Newman.
Atomul de carbon cel mai apropiat de noi este desemnat printr-un punct în centrul cercului, cercul reprezintă atomul de carbon îndepărtat. Cele trei legături ale fiecărui atom sunt descrise ca linii divergente de la centrul cercului - pentru cel mai apropiat atom de carbon și cele mici - pentru atomul de carbon îndepărtat.
În lanțurile lungi de carbon, rotația este posibilă în jurul mai multor legături C-C. Prin urmare, întregul lanț poate lua o varietate de forme geometrice. Conform datelor de difracție de raze X, lanțurile lungi de hidrocarburi saturate au o conformație în zig-zag și în formă de gheare. De exemplu: acizii palmitic (C 15 H 31 COOH) și stearic (C 17 H 35 COOH) în conformații în zig-zag fac parte din lipidele membranelor celulare, iar moleculele de monozaharide în soluție capătă o conformație în formă de gheare.
Conformațiile compușilor ciclici
Conexiunile ciclice sunt caracterizate de eforturi unghiulare asociate cu prezența unui ciclu închis.
Dacă considerăm că ciclurile sunt plate, atunci pentru multe dintre ele unghiurile de legătură se vor abate semnificativ de la normal. Se numește stresul cauzat de abaterea unghiurilor de legătură dintre atomii de carbon din inel de la valoarea normală colţ sau ale lui Bayer.
De exemplu, în ciclohexan atomii de carbon sunt în starea hibridă sp 3 și, în consecință, unghiul de legătură ar trebui să fie egal cu 109 o 28 /. Dacă atomii de carbon se află în același plan, atunci în inelul plan unghiurile de legătură interne ar fi egale cu 120°, iar toți atomii de hidrogen ar fi într-o conformație eclipsată. Dar ciclohexanul nu poate fi plat din cauza prezenței unor tensiuni unghiulare și de torsiune puternice. Ea dezvoltă conformații neplanare mai puțin solicitate datorită rotației parțiale în jurul legăturilor ϭ, printre care conformațiile sunt mai stabile fotolii Și băi.
Conformația scaunului este cea mai favorabilă din punct de vedere energetic, deoarece nu are poziții ocluse ale atomilor de hidrogen și carbon. Dispunerea atomilor de H ai tuturor atomilor de C este aceeași ca și în conformația inhibată a etanului. În această conformație, toți atomii de hidrogen sunt deschiși și disponibili pentru reacții.
Conformația băii este mai puțin favorabilă din punct de vedere energetic, deoarece 2 perechi de atomi de C (C-2 și C-3), (C-5 și C-6) aflați la bază au atomi de H într-o conformație eclipsată, prin urmare această conformație are mari dimensiuni. rezervă de energie și instabil.
C6H12 ciclohexan
Forma „scaunului” este mai benefică din punct de vedere energetic decât „cada”.
Izomerie optică.
La sfârșitul secolului al XIX-lea, s-a descoperit că mulți compuși organici sunt capabili să rotească planul unui fascicul polarizat la stânga și la dreapta. Adică, un fascicul de lumină incident pe o moleculă interacționează cu învelișurile sale de electroni și are loc polarizarea electronilor, ceea ce duce la o schimbare a direcției oscilațiilor în câmpul electric. Dacă o substanță rotește planul de vibrație în sensul acelor de ceasornic, se numește dextrogir(+) dacă este în sens invers acelor de ceasornic - stângaci(-). Aceste substanțe au fost numite izomeri optici. Izomerii optic activi conțin un atom de carbon asimetric (chiral) - acesta este un atom care conține patru substituenți diferiți. A doua condiție importantă este absența tuturor tipurilor de simetrie (axă, plan). Acestea includ mulți hidroxi și aminoacizi
Studiile au arătat că astfel de compuși diferă în ordinea de aranjare a substituenților pe atomii de carbon în hibridizarea sp 3.
P 
Cel mai simplu compus este acidul lactic (acid 2-hidroxipropanoic)
Stereoizomerii ale căror molecule sunt legate între ele ca obiect și imagine în oglindă incompatibilă sau ca mână stângă și dreaptă sunt numiți enantiomeri(izomeri optici, izomeri oglindă, antipozi, iar fenomenul se numește enantiomerism. Toate proprietățile chimice și fizice ale enantiomerilor sunt aceleași, cu excepția a două: rotația planului luminii polarizate (într-un dispozitiv polarimetru) și activitatea biologică.
Configurația absolută a moleculelor este determinată prin metode fizico-chimice complexe.
Configurația relativă a compușilor optic activi este determinată prin comparație cu un standard de gliceraldehidă. Substanțele optic active având configurația gliceraldehidei dextrogitoare sau levogitoare (M. Rozanov, 1906) sunt numite substanțe din seriile D și L. Un amestec egal de izomeri dextro și levorotari ai unui compus se numește racemat și este optic inactiv.
Cercetările au arătat că semnul de rotație a luminii nu poate fi asociat cu apartenența unei substanțe la seriile D și L; este determinat doar experimental în instrumente - polarimetre. De exemplu, acidul L-lactic are un unghi de rotație de +3,8 o, acidul D-lactic - 3,8 o.
Enantiomerii sunt reprezentați folosind formulele lui Fischer.
Lanțul de carbon este reprezentat de o linie verticală.
Grupa funcțională senior este plasată în partea de sus, grupa funcțională juniori în jos.
Un atom de carbon asimetric este reprezentat printr-o linie orizontală, la capetele căreia se află substituenți.
Numărul de izomeri este determinat de formula 2 n, n este numărul de atomi de carbon asimetrici.
Rând L Rând D
Printre enantiomeri pot exista molecule simetrice care nu au activitate optică și sunt numite mezoizomerii.
|
De exemplu: Casa de vinuri |
|
D – (+) – rând L – (–) – rând |
Mezovinnaya k-ta |
Racemate – suc de struguri
Izomerii optici care nu sunt izomeri în oglindă, care diferă în configurația mai multor, dar nu a tuturor atomilor de C asimetrici, având proprietăți fizice și chimice diferite, se numesc - di-A-stereoizomerii.
-Diastereomerii (izomerii geometrici) sunt stereomeri care au o legătură în moleculă. Se găsesc în alchene, compuși nesaturați cu carbon superior, compuși dicarbonici nesaturați. De exemplu:
Cis-buten-2 Trans-buten-2
Activitatea biologică a substanțelor organice este legată de structura lor. De exemplu:
Acid cis-butenediic, acid trans-butenediic,
acid maleic - acid fumaric - netoxic,
foarte toxic găsit în organism
Toți compușii naturali nesaturați cu carbon superior sunt izomeri cis.
legături multiple
Izomerie structurală
Ea împărtășește:
Izomerie spațială (stereoizomerie)
Aceasta este existența izomerilor care au aceeași compoziție și ordine de conectare a atomilor, dar diferă prin natura aranjamentului atomilor sau grupurilor de atomi în spațiu.
Acest tip de izomerie a fost descris de L. Pasteur (1848), J. Van't Hoff, Le Bel (1874).
Izomerii spațiali sunt împărțiți în două tipuri: conformaționali și configuraționali.
Izomerii conformaționali sunt cei ale căror forme moleculare se transformă unele în altele datorită rotației libere a atomilor și a grupurilor de atomi în jurul uneia sau mai multor legături cu șase.
Primul compus pentru care se cunoaște existența izomerilor conformaționali este etanul. Structura sa în spațiu este descrisă de formula perspectivei sau formula lui Newman:
CU 
2 N 6
Conformație eclipsată Conformație inhibată
mai favorabil din punct de vedere energetic
formulele lui Newman
Ciclohexan
Forma „scaunului” este mai benefică din punct de vedere energetic decât „cada”.
Izomeri de configurare.
Aceștia sunt stereoizomeri, ale căror molecule au aranjamente diferite ale atomilor în spațiu fără a ține cont de conformații.
Pe baza tipului de simetrie, toți stereoizomerii sunt împărțiți în enantiomeri și diastereomeri.
Enantiomerii (izomeri optici, izomeri în oglindă, antipozi) sunt stereoizomeri ale căror molecule sunt legate între ele ca obiect și imagine în oglindă incompatibilă. Acest fenomen se numește enantiomerism. Toate proprietățile chimice și fizice ale enantiomerilor sunt aceleași, cu excepția a două: rotația planului luminii polarizate (într-un dispozitiv polarimetru) și activitatea biologică. Condiţii pentru enantiomerism: 1) atomul de C este în stare de hibridizare sp 3; 2) absența oricărei simetrii; 3) prezența unui atom de C asimetric (chiral), adică. atom având patru substituenți diferiți.
Mulți hidroxi și aminoacizi au capacitatea de a roti planul de polarizare al unui fascicul de lumină la stânga sau la dreapta. Acest fenomen se numește activitate optică, iar moleculele înseși sunt optic active. Abaterea fasciculului de lumină spre dreapta este marcată cu semnul „+”, spre stânga – „-”, iar unghiul de rotație este indicat în grade.
Configurația absolută a moleculelor este determinată prin metode fizico-chimice complexe.
Configurația relativă a compușilor optic activi este determinată prin comparație cu un standard de gliceraldehidă. Substanțele optic active având configurația gliceraldehidei dextrogitoare sau levogitoare (M. Rozanov, 1906) se numesc D- și
Seria L. Un amestec egal de izomeri dreptaci și stângaci ai unui compus se numește racemat și este optic inactiv.
Cercetările au arătat că semnul de rotație a luminii nu poate fi asociat cu apartenența unei substanțe la seriile D și L; este determinat doar experimental în instrumente - polarimetre. De exemplu, acidul L-lactic are un unghi de rotație de +3,8 o, acidul D-lactic - 3,8 o.
Enantiomerii sunt reprezentați folosind formulele lui Fischer.
Rând L Rând D
Numărul de izomeri este determinat de formula 2 n, unde n este numărul de atomi de carbon asimetrici. Exemplu:
`Rând L-Rând D
Printre enantiomeri pot exista molecule simetrice care nu au activitate optică și se numesc mezoizomeri.
|
De exemplu: Casa de vinuri |
|
D – (+) – rând L – (–) – rând |
Mezovinnaya k-ta |
Racemate – suc de struguri
Izomerii optici care nu sunt izomeri în oglindă, care diferă în configurația mai multor atomi de C asimetrici, dar nu a tuturor și care posedă proprietăți fizice și chimice diferite, se numesc -diastereoizomeri.
-Diastereomerii (izomerii geometrici) sunt stereomeri care au o legătură în moleculă. Se găsesc în alchene, compuși nesaturați cu carbon superior, compuși dicarbonici nesaturați. De exemplu:
Cis-buten-2 Trans-buten-2
Activitatea biologică a substanțelor organice este legată de structura lor.
De exemplu:
Acid cis-butenediic, acid trans-butenediic,
acid maleic - acid fumaric - netoxic,
foarte toxic găsit în organism
Toți compușii naturali nesaturați cu carbon superior sunt izomeri cis.
Întrebări de testare pentru subiectul „Izomerism”
Ce este izomerismul?
Tipuri de izomerie
Ce este izomeria structurală? Tipurile sale.
Izomeri spațiali. Dă exemple.
Ce sunt izomerii conformaționali?
Ce formule sunt folosite pentru a descrie conformațiile eclipsate și inhibate?
Izomeri optici. Cerințe pentru izomerii optici.
Care atom de carbon se numește asimetric (chiral)?
Care izomeri sunt enantiomeri și care sunt diastereomeri. Dă exemple.
Care izomeri se numesc racemați
Exercițiiși sarcini situaționale:
Vigabatrin (acid 4-amino-hexen-5-oic) este prescris ca anticonvulsivant pentru epilepsie. Scrieți toți izomerii săi cu formula generală C 5 H 12 și numiți-i conform nomenclaturii internaționale (m.n.)
Scrieți izomerii cu formula generală C 4 H 9 OH, numiți-i prin m.n. și definiți clasa de conexiune.
Scrieți conformațiile eclipsate și inhibate ale C 2 H 5 OH. Care este cel mai profitabil?
Desenați formulele de proiecție Fischer pentru 2,3-dihidroxipropanal. Determinați prezența unui atom de carbon asimetric.
Acidul tartric amestecat cu NaHCO3 este folosit ca laxativ. Desenați izomerii acidului tartric (acid 2,3-dihidroxibutandioic). Listați enantiomerii și diastereomerii.
Meprobamatul (2-metil-2-propil-propandiol-1,3) este utilizat în practica medicală ca sedativ în stadiile incipiente ale hipertensiunii arteriale. Scrieți toți izomerii săi.
Când luați aminalon (acid 4-amino-butanoic), procesele energetice sunt îmbunătățite și activitatea respiratorie a țesutului cerebral este crescută, eliminarea produselor metabolice toxice din creier este facilitată și memoria este îmbunătățită. Scrieți toți izomerii acestui acid și numiți-i conform nomenclaturii internaționale.
Acidul 6-amino-hexanoic are un efect hemostatic sistemic în sângerările cauzate de creșterea fibrinolitică.
activitate plasmatică ridicată. Scrieți toți izomerii săi structurali și denumiți-i conform nomenclaturii internaționale.
Acidul valproic (acid 2-propil-pentanoic) este utilizat în condiții epileptice ca anticonvulsivant. Scrieți toți izomerii săi și numiți-i conform nomenclaturii internaționale.
Penicilamina (acidul 2-amino-3-mercapto-3 metil-butanoic) este folosită ca antidot pentru otrăvirea cu compuși ai metalelor grele. Scrieți formula acestui compus.
Literatură:
1. Tyukavkina N.A., Baukov Yu.I. Chimie bioorganică, - M., Medicină, 1991. P. 52-80.