Pojava u kojoj nastaju spojevi koji su jednaki po broju atoma, ali različiti po strukturi ili prostornom rasporedu atoma, naziva se izomerija. Izomeri se razlikuju po fizikalnim i kemijskim svojstvima. Izomerija je karakteristična za sve organske spojeve.

Klasifikacija

Postoje dvije vrste izomerije:

• strukturalni- spojevi se razlikuju po molekularnoj strukturi;
• prostorni- tvari koje su identične po sastavu i građi razlikuju se po prostornom rasporedu atoma.

Riža. 1. Strukturna izomerija.

Opis svake vrste prikazan je u tablici.

Riža. 2. Prostorna izomerija.

Što je više ugljikovih atoma u molekuli, to više izomera spoj može tvoriti.

Nomenklatura

Nazivi izomera sastoje se od tri dijela:

• broj ugljikovog atoma na koji su vezane dodatne skupine;
• naziv grupe;
• naziv glavnog strujnog kruga.

Kao glavni lanac uzima se najduži lanac ugljikovih atoma. Na primjer, ako je lanac od pet ugljikovih atoma vezan za lanac od dva ugljikova atoma, glavni lanac se smatra lancem od pet ugljikovih atoma.

Brojanje atoma počinje od kraja s granom ili velikim brojem grana. Strukturna formula izomerije pomaže jasno odrediti koji je atom prvi.

Primjeri izomera s imenima:

• CH3-CH(CH3)-CH2-CH2-CH3- 2-metilpentan (metilna skupina nalazi se na drugom atomu ugljika);
• CH3-CH2-CH(CH3)-CH2-CH3- 3-metilpentan;
• CH 3 -CH (CH 3) -SON- 2-metilpropanal.

Riža. 3. Strukturne formule izomera s nazivima.

Izomeri imaju istu molekulsku formulu, ali različite strukturne formule.

Što smo naučili?

Na satu kemije u 10. razredu učili smo o fenomenu izomerije. Izomeri su spojevi s istim brojem atoma, ali različite strukture ili prostornog položaja. U strukturnoj izomeriji mijenja se položaj dvostruke veze, metilne skupine ili radikala u ugljikovom lancu. Prostorna izomerija je dvije vrste - optička (zrcalna) i geometrijska. Strukturna imena izomera određena su položajem funkcionalnih skupina i radikala.

Test na temu

Ocjena izvješća

Prosječna ocjena: 4.6. Ukupno primljenih ocjena: 136.

Formirajte 4 kovalentne veze ne samo s atomima ugljika, već i s heteroatomima.

Svi izomeri se dijele na:

• Strukturni izomeri- izomeri koji imaju različite strukturne formule, u kojima je redoslijed atomskih spojeva različit;
• Prostorni izomeri (stereoizomeri)- spojevi koji imaju isti redoslijed veza atoma, ali njihov različit položaj u prostoru.

Strukturni izomeri se dijele u 3 grupe:

• spojevi koji sadrže različite funkcionalne skupine i pripadaju različitim klasama spojeva:

• spojevi koji imaju razlike u ugljikovom kosturu:

• spojevi u kojima postoji razlika u položaju supstituenta ili višestruke veze:

Prostorni izomeri dijele se na geometrijske i optičke izomere.

Geometrijska izomerija je karakteristična za spojeve koji imaju dvostruku vezu ili prsten. U takvim molekulama može se povući konvencionalna ravnina tako da se supstituenti nalaze na istoj ili na suprotnoj strani od nje. Ako su supstituenti na jednoj strani, onda su to cis izomeri, ako su na suprotnim krajevima to su trans izomeri.

Geometrijski izomeri mogu jako varirati u kemijskim svojstvima. Na primjer, ponašaju se drugačije kada se zagrijavaju, formiraju međustanja itd.

Optički izomeri- molekule čije su zrcalne slike međusobno nekompatibilne. Dijele se na enantiomere i dijastereomere.

Ako molekula ima asimetrični atom ugljik (atom povezan s 4 različita atoma ili grupe atoma), tada govorimo o enantiomerizam. Takve su veze zrcalne slike jedna druge. Imaju iste fizičke i kemijska svojstva, ali se razlikuju u predznaku rotacije polarizirane svjetlosti.

Dijastereomeri- prostorni izomeri, čije molekule nisu zrcalne slike jedna druge.

I grožđana kiselina, nakon čijeg je proučavanja J. Berzelius uveo pojam IZOMERIJA i sugerirao da razlike proizlaze iz "različite raspodjele jednostavnih atoma u složenom atomu" (tj. molekuli). Izomerija je dobila pravo objašnjenje tek u 2. polovici 19. stoljeća. temeljena na teoriji kemijske strukture A. M. Butlerova (strukturna izomerija) i stereokemijskoj teoriji J. G. Van’t Hoffa (prostorna izomerija).

Strukturna izomerija

Strukturna izomerija rezultat je razlika u kemijskoj strukturi. Ova vrsta uključuje:

Izomerija ugljikovodičnog lanca (ugljikov skelet)

Izomerija ugljikovog skeleta, zbog različitog reda vezivanja ugljikovih atoma. Najjednostavniji primjer- butan CH3-CH2-CH2-CH3 i izobutan (CH3)3CH. Dr. primjeri: antracen i fenantren (formule I i II, redom), ciklobutan i metilciklopropan (III i IV).

Izomerija valencije

Valentna izomerija (poseban tip strukturne izomerije), u kojoj se izomeri mogu pretvoriti jedni u druge samo preraspodjelom veza. Na primjer, valentni izomeri benzena (V) su bicikloheksa-2,5-dien (VI, "Dewar benzen"), prizman (VII, "Ladenburg benzen") i benzvalen (VIII).

Izomerija funkcionalne skupine

Razlikuje se po prirodi funkcionalne skupine. Primjer: Etanol (CH3-CH2-OH) i dimetil eter (CH3-O-CH3)

Izomerija položaja

Vrsta strukturne izomerije koju karakteriziraju razlike u položajima identičnih funkcionalnih skupina ili dvostrukih veza na istom ugljikovom kosturu. Primjer: 2-klorobutanska kiselina i 4-klorobutanska kiselina.

Prostorna izomerija (stereoizomerija)

Enantiomerija (optička izomerija)

Prostorna izomerija (stereoizomerija) nastaje kao rezultat razlika u prostornoj konfiguraciji molekula koje imaju istu kemijska struktura. Ova vrsta izomera dijeli se na enantiomerizam(optička izomerija) i dijastereomerija.

Enantiomeri (optički izomeri, zrcalni izomeri) su parovi optičkih antipoda tvari koje karakteriziraju suprotni predznak i identične rotacije ravnine polarizacije svjetlosti uz identičnost svih ostalih fizikalnih i kemijskih svojstava (osim reakcija s drugim optički aktivnim tvarima i fizikalnim tvarima). svojstva u kiralnom okruženju). Nužan i dovoljan razlog za pojavu optičkih antipoda je svrstavanje molekule u jednu od sljedećih točkastih skupina simetrije C n, D n, T, O, I (kiralnost). Najčešće je riječ o asimetričnom atomu ugljika, odnosno atomu povezanom s četiri različita supstituenta, npr.

Drugi atomi također mogu biti asimetrični, na primjer atomi silicija, dušika, fosfora i sumpora. Prisutnost asimetričnog atoma nije jedini razlog za enantiomerizam. Tako derivati ​​adamantana (IX), ferocena (X), 1,3-difenilalalena (XI) i 6,6"-dinitro-2,2"-difenske kiseline (XII) imaju optičke antipode. Razlog optičke aktivnosti potonjeg spoja je atropoizomerija, odnosno prostorna izomerija uzrokovana odsutnošću rotacije oko jednostavne veze. Enantiomerija se također pojavljuje u spiralnim konformacijama proteina, nukleinskih kiselina i heksagelicena (XIII).

(R)-, (S)- nomenklatura optičkih izomera (pravilo imenovanja)

Četiri skupine vezane na asimetrični atom ugljika C abcd imaju različite prioritete, koji odgovaraju nizu: a>b>c>d. U najjednostavnijem slučaju, prvenstvo se uspostavlja serijskim brojem atoma vezanog na asimetrični atom ugljika: Br(35), Cl(17), S(16), O(8), N(7), C(6 ), H(1) .

Na primjer, u bromokloroctenoj kiselini:

Seniornost supstituenata na asimetričnom ugljikovom atomu je sljedeća: Br(a), Cl(b), C skupina COOH (c), H(d).

U butanolu-2, kisik je viši supstituent (a), vodik je mlađi supstituent (d):

Potrebno je riješiti pitanje supstituenata CH 3 i CH 2 CH 3 . U ovom slučaju, seniornost je određena atomskim brojem ili brojevima drugih atoma u skupini. Primat ostaje etilnoj skupini, jer je u njoj prvi C atom vezan za drugi C(6) atom i za ostale H(1) atome, dok je u metilnoj skupini ugljik vezan za tri H atoma s rednim brojem 1. U složenijim slučajevima nastavljaju uspoređivati ​​sve atome dok ne dođu do atoma s različitim serijskim brojevima. Ako postoje dvostruke ili trostruke veze, tada se atomi smješteni na njima računaju kao dva odnosno tri atoma. Stoga se -COH skupina smatra C (O, O, H), a -COOH skupina se smatra C (O, O, OH); Karboksilna skupina je starija od aldehidne skupine jer sadrži tri atoma s atomskim brojem 8.

U D-gliceraldehidu, najstarija skupina je OH(a), a zatim slijede CHO(b), CH2OH(c) i H(d):

Sljedeći korak je utvrditi je li raspored grupa desni, R (lat. rectus), ili lijevi, S (lat. sinister). Prelazeći na odgovarajući model, orijentiran je tako da juniorska grupa(d) pojavljuje se na dnu u formuli perspektive, a zatim se gleda odozgo duž osi koja prolazi kroz osjenčanu površinu tetraedra i skupine (d). U skupini D-gliceraldehida

nalaze se u smjeru desne rotacije, pa stoga ima R-konfiguraciju:

(R)-gliceraldehid

Za razliku od D,L nomenklature, oznake (R)- i (S)-izomera nalaze se u zagradama.

dijastereomerija

σ-dijastereomerija

Svaka kombinacija prostornih izomera koja ne tvori par optičkih antipoda smatra se dijastereomernom. Postoje σ i π dijastereomeri. σ-dijasteriomeri se međusobno razlikuju po konfiguraciji nekih kiralnih elemenata koje sadrže. Dakle, dijasteriomeri su (+)-vinska kiselina i mezo-vinska kiselina, D-glukoza i D-manoza, na primjer:

Za neke vrste dijastereomerije uvedene su posebne oznake, na primjer, treo- i eritro-izomeri - to je dijastereomerija s dva asimetrična ugljikova atoma i razmacima, raspored supstituenata na tim atomima, koji podsjeća na odgovarajuću treozu (srodni supstituenti nalaze se na suprotnim stranama u formulama Fischerove projekcije) i eritroza ( supstituenti - na jednoj strani):

Eritro-izomeri, čiji su asimetrični atomi vezani za identične supstituente, nazivaju se mezo-oblici. Oni su, za razliku od ostalih σ-dijastereomera, optički neaktivni zbog intramolekularne kompenzacije doprinosa rotaciji ravnine polarizacije svjetlosti iz dva identična asimetrična centra suprotnih konfiguracija. Parovi dijastereomera koji se razlikuju u konfiguraciji jednog od nekoliko asimetričnih atoma nazivaju se epimeri, na primjer:

Pojam "anomeri" odnosi se na par dijastereomernih monosaharida koji se razlikuju u konfiguraciji glikozidnog atoma u cikličkom obliku, na primjer anomeri α-D- i β-D-glukoze.

π-dijastereomerija (geometrijska izomerija)

π-dijasteriomeri, koji se nazivaju i geometrijski izomeri, međusobno se razlikuju po različitom prostornom rasporedu supstituenata u odnosu na ravninu dvostruke veze (najčešće C=C i C=N) ili prstena. To uključuje, na primjer, maleinsku i fumarnu kiselinu (formule XIV odnosno XV), (E)- i (Z)-benzaldoksim (XVI i XVII), cis- i trans-1,2-dimetilciklopentane (XVIII i XIX) .

Konformatori. Tautomeri

Fenomen je neraskidivo povezan s temperaturni uvjeti njegova zapažanja. Na primjer, klorcikloheksan na sobnoj temperaturi postoji u obliku ravnotežne smjese dvaju konformera - s ekvatorijalnom i aksijalnom orijentacijom atoma klora:

Međutim, pri minus 150 °C može se izdvojiti pojedinačni a-oblik, koji se u tim uvjetima ponaša kao stabilan izomer.

S druge strane, spojevi koji su izomeri pod normalnim uvjetima mogu se pokazati kao tautomeri u ravnoteži kada se temperatura poveća. Na primjer, 1-brompropan i 2-brompropan su strukturni izomeri, ali kada se temperatura poveća na 250 °C, između njih se uspostavlja ravnoteža karakteristična za tautomere.

Izomeri koji se pretvaraju jedan u drugi na temperaturama ispod sobne mogu se smatrati nekrutim molekulama.

Postojanje konformera ponekad se naziva "rotacijski izomerizam". Među dienima postoje s-cis i s-trans izomeri, koji su u biti konformeri koji nastaju rotacijom oko jednostruke (s-jednostruke) veze:

Izomerija je također karakteristična za koordinacijski spojevi. Dakle, spojevi koji se razlikuju u načinu koordinacije liganada (ionizacijski izomerizam) su izomerni, na primjer, izomerni su:

SO 4 - i + Br -

Ovdje, u biti, postoji analogija sa strukturnom izomerijom organskih spojeva.

Kemijske transformacije uslijed kojih se strukturni izomeri pretvaraju jedan u drugi nazivaju se izomerizacija. Takvi su procesi važni u industriji. Na primjer, izomerizacija normalnih alkana u izoalkane provodi se za povećanje oktanskog broja motornih goriva; pentan izomerizira u izopentan za naknadnu dehidrogenaciju u izopren. Izomerizacija također uključuje intramolekulske preraspodjele od kojih velika vrijednost ima, na primjer, transformaciju cikloheksanon oksima u kaprolaktam - sirovinu za proizvodnju kaprona.

Proces međusobne pretvorbe enantiomera naziva se racemizacija: dovodi do nestanka optičke aktivnosti kao rezultat stvaranja ekvimolarne smjese (-)- i (+)-oblika, odnosno racemata. Interkonverzija dijastereomera dovodi do stvaranja smjese u kojoj prevladava termodinamički stabilniji oblik. U slučaju π-dijastereomera, to je obično trans oblik. Interkonverzija konformacijskih izomera naziva se konformacijska ravnoteža.

Fenomen izomerije uvelike pridonosi porastu broja poznatih (a još više potencijalno mogućih) spojeva. Dakle, mogući broj strukturnih izomernih decilnih alkohola je više od 500 (poznato ih je oko 70), postoji više od 1500 prostora i izomera.

Sadržaj članka

IZOMERIJA(Grčki isos - identičan, meros - dio) - jedan od najvažniji pojmovi u kemiji, uglavnom organskoj. Tvari mogu imati isti sastav i molekulsku težinu, ali različite strukture i spojeve koji sadrže iste elemente u istoj količini, ali se razlikuju u prostornom rasporedu atoma ili skupina atoma, nazivamo izomerima. Izomerija je jedan od razloga zašto su organski spojevi toliko brojni i raznoliki.

Izomeriju je prvi otkrio J. Liebig 1823. godine, koji je ustanovio da srebrne soli fulminatne i izocijanske kiseline: Ag-O-N=C i Ag-N=C=O imaju isti sastav, ali različita svojstva. Pojam "izomerizam" uveo je 1830. godine I. Berzelius, koji je sugerirao da razlike u svojstvima spojeva istog sastava nastaju zbog činjenice da su atomi u molekuli raspoređeni različitim redoslijedom. Ideja o izomeriji konačno je formirana nakon što je A.M. Butlerov stvorio teoriju kemijske strukture (1860-ih). Na temelju te teorije, predložio je da bi trebala postojati četiri različita butanola (slika 1). U vrijeme nastanka teorije bio je poznat samo jedan butanol (CH 3) 2 CHCH 2 OH, dobiven iz biljnog materijala.

Riža. 1. Izomeri butanola

Naknadna sinteza svih izomera butanola i određivanje njihovih svojstava postala je uvjerljiva potvrda teorije.

Prema suvremenoj definiciji, dva spoja istog sastava smatraju se izomerima ako se njihove molekule ne mogu spojiti u prostoru tako da se potpuno podudaraju. Kombinacija se, u pravilu, vrši mentalno; u složenim slučajevima koriste se prostorni modeli ili metode izračuna.

Postoji nekoliko razloga za izomerizam.

STRUKTURNA IZOMERIJA

U pravilu je uzrokovan razlikama u građi ugljikovodičnog skeleta ili nejednakim rasporedom funkcionalnih skupina ili višestrukih veza.

Izomerija ugljikovodičnog skeleta.

Zasićeni ugljikovodici koji sadrže od jednog do tri ugljikova atoma (metan, etan, propan) nemaju izomere. Za spoj s četiri atoma ugljika C 4 H 10 (butan) moguća su dva izomera, za pentan C 5 H 12 - tri izomera, za heksan C 6 H 14 - pet (slika 2):

Riža. 2. Izomeri najjednostavnijih ugljikovodika

Kako se broj ugljikovih atoma u molekuli ugljikovodika povećava, broj mogućih izomera dramatično raste. Za heptan C 7 H 16 postoji devet izomera, za ugljikovodik C 14 H 30 ima 1885 izomera, za ugljikovodik C 20 H 42 ima ih preko 366.000.

U složenim slučajevima, pitanje jesu li dva spoja izomeri rješava se različitim rotacijama oko valentnih veza (jednostavne veze to dopuštaju, što u određenoj mjeri odgovara njihovoj fizička svojstva). Nakon pomicanja pojedinačnih fragmenata molekule (bez prekidanja veza), jedna molekula se superponira na drugu (slika 3). Ako su dvije molekule potpuno identične, onda to nisu izomeri, već isti spoj:

Izomeri koji se razlikuju po skeletnoj strukturi obično imaju različita fizikalna svojstva (talište, vrelište itd.), što omogućuje odvajanje jednog od drugog. Ova vrsta izomerije također postoji u aromatski ugljikovodici(Sl. 4):

Riža. 4. Aromatski izomeri

Položajna izomerija.

Druga vrsta strukturne izomerije, položajna izomerija, javlja se u slučajevima kada su funkcionalne skupine, pojedinačni heteroatomi ili višestruke veze smještene na različitim mjestima u kosturu ugljikovodika. Strukturni izomeri mogu pripadati različitim klasama organskih spojeva, pa se mogu razlikovati ne samo po fizikalnim, već i po kemijskim svojstvima. Na sl. Slika 5 prikazuje tri izomera za spoj C 3 H 8 O, od kojih su dva alkoholi, a treći je eter

Riža. 5. Izomeri položaja

Često su razlike u strukturi položajnih izomera toliko očite da ih čak nije potrebno mentalno kombinirati u prostoru, na primjer, izomeri butena ili diklorbenzena (slika 6):

Riža. 6. Izomeri butena i diklorbenzena

Ponekad strukturni izomeri kombiniraju karakteristike izomerije kostura ugljikovodika i položajne izomerije (slika 7).

Riža. 7. Kombinacija dviju vrsta strukturne izomerije

U pitanjima izomerije, teorijska razmatranja i eksperiment su međusobno povezani. Ako razmatranja pokazuju da izomeri ne mogu postojati, onda bi eksperimenti trebali pokazati isto. Ako izračuni ukazuju na određeni broj izomera, tada se može dobiti isti broj, ili manje, ali ne više - ne mogu se dobiti svi teoretski izračunati izomeri, budući da međuatomske udaljenosti ili vezni kutovi u predloženom izomeru mogu biti izvan dopuštenih granica . Za tvar koja sadrži šest CH skupina (na primjer, benzen), teoretski je moguće 6 izomera (slika 8).

Riža. 8. Izomeri benzena

Prvih pet prikazanih izomera postoji (drugi, treći, četvrti i peti izomer dobiveni su gotovo 100 godina nakon što je utvrđena struktura benzena). Potonji izomer najvjerojatnije nikada neće biti dobiven. Predstavljen kao šesterokut, najmanja je vjerojatnost da će se formirati, a njegove deformacije rezultiraju strukturama u obliku skošene prizme, trokrake zvijezde, nepotpune piramide i dvostruke piramide (nepotpuni oktaedar). Svaka od ovih opcija sadrži vrlo različite veličine S-S veze, ili jako iskrivljeni vezni kutovi (slika 9):

Kemijske transformacije uslijed kojih se strukturni izomeri pretvaraju jedan u drugi nazivaju se izomerizacija.

Stereoizomerija

nastaje zbog različitog rasporeda atoma u prostoru s istim redoslijedom veza među njima.

Jedna vrsta stereoizomerije je cis-trans izomerija (cis- lat. s jedne strane, trans - lat. kroz, na različitim stranama) opaža se u spojevima koji sadrže višestruke veze ili planarne cikluse. Za razliku od jednostruke veze, višestruka veza ne dopušta pojedinačnim fragmentima molekule da se okreću oko nje. Kako bi se odredila vrsta izomera, mentalno se nacrta ravnina kroz dvostruku vezu, a zatim se analizira položaj supstituenata u odnosu na tu ravninu. Ako su identične grupe na istoj strani ravnine, onda ovo cis-izomer, ako je na suprotnim stranama – trans-izomer:

Fizikalna i kemijska svojstva cis- I trans-izomeri se ponekad znatno razlikuju; u maleinskoj kiselini karboksilne skupine –COOH su prostorno bliske, mogu reagirati (slika 11), tvoreći anhidrid maleinske kiseline (ova reakcija se ne događa za fumarnu kiselinu):

Riža. 11. Stvaranje maleinskog anhidrida

U slučaju ravnih cikličkih molekula, nije potrebno mentalno crtati ravninu, jer je ona već dana oblikom molekule, kao na primjer u cikličkim siloksanima (slika 12):

Riža. 12. Izomeri ciklosiloksana

U složenim metalnim spojevima cis-izomer je spoj u kojem se dvije identične skupine, od onih koje okružuju metal, nalaze u blizini, u trans-izomer, oni su odvojeni drugim skupinama (slika 13):

Riža. 13. Izomeri kompleksa kobalta

Druga vrsta stereoizomerije, optička izomerija, javlja se u slučajevima kada dva izomera (prema ranije formuliranoj definiciji, dvije molekule koje nisu kompatibilne u prostoru) predstavljaju zrcalna slika jedni druge. Ovo svojstvo imaju molekule koje se mogu predstaviti kao jedan ugljikov atom koji ima četiri različita supstituenta. Valencije središnjeg atoma ugljika vezanog na četiri supstituenta usmjerene su prema vrhovima mentalnog tetraedra - pravilnog tetraedra ( cm. ORBITALNA) i kruto fiksirana. Četiri nejednaka supstituenta prikazana su na sl. 14 u obliku četiri kuglice različitih boja:

Riža. 14. Ugljikov atom s četiri različita supstituenta

Da bi se detektirao mogući nastanak optičkog izomera, potrebno je (slika 15) molekulu reflektirati u zrcalu, zatim sliku u zrcalu uzeti kao pravu molekulu, staviti ispod originalne tako da im se okomite osi podudaraju, a drugu molekulu treba rotirati oko okomite osi tako da se crvena kuglica gornje i donje molekule nalaze jedna ispod druge. Kao rezultat toga, položaj samo dviju kuglica, bež i crvene, podudara se (označeno dvostrukim strelicama). Ako rotirate donju molekulu tako da se plave kuglice poravnaju, tada će se položaj samo dvije kuglice opet podudarati - bež i plave (također označene dvostrukim strelicama). Sve postaje očito ako se te dvije molekule mentalno spoje u prostoru, stavljajući jednu u drugu, poput noža u koricama, crvene i zelena lopta ne podudaraju se:

Za bilo kakvu međusobnu orijentaciju u prostoru, dvije takve molekule ne mogu postići potpunu podudarnost kada se spoje prema definiciji, to su izomeri; Važno je napomenuti da ako središnji atom ugljika nema četiri, već samo tri različita supstituenta (odnosno, dva su ista), tada kada se takva molekula reflektira u zrcalu, optički izomer se ne formira, budući da se molekula i njezin odraz mogu kombinirati u prostoru (slika .16):

Osim ugljika, drugi atomi u kojima su kovalentne veze usmjerene prema uglovima tetraedra, na primjer, silicij, kositar, fosfor, mogu djelovati kao asimetrični centri.

Optička izomerija se ne pojavljuje samo u slučaju asimetričnog atoma, ona se također ostvaruje u nekim okvirnim molekulama u prisutnosti određenog broja različitih supstituenata. Na primjer, okvirni ugljikovodik adamantan, koji ima četiri različita supstituenta (slika 17), može imati optički izomer, pri čemu cijela molekula igra ulogu asimetričnog središta, što postaje očito ako se adamantan okvir mentalno skupi do točke . Slično, siloksan, koji ima kubičnu strukturu (slika 17), također postaje optički aktivan u slučaju četiri različita supstituenta:

Riža. 17. Optički aktivne skeletne molekule

Moguće su opcije kada molekula ne sadrži asimetrični centar, čak ni u skrivenom obliku, ali sama može biti općenito asimetrična, a mogući su i optički izomeri. Na primjer, u složena veza berilij, dva ciklička fragmenta nalaze se u međusobno okomitim ravninama; u ovom slučaju dovoljna su dva različita supstituenta za dobivanje optičkog izomera (slika 18). Za molekulu ferocena, koja ima oblik pentaedarske prizme, potrebna su tri supstituenta za istu svrhu, a atom vodika u ovom slučaju igra ulogu jednog od supstituenata (slika 18):

Riža. 18. Optička izomerija asimetričnih molekula

U većini slučajeva strukturna formula veza vam omogućuje da shvatite što točno treba promijeniti u njemu da tvar postane optički aktivna.

Sinteze optički aktivnih stereoizomera obično proizvode smjesu dekstro- i lijevorotirajućih spojeva. Razdvajanje izomera provodi se reakcijom smjese izomera s reagensima (obično prirodnog podrijetla) koji sadrže asimetrično reakcijsko središte. Neki živi organizmi, uključujući bakterije, preferirano metaboliziraju lijevorotacijske izomere.

Sada su razvijeni procesi (zvani asimetrična sinteza) za specifičnu proizvodnju specifičnog optičkog izomera.

Postoje reakcije koje vam omogućuju pretvaranje optičkog izomera u njegov antipod ( cm. WALDENOVA KONVERZIJA).

Mihail Levitski

Prostorni izomeri (stereoizomeri) imaju isti kvalitativni i kvantitativni sastav i isti redoslijed vezanja atoma (kemijsku strukturu), ali različiti prostorni raspored atoma u molekuli.

Postoje dvije vrste prostorne izomerije: optički I geometrijski.

Optička izomerija

U optičkoj izomeriji različiti fragmenti molekula različito su smješteni u odnosu na određeni atom, tj. imati različite konfiguracija Na primjer:

Takve molekule nisu identične, one se međusobno odnose kao objekt i njegova zrcalna slika i nazivaju se enantiomeri.

Enantiomeri imaju svojstva kiralnosti. Najjednostavniji slučaj kiralnosti je zbog prisutnosti u molekuli centar kiralnosti(kiralni centar), koji može biti atom koji sadrži četiri različita supstituenta. Takvom atomu nedostaju elementi simetrije. Zbog toga se naziva i asimetričnim.

Da bi se utvrdilo je li neka molekula kiralna, potrebno je izgraditi njezin model, model njezine zrcalne slike (sl. 3.1 , A) te saznati jesu li kombinirani u prostoru. Ako nisu kompatibilni, molekula je kiralna (slika 3.1, b), ako su kompatibilni, to je ahiralno.

Riža. 3.1.

Sva kemijska svojstva enantiomera su identična. Njihova fizička svojstva također su ista, s izuzetkom optičke aktivnosti: jedan oblik rotira ravninu polarizacije svjetlosti ulijevo, drugi - za isti kut udesno.

Mješavina jednakih količina optičkih antipoda ponaša se kao jedinka kemijski spoj, lišen optičke aktivnosti i vrlo različit u fizičkim svojstvima od svakog od antipoda. Ova tvar se zove racemična smjesa, ili racemat.

U svim kemijskim transformacijama u kojima nastaju novi asimetrični atomi ugljika uvijek se dobivaju racemati. Postoje posebne tehnike za razdvajanje racemata na optički aktivne antipode.

Ako u molekuli postoji nekoliko asimetričnih atoma, moguća je situacija u kojoj prostorni izomeri neće biti optički antipodi. Na primjer:

Prostorni izomeri koji međusobno nisu enantiomeri nazivaju se dijastereomeri.

Poseban slučaj dijastereomera – geometrijski (cis-trais-) izomeri.

Geometrijska izomerija

Geometrijska (cis-trans) izomerija je karakterističan za spojeve koji sadrže dvostruke veze (C=C, C=N itd.), kao i nearomatske cikličke spojeve i nastaje zbog nemogućnosti slobodne rotacije atoma oko dvostruke veze ili u ciklusu. Supstituenti u geometrijskim izomerima mogu se nalaziti na jednoj strani ravnine dvostruke veze ili prstena - ^wc-položaj, ili na suprotnim stranama - tirsh/c-položaj (sl. 3.2).

Riža. 3.2. Dis-izomer (a) itrans-izomer(b)

Geometrijski izomeri obično se značajno razlikuju po fizičkim svojstvima (vrelište i talište, topljivost, dipolni momenti, termodinamička stabilnost itd.)

• Izraz "kiralnost" znači da su dva predmeta u istom odnosu jedan prema drugom kao lijeva i desna ruka (od grčke riječi stolica - ruka), tj. su zrcalne slike koje se ne poklapaju kada ih pokušate kombinirati u prostoru.