Изомерия органических соединений. Как определить изомеры

БЕСПЛАТНО ответим на Ваши вопросы
По лишению прав, ДТП, страховом возмещении, выезде на встречную полосу и пр. Ежедневно с 9.00 до 21.00
Москва и МО +7 (499) 938-51-97
С-Петербург и ЛО +7 (812) 467-32-86
Бесплатный звонок по России 8-800-350-23-69 доб.418

Изомерия органических соединений

В органической химии широко распространена изомерия, суть которой состоит в том, что существует несколько разных веществ, обладающих одинаковой молекулярной формулой, но имеющих различное строение и, вследствие этого, различные химические и физические свойства. В этом случае знание только молекулярной формулы не дает полного представления о свойствах вещества. Такое представление нам может дать знание структурной (графической) формулы вещества.

Различают структурную, позиционную, геометрическую (цис-, транс-) и оптическую виды изомерии органических соединений.

Структурная изомерия органических соединений

  1. Изомерия углеродного скелета
  2. Изомерия положения

А. Кратных связей

Б. Заместителей

В. Функциональных групп

  1. Межклассовая изомерия

Геометрическая изомерия органических соединений

В данном случае порядок соединения атомов в изомерных молекулах одинаков, а их пространственное расположение различается. Такие изомеры называют пространственными или стереоизомерами. В свою очередь, стереоизомеры, в которых стереогенной группой является кратная связь или малые циклы  называются геометрическими.

Существование геометрических изомеров возможно при наличии функциональных групп при кратной связи.  А различие изомеров заключается в пространственном расположении функциональных групп относительно плоскости двойной связи.

Названия таких изомеров строятся с использованием цис -, транс-обозначений:

В цис-изомере два идентичных заместителя при различных атомах углерода, связанных  двойной связью, находятся по одну сторону от двойной связи.

В транс-изомере одинаковые заместители лежат по разные стороны от двойной связи.

В случае, когда при кратной связи все заместители разные используют Е-, Z-обозначения («Е» от entgegen — напротив, «Z» от zusammen — вместе). Для определения типа конфигурации (Е— или, Z-) необходимо установление старшинства заместителей, т.е.  сравнение их атомных номеров.

Z— конфигурацию имеет изомер, у которого два старших заместителя расположены с одной стороны двойной связи, а Е-кофигурацию имеет изомер, у которого два старших заместителя расположены по разные стороны от двойной связи.

Например, определим тип конфигурации изомеров 1-бром-1-хлор-2-нитроэтилена, представленных на рисунке. Изомеры Этилена имеют следующие заместители H (атомный номер — 1), Br (атомный номер — 35), N (атомный номер — 7), Cl (атомный номер — 17).

а) у первого атома углерода старшим является заместитель Br (35), у второго атома углерода —  N (7). Эти заместители находятся по разные стороны от кратной связи. Следовательно, это Е – изомер.

б) у первого атома углерода старшим является заместитель Cl (17), у второго атома углерода — Br (35). Эти заместители находятся по одну сторону от кратной связи. Следовательно, это Z – изомер.

В случае, когда заместители, напрямую связанные с ненасыщенными атомами углерода («первого слоя»), одинаковы, то сравнивают заместители «второго слоя», «третьего слоя» и т. д.

В представленном примере все заместители «первого слоя» одинаковы – это С. Следовательно, необходимо рассмотрение «второго слоя». В этом слое у первого атома углерода, соединенного двойной связью старшим будет заместитель – Cl, у второго атома углерода – С. Два старших заместителя расположены по одну сторону двойной связи, значит изомер имеет 2Z конфигурацию.

 Оптическая изомерия органических соединений

Еще в начале 19 века было обнаружено, что некоторые вещества, при пропускании сквозь них поляризованного света, отклоняют плоскость поляризации на некий угол. Кроме этого, существует два соединения (изомера), отклоняющие плоскость поляризации на углы равные по величине, но отличающиеся по знаку (левовращающий и правовращающий). Такие вещества назвали оптическими изомерами (антиподами или энантиомерами).

Смесь, в которой содержится равное количество лево- и правовращающих изомеров оптически неактивно и называется рацемической смесью.

Оптическая активность характерна для веществ, в состав которых входит один или более асимметрических атомов углерода (т.е. углерод, связанный с четырьмя различными заместителями), например:

Два оптических изомера отличатся друг от друга как предмет и его зеркальное отражение. При совмещении они не совпадают как левая и правая руки при наложении друг на друга. Такие молекулы называют хиральными (греч. «хейрос» — рука). Если же молекула при наложении совпадает со своим зеркальным отражением, то она ахиральна.

В органических молекулах помимо углерода, связанного с четырьмя различными заместителями, хиральностью могут обладать соединения, содержащие такие атомы как кремний, азот и фосфор, а также имеющими стереогенную ось или плоскость.

 

На плоскости оптические изомеры изображают с помощью проекционных формул Фишера

Правила построения формул Фишера:
  1. Вертикальная пунктирная линия, показывает проекции связей, устремленные от наблюдателя
  2. Горизонтальная линия показывает проекции связей, устремленные к наблюдателю
  3. Центр пересечения вертикальной и горизонтальной линий отвечает хиральному центру, в роли которого чаще всего выступает асимметрический атом углерода. При этом символ самого асимметрического атома углерода С не изображается.
  4. Если же асимметрическим центром является не углерод, а другой атом, то в центре пересечения линий необходимо изобразить его символ.
  5. На концах вертикальных и горизонтальных линий изображают заместители, строго соблюдая их пространственное расположение.

 

zadachi-po-khimii.ru

ИЗОМЕРИЯ | Энциклопедия Кругосвет

Содержание статьи

ИЗОМЕРИЯ (греч. isos – одинаковый, meros – часть) – одно из важнейших понятий в химии, главным образом, в органической. Вещества могут иметь одинаковый состав и молекулярную массу, но различное строение и соединения, содержащие в своем составе одни и те же элементы в одинаковом количестве, но различающиеся пространственным расположением атомов или групп атомов, называют изомерами. Изомерия является одной из причин того, что органические соединения так многочисленны и разнообразны.

Изомерия была впервые обнаружена Ю.Либихом в 1823, который установил, что серебряные соли гремучей и изоциановой кислот: Ag-О-N=C и Ag-N=C=O имеют одинаковый состав, но разные свойства. Термин «Изомерия» в 1830 ввел И.Берцелиус, предположивший, что различия в свойствах соединений одинакового состава возникают из-за того, что атомы в молекуле расположены в неодинаковом порядке. Представления об изомерии окончательно сформировались после создания A.M.Бутлеровым теории химического строения (1860-е). Основываясь на положениях этой теории, он предположил, что должно существовать четыре различных бутанола (рис. 1). К моменту создания теории был известен лишь один бутанол (СН3)2СНСН2ОН, получаемый из растительного сырья.

Рис. 1. Изомеры бутанола

Последовавший затем синтез всех изомеров бутанола и определение их свойств стали убедительным подтверждением теории.

Согласно современному определению два соединения одинакового состава считают изомерами, если их молекулы нельзя совместить в пространстве так, чтобы они полностью совпадали. Совмещение, как правило, проделывают мысленно, в сложных случаях используют пространственные модели, либо расчетные методы.

Есть несколько причин возникновения изомерии.

СТРУКТУРНАЯ ИЗОМЕРИЯ

Обусловлена, как правило, различиями в строении углеводородного скелета либо неодинаковым расположением функциональных групп или кратных связей.

Изомерия углеводородного скелета.

Насыщенные углеводороды, содержащие от одного до трех атомов углерода (метан, этан, пропан), не имеют изомеров. Для соединения с четырьмя атомами углерода С4Н10 (бутан) возможно существование двух изомеров, для пентана С5Н12 – трех изомеров, для гексана С6Н14 – пяти (рис.2):

Рис. 2. Изомеры простейших углеводородов

С увеличением числа атомов углерода в молекуле углеводорода количество возможных изомеров резко возрастает. Для гептана С7Н16 существует девять изомеров, для углеводорода С14Н30 – 1885 изомеров, для углеводорода С20Н42 – свыше 366 000.

В сложных случаях вопрос о том, являются ли два соединения изомерами, решают, используя различные повороты вокруг валентных связей (простые связи это допускают, что в определенной степени соответствует их физическим свойствам). После перемещения отдельных фрагментов молекулы (не допуская при этом разрыва связей) накладывают одну молекулу на другую (рис. 3). Если две молекулы полностью совпадают, то это не изомеры, а одно и то же соединение:

Изомеры, отличающиеся структурой скелета, обычно имеют разные физические свойства (температура плавления, температура кипения и т.п.), что позволяет отделить один от другого. Изомерия такого типа существует и у ароматических углеводородов (рис. 4):

Рис. 4. Ароматические изомеры

Изомерия положения.

Другой вид структурной изомерии – изомерия положения возникает в тех случаях, когда функциональные группы, отдельные гетероатомы или кратные связи расположены в различных местах углеводородного скелета. Структурные изомеры могут принадлежать к разным классам органических соединений, поэтому они могут различаться не только физическими, но и химическими свойствами. На рис. 5 показаны три изомера для соединения С3Н8О, два из них – спирты, а третье – простой эфир

Рис. 5. Изомеры положения

Нередко различия в строении изомеров положения столь очевидны, что не требуется даже мысленно совмещать их в пространстве, например, изомеры бутена или дихлорбензола (рис. 6):

Рис. 6. Изомеры бутена и дихлорбензола

Иногда структурные изомеры сочетают признаки изомерии углеводородного скелета и изомерии положения (рис. 7).

Рис. 7. Сочетание двух видов структурной изомерии

В вопросах изомерии теоретические рассмотрения и эксперимент взаимосвязаны. Если рассмотрения показывают, что изомеров быть не может, то эксперименты должны показывать то же. Если вычисления указывают на определенное число изомеров, то их может быть получено столько же, или меньше, но не больше – не все теоретически рассчитанные изомеры могут быть получены, поскольку межатомные расстояния или валентные углы в предполагаемом изомере могут выходить за пределы допустимого. Для вещества, содержащего шесть групп СН (например, бензол), теоретически возможно 6 изомеров (рис. 8).

Рис. 8. Изомеры бензола

Первые пять из показанных изомеров существуют (второй, третий, четвертый и пятый изомеры были получены спустя почти 100 лет, после того, как было установлено строение бензола). Последний изомер, скорее всего, никогда не будут получен. Представленный в виде шестиугольника, он наименее вероятен, его деформации приводят к структурам в форме скошенной призмы, трехлучевой звезды, незавершенной пирамиды и сдвоенной пирамиды (незавершенному октаэдру). Каждый из этих вариантов содержит либо весьма различающиеся по величине связи С-С, либо сильно искаженные валентные углы (рис. 9):

Химические превращения, в результате которых структурные изомеры превращаются, друг в друга, называют изомеризацией.

Стереоизомерия

возникает благодаря различному расположению атомов в пространстве при одинаковом порядке связей между ними.

Один из видов стереоизомерии цис-транс-изомерия (цис – лат. по одну строну, транс – лат. через, по разные стороны) наблюдается в соединениях, содержащих кратные связи или плоские циклы. В отличие от простой связи, кратная связь не позволяет вращать вокруг нее отдельные фрагменты молекулы. Для того чтобы определить тип изомера, через двойную связь мысленно проводят плоскость и далее анализируют то, как размещаются заместители относительно этой плоскости. Если одинаковые группы находятся по одну сторону плоскости, то это цис-изомер, если по разные стороны – транс-изомер:

Рис. 10.

Физические и химические свойства цис- и транс-изомеров иногда заметно отличаются, в малеиновой кислоте карбоксильные группы –СООН пространственно близки, они могут реагировать (рис. 11), образуя ангидрид малеиновой кислоты (для фумаровой кислоты такая реакция не идет):

Рис. 11. Образование ангидрида малеиновой кислоты

В случае плоских циклических молекул проводить мысленно плоскость не требуется, так как она уже задана формой молекулы, как, например, в циклических силоксанах (рис. 12):

Рис. 12. Изомеры циклосилоксана

В комплексных соединениях металлов цис-изомером называют соединение, у которого две одинаковые группы, из тех, что окружают металл, находятся рядом, в транс-изомере, они разделены другими группами (рис. 13):

Рис. 13. Изомеры комплекса кобальта

Второй вид стереоизомерии – оптическая изомерия возникает в тех случаях, когда два изомера, (в соответствии с определением, сформулированным ранее, две молекулы, не совмещаемые в пространстве) представляют собой зеркальное отражение друг друга. Таким свойством обладают молекулы, которые могут быть представлены в виде одиночного атома углерода, имеющего четыре различных заместителя. Валентности центрального атома углерода, связанного с четырьмя заместителями, направлены к вершинам мысленного тетраэдра – правильного четырехгранника (см. ОРБИТАЛЬ) и жестко закреплены. Четыре неодинаковых заместителя изображены на рис. 14 в виде четырех шариков с различающейся окраской:

Рис. 14. Атом углерода с четырьмя различными заместителями

Чтобы обнаружить возможное образование оптического изомера нужно (рис. 15) отразить молекулу в зеркале, затем зеркальное изображение следует взять как реальную молекулу, поместить под исходной таким образом, чтобы их вертикальные оси совпали, и повернуть вторую молекулу вокруг вертикальной оси так, чтобы красный шар верхней и нижней молекулы находились друг под другом. В результате совпадает положение только двух шаров, бежевого и красного (отмечено сдвоенными стрелками). Если повернуть нижнюю молекулу таким образом, чтобы совместились синие шары, то вновь совпадет положение только двух шаров – бежевого и синего (также отмечено сдвоенными стрелками). Все становится очевидным, если эти две молекулы мысленно совместить в пространстве, вкладывая одну в другую, как нож в ножны, красный и зеленый шар не совпадают:

При любой взаимной ориентации в пространстве двух таких молекул нельзя добиться полного совпадения при совмещении, согласно определению, это изомеры. Важно отметить, что если у центрального атома углерода не четыре, а только три различающихся заместителя (то есть, два из них одинаковы), то при отражении в зеркале такой молекулы оптический изомер не образуется, поскольку молекулу и ее отражение можно совместить в пространстве (рис. 16):

Помимо углерода, в роли асимметрических центров могут выступать другие атомы, у которых ковалентные связи направлены к углам тетраэдра, например, кремний, олово, фосфор.

Оптическая изомерия возникает не только в случае асимметрического атома, она также реализуется в некоторых каркасных молекулах при наличии определенного количества различных заместителей. Например, каркасный углеводород адамантан, имеющий четыре различных заместителя (рис. 17), может иметь оптический изомер, при этом вся молекула играет роль асимметрического центра, что становится очевидным, если каркас адамантана мысленно стянуть в точку. Аналогично, силоксан, имеющий кубическую структуру (рис. 17), также становится оптически активным в случае четырех различных заместителей:

Рис. 17. Оптически активные каркасные молекулы

Возможны варианты, когда молекула не содержит асимметрического центра даже в скрытом виде, но может быть сама в целом несимметрична, при этом тоже возможны оптические изомеры. Например, в комплексном соединении бериллия два циклических фрагмента расположены во взаимоперпендикулярных плоскостях, в таком случае достаточно двух различных заместителей для получения оптического изомера (рис. 18). Для молекулы ферроцена, имеющего форму пятигранной призмы, для той же цели нужно три заместителя, атом водорода в этом случае играет роль одного из заместителей (рис. 18):

Рис. 18. Оптическая изомерия несимметричных молекул

В большинстве случаев структурная формула соединения позволяет понять, что именно следует в ней изменить, чтобы сделать вещество оптически активным.

При синтезах оптически активных стереоизомеров обычно получают смесь право- и левовращающих соединений. Разделение изомеров проводят путем взаимодействия смеси изомеров с реагентами (чаще природного происхождения), содержащих асимметрический реакционный центр. Некоторые живые организмы, в том числе бактерии, преимущественно усваивают левовращающие изомеры.

В настоящее время разработаны процессы (называемые асимметрическим синтезом), позволяющие целенаправленно получать определенный оптический изомер.

Существуют реакции, позволяющие превратить оптический изомер в его антипод (см. ВАЛЬДЕНОВСКОЕ ОБРАЩЕНИЕ).

Михаил Левицкий

www.krugosvet.ru

Изомерия

Лекции для студентов педиатрического факультета

Лекция 2

Тема: Пространственное строение органических соединений

Цель: знакомство с видами структурной и пространственной изомерии органических соединений.

План:

  1. Классификация изомерии.

  2. Структурная изомерия.

  3. Пространственная изомерия

  4. Оптическая изомерия

Первые попытки понять строение органических молекул относятся к началу XIX в. Впервые явление изомерии открыл Й. Берцелиус, а А. М. Бутлеров в 1861 г. предложил теорию химического строения органических соединений, которая объяснила явление изомерии.

Изомерия – существование соединений с одинаковым качественным и количественным составом, но разным строением или расположением их в пространстве, а сами вещества называются изомерами.

  1. Классификация изомеров

Изомеры

Структурная

(различный порядок соединения атомов)

Стереоизомерия

(различное расположение атомов в пространстве)

Цепи

Положения кратной связи

Положения функциональной группы

Конфигура

ционные

Конформа-

ционные

  1. Структурная изомерия.

Структурные изомеры – это изомеры, имеющие одинаковый качественный и количественный состав, но отличающиеся химическим строением.

Структурная изомерия обуславливает многообразие органических соединений, в частности алканов. С увеличением числа атомов углерода в молекулах алканов быстро возрастает количество структурных изомеров. Так, для гексана (С6Н14) оно равно 5, для нонана (С9Н20) – 35.

Атомы углерода различаются по месту положения в цепи. Атом углерода, стоящий в начале цепи, связан с одним атомом углерода и называется первичным. Атом углерода, связанный с двумя атомами углерода – вторичным, с тремя – третичным, с четырьмя – четвертичным. В молекулах алканов с неразветвленной цепью содержатся только первичные и вторичные атомы углерода, а в молекулах алканов с разветвлённой цепью и третичные и четвертичные.

Виды структурной изомерии.

  • Изомерия углеродной цепи:

    С4Н10

    СН3 – СН2 – СН2 – СН3

    н-бутан неразветвленная цепь

    2-метилпропан разветвленная цепь

  • Изомерия положения кратной связи

    С4Н8

    СН2 = СН – СН2 – СН3

    СН3 – СН = СН – СН3

    Бутен-1

    Бутен-2

  • Изомерия положения функциональной группы

С3Н7ОН

СН3 – СН2 – СН2 – ОН

Пропанол-1

Пропанол-2

  • Метамеры – соединения, относящиеся к одному классу соединений, но имеющие различные радикалы:

Н3С – О – С3Н7 – метилпропиловый эфир,

Н5С2 – О – С2Н5 – диэтиловый эфир

  • Межклассовая изомерия. При одном и том же качественном и количественном составе молекул, строение веществ различное.

Например: альдегиды изомерны кетонам:

С3Н6О

Пропаналь

Пропанон-2

Алкины – алкадиенам

Н2С = СН – СН = СН2 бутадиен -1,3 НС = С - СН2 – СН3 – бутин-1

Структурная изомерия обусловливает и многообразие углеводородных радикалов. Изомерия радикалов начинается с пропана, для которого возможны два радикала. Если атом водорода отнять от первичного атома углерода, то получится радикал пропил (н-пропил). Если атом водорода отнять от вторичного атома углерода, то получится радикал изопропил

-

изопропил

СН2 – СН2 – СН3 - пропил

  1. Пространственная изомерия (стереоизомерия)

Это существование изомеров, имеющих одинаковый состав и порядок соединения атомов, но отличающихся характером расположения атомов или групп атомов в пространстве относительно друг друга.

Этот вид изомерии описали Л. Пастер (1848), Я. Вант-Гофф, Ле Бель (1874).

В реальных условиях сама молекула и её отдельные части (атомы, группы атомов) находятся в состоянии колебательно – вращательного движения и это движение сильно изменяет взаимное расположение атомов в молекуле. В это время происходит растяжение химических связей и изменение валентных углов и таким образом возникают различные конфигурации и конформации молекул.

Поэтому пространственные изомеры делятся на два вида: конформационные и конфигурационные.

Конфигурации – это порядок расположения атомов в пространстве без учета различий, которые возникают в результате вращения вокруг одинарных связей. Эти изомеры существуют в виде различных конформаций.

Конформации – очень неустойчивые динамические формы одной и той же молекулы, которые возникают в резцльтате вращения атомов или групп атомов вокруг одинарных связей, в результате чего атомы занимают различное пространственное положение. Каждая конформация молекулы характеризуется определённой конфигурацией.

б-связь допускает вращение вокруг неё, поэтому одна молекула может иметь множество конформаций. Из множества конформаций во внимание принимают только шесть, т.к. за минимальный угол поворота считают угол равный 60о, который называется торсионным углом.

Различают: заслоненную и заторможенную конформации.

Заслонённая конформация возникает в том случае, если одинаковые заместители расположены на минимальном расстоянии друг от друга и между ними возникают силы взаимного отталкивания, и молекула должна обладать большим запасом энергии, чтобы сохранить эту конформацию. Эта конформация энергетически невыгодна.

Заторможенная конформация – возникает в том случае, если одинаковые заместители максимально удалены друг от друга и молекула обладает минимальным запасом энергии. Эта конформация энергетически выгодна.

Первое соединение, для которого известно существование конформационных изомеров, является этан. Его строение в пространстве изображается перспективной формулой или формулой Ньюмена:

С2Н6

заслонённая заторможенная

конформация конформация

Проекционные формулы Ньюмена.

Ближайший к нам атом углерода обозначают точкой в центре круга, круг изображает удаленный атом углерода. Три связи каждого атома изображают в виде линий, расходящихся из центра круга – для ближнего атома углерода и маленькие – для удаленного атома углерода.

Вдлинных углеродных цепях вращение возможно вокруг несколькихС – С связей. Поэтому вся цепь может принимать разнообразные геометрические формы. По рентгенографическим данным длинные цепи насыщенных углеводородов имеют зигзагообразную и клешневидную конформации. Например: пальмитиновая (С15Н31СООН) и стеариновая (С17Н35СООН) кислоты в зигзагообразных конформациях входят в состав липидов клеточных мембран, а молекулы моносахаридов в растворе принимают клешневидную конформацию.

.

Конформации циклических соединений

Для циклических соединений характерно угловое напряжение, связанное с наличием замкнутого цикла.

Если считать циклы плоскими, то для многих из них валентные углы будут значительно отклоняться от нормального. Напряжение, вызванное отклонением валентных углов между атомами углерода в цикле от нормального значения, называют угловым или байеровским.

Например, в циклогексане атомы углерода находятся в sp3- гибридном состоянии и соответственно валентный угол должен быть равным 109о28/. Если бы атомы углерода лежали бы в одной плоскости, то в плоском цикле внутренние валентные углы были бы равны 120о, а все атомы водороданаходились бы в заслоненной конформации. Но циклогексан не может быть плоским из-за наличия сильных углового и торсионного напряжений. У него возникают менее напряженные неплоские конформации за счет частичного поворота вокруг ϭ-связей, среди которых более устойчивыми являются конформации кресла и ванны.

Наиболее энергетически выгодной является конформация кресла, т.к в ней отсутствуют заслоненные положения атомов водорода и углерода. Расположение атомов Н у всех атомов С такое же, как в заторможенной конформации этана. В этой конформации все атомы водорода открыты и доступны для реакций.

Конформация ванны менее энергетически выгодная, так как у 2-х пар атомов С (С-2 и С-3), (С-5 и С-6), лежащих в основании, атомы Н находятся в заслонённой конформации, поэтому эта конформация обладает большим запасом энергии и неустойчива.

С6Н12 циклогексан

«Кресло»

«Ванна»

Форма «кресла» более энергетически выгодна, чем «ванна».

  1. Оптическая изомерия.

В конце XIX века было обнаружено, что многие органические соединения способны вращать плоскость поляризованного луча влево и вправо. Т. е. световой луч, падающий на молекулу вступает во взаимодействие с её электронными оболочками, при этом происходит поляризация электронов, что приводит к изменению направления колебаний в электрическом поле. Если вещество вращает плоскость колебаний по часовой стрелке, его называют правовращающим (+), если против часовой стрелки – левовращающим (-). Эти вещества были названы оптическими изомерами. Оптически активные изомеры содержат ассиметричный атом углерода (хиральный) – это атом, содержащий четыре разных заместителя. Вторым важным условием является отсутствие всех видов симметрии (оси, плоскости). К ним относятся многие окси- и аминокислоты

Исследования показали, что такие соединения отличаются порядком расположения заместителей у атомов углерода в sp3- гибридизации.

Простейшим соединением является молочная кислота (2-гидроксипропановая)

Молочная кислота

Эти соединения относятся друг к другу как левая и правая рука

Стереоизомеры, молекулы которых относятся между собой как предмет и несовместимое с ним зеркальное отображение или как левая и правая рука называются энантиомерами (оптические изомеры, зеркальные изомеры, антиподы, а явление называется энантиомерией. Все химические и физические свойства энантиомеров одинаковы, кроме двух: вращение плоскости поляризованного света (в приборе поляриметре) и биологическая активность.

Абсолютную конфигурацию молекул определяют сложными физико-химическими методами.

Относительную конфигурацию оптически активных соединений определяют путем сравнения со стандартом глицеринового альдегида. Оптически активные вещества, имеющие конфигурацию правовращающего или левовращающего глицеринового альдегида (М. Розанов, 1906), называются веществами D- и L-ряда. Равная смесь право- и левовращающих изомеров одного соединения называется рацематом и оптически неактивна.

Исследования показали, что знак вращения света нельзя связывать с принадлежностью вещества к D- и L-рядам, его определяют только экспериментально в приборах – поляриметрах. Например, L-молочная к-та имеет угол вращения +3,8 о, D- молочная к-та - 3,8 о.

Энантиомеры изображают с помощью формул Фишера.

  1. Углеродная цепь изображается вертикальной линией.

  2. Вверху ставится старшая функциональная группа, внизу младшая.

  3. Ассиметричный атом углерода изображается горизонтальной линией, на концах которой стоят заместители.

  4. Количество изомеров определяются по формуле 2n, n – число асимметрических атомов углерода.

L-ряд D-ряд

Среди энантиомеров могут быть симметричные молекулы, не обладающие оптической активностью, и называются мезоизомерами.

Например: Винная к-та

D – (+) – ряд L – (–) – ряд

Мезовинная к-та

Рацемат – виноградная к-та

Оптические изомеры, не являющиеся зеркальными изомерами, отличающиеся конфигурацией нескольких, но не всех асимметрических атомов С, обладающие различными физическими и химическими св-вами, наз-ся -ди-а-стереоизомерами.

-Диастереомеры (геометрические изомеры) – это стереомеры, имеющие в молекуле -связь. Они встречаются у алкенов, непредельных высших карбоновых к-т, непредельных дикарбоновых к-т. Например:

Цис-бутен-2 Транс-бутен-2

Биологическая активность органических вещ-в связана с их строением. Например:

Цис-бутендиовая к-та, Транс-бутендиовая к-та,

малеиновая к-та – фумаровая к-та – не ядовита,

очень ядовита содержится в организме

Все природные непредельные высшие карбоновые к-ты являются цис-изомерами.

7

studfiles.net

Виды изомерии органических веществ

Изомерия — это довольно важная характеристика химических веществ, так как от строения и ориентации молекулы зависят ее свойства. Виды изомерии, а также особенность структуры веществ активно изучаются и по сегодняшний день.

Изомерия и изомеризация: что это такое?

Прежде чем рассматривать основные виды изомерии, необходимо выяснить, что означает этот термин. Принято считать, что изомерия представляет собой явление, когда химические соединения (или изомеры) различаются строением и расположением атомов, но вместе с тем характеризируются одинаковым составом и молекулярной массой.

На самом деле термин «изомеризация» появился в науке не так уж давно. Несколько столетий назад было замечено, что некоторые вещества с одинаковыми показателями молекулярной массы и одним и тем же набором атомов различаются своими свойствами.

В качестве примера можно привести виноградную и винную кислоты. Кроме того, в начале девятнадцатого века между учеными Ю. Либихом и Ф. Велером завязалась дискуссия. В ходе многочисленных экспериментов было определено, что существует две разновидности вещества с формулой AgCNO — гремучее и циановокислое серебро, которые, несмотря на один и тот же состав, обладают разными свойствами. Уже в 1830 году в науку было введено понятие изомеризации.

В дальнейшем благодаря работам А. Бутлерова и Я. Вант-Гоффа были объяснены явления пространственной и структурной изомерии.

Изомеризация — это специфическая реакция, во время которой наблюдается превращение структурных изомеров друг в друга. В качестве примера можно взять вещества из ряда алканов. Структурные виды изомерии алканов позволяют превращать некоторые вещества в изоалканы. Таким образом, в промышленности повышается октановое число топлива. Стоит упомянуть, что такие свойства имеют огромное значение для развития промышленности.

Виды изомерии принято делить на две большие группы.

Структурная изомерия и ее разновидности

Структурная изомерия — это явление, при котором изомеры различаются между собой химическим строением. Здесь выделяют несколько отдельных видов

1. Изомерия углеродного скелета. Такая форма характерна для углеродов и связана с различным порядком связей между атомами углерода.

2. Изомерия по положению функциональной группы. Это явление связано с различным положением функциональной группы или групп в молекуле. В качестве примера можно привести 4-хлорбутановую и 2-хлорбутановую кислоту.

3. Изомерия кратных связей. Кстати, сюда можно отнести самые распространенные виды изомерии алкенов. Изомеры различаются между собой положением ненасыщенной связи.

4. Изомерия функциональной группы. В этом случае общий состав вещества сохраняется, но свойства и характер самой функциональной группы изменяются. В качестве примера можно привести диметиловый эфир и этанол.

    Пространственные виды изомерии

    Стереоизомерия (пространственная) связана с различной ориентацией молекул одного и того же строения.

    1. Оптическая изомерия (энантиомерия). Такая форма связана с вращением функциональных групп вокруг асимметрической связи. В большинстве случаев вещества имеет асимметрический атом углерода, который связан с четырьмя заместителями. Таким образом, происходит вращение плоскости поляризации света. В результате образуются так называемые зеркальные антиподы и изомеры. Интересно, что последние характеризируются практически одинаковыми свойствами.

    2. Диастереомерия. Этим термином обозначают такую пространственную изомерию, в результате которой не образуются вещества-антиподы.

      Стоит отметить, что наличие возможных изомеров в первую очередь связано с количеством углеродных связей. Чем длиннее углеродный скелет, тем большее число изомеров может образоваться.

      fb.ru

      Структурные изомеры - это что

      В данной статье мы поговорим про структурные изомеры, особенности их строения и виды изомерии. Подробно разберем само явление изомерии, а также будут предоставлены примеры использования их в жизни.

      Явление изомерии

      Изомерия – особое явление, предопределяющее существование хим. соединений, тех самых – изомеров, веществ с идентичными составами атомов и молекулярными массами, имеющих различие лишь в атомном расположении в пространстве или по их строению, что ведет к изменению и приобретению ими различных, новых свойств. Структурные изомеры — это вещества, образовавшиеся вследствие подобного изменения положения своих атомов в пространстве, которые более детально будут рассмотрены ниже.

      Говоря об изомерии, стоит помнить о существовании такого процесса, как изомеризация, который представляет собой процесс перехода одного изомера в другой в результате хим. превращений.

      Виды изомерии

      Изомерия валентности – это вид структуры изомеров, в котором перевод самих изомеров (одного в другой) возможен в результате перераспределения валентных связей.

      Изомерия положения представляет собой тип веществ с идентичным углеродным скелетом, но отличающимся положением функциональных групп. Ярким примером служит 2- и 4-кислоты хлорбутана.

      Межклассовая изомерия таит свое отличие между изомерами в характере функциональных групп.

      Метамерия – это распределение положения атомов углерода между определенным количеством радикалов углерода, гетероатом молекулы служит разделителем. Такой вид изомерии характерен для аминов, тиоспиртов, эфиров как простых, так и сложных.

      Изомерия углеродного скелета – это отличие положения атомов углерода, а точнее их порядка. Например: фенантрен и антрацен имеют общую формулу С14Н10, но разный тип перераспределения связей валентности.

      Структурные изомеры

      Структурные изомеры – это вещества имеющие сходную формулу структуры вещества, но отличаются по формуле молекулы. Структурные изомеры — это тип веществ, которые идентичны друг другу по количественному и качественному составам, но порядок атомного связывания (химического строения) имеет различия.

      Структурные изомеры классифицируются по типу изометрической структуры, виды которой приведены выше, в пункте о видах изомерии.

      Структурная формула изомера вещества имеет широкий спектр видоизменений. Некоторыми примерами изомерии могут служить такие вещества, как бутановая кислота, 2-метилпропановая кислота, метил пропионата, диоксан, этил ацетат, изопропиловый формиат имеют одинаковый состав всех трех типов атомов в составе вещества, но различаются по положению атомов в самом соединении.

      Еще один яркий пример изомерии - это существование пентана, неопентана и изопентана.

      Наименования изомеров

      Как упоминалось ранее, структурные изомеры – это вещества, имеющие сходную формулу структуры вещества, но отличаются по формуле молекулы. Такие соединения имеют классификацию, которая соответствует особенностям их свойств, строения и положения атомов в молекуле изомера, отличия в количестве функциональных групп, валентных связях, наличии атомов определенного элемента в веществе и т.д. Названия структурных изомеров получают различными способами. Рассмотрим это на примере 3-метилбутанола 1, как представителя спиртов.

      В случае со спиртами при получении названия спиртов все начинается с выбора цепи углерода, которая является главенствующей, проводят нумерацию, цель которой – это присвоение группе ОН наименьшего, возможного номера, с учетом порядка. Само название начинают составлять с заместителя в цепи углеродов, затем следует название главной цепи, а после добавляется суффикс –ол, а цифрой указывается углеродный атом, связанный с группой ОН.

      fb.ru

      Изомеры, число возможных - Справочник химика 21

          Определение алкенов и циклоалкенов представляет трудности вследствие наличия большого числа возможных изомеров, которые могут суще- [c.345]

          Моносахариды характеризуются большим числом стереоизомеров. Это объясняется тем, что в состав их молекул входит несколько асимметрических атомов углерода. Иапример, альдоза в открытой альдегидной форме имеет четыре асимметрических атома углерода. Исходя из правила /У = 2", число возможных оптических изомеров для нее равно 16 (2 = 16). Эти 16 стереоизомеров образуют 8 пар антиподов 8 стереоизомеров О-ряда и 8 -ряда. Например, природной 0-глюкозе соответствует синтетически полученный антипод— -глюкоза, отличающийся только взаимным расположением атомов водорода и гидроксильных групп, т. е. эти две глюкозы являются хиральными  [c.236]

          В любом из трех приведенных выше примеров можно написать только одну приемлемую структурную формулу, если установлена молекулярная формула. Однако когда число атомов в молекуле возрастает, то для одной и той же молекулярной формулы можно написать уже не одну структурную формулу. Соединения с одинаковой молекулярной формулой, но с разными структурами, называются структурными изомерами, а само явление известно под названием структурная изомерия. Число возможных структурных изомеров очень быстро возрастает, по мере того как увеличивается число атомов в молекулярных формулах. Таким образом, две структурные формулы [c.23]

          Пентан С5Н12 имеет уже три изомера нормальный пентан и два изопентана. Чем длиннее углеродная цепь, тел1 больше число возможных изомеров. [c.10]

          Огромное число возможных изомеров и близких гомологов высокомолекулярных углеводородов, сглаживание различия в их составе и свойствах и незначительные концентрации отдельных химических индивидуумов в смесях высокомолекулярных углеводородов нефти делают нецелесообразным, а часто и практически неосуществимым применение как основного направления изучения химической природы и свойства высокомолекулярных соединений нефти чисто аналитического метода исследования, т. е. метода выделения индивидуальных соединений из сложных смесей с последующей их характеристикой. [c.29]

          Все алканы, у которых четыре или больше углеродных атома, могут иметь две или больше возможных структур. Ваш опыт построения моделей гексана должен вам подсказать, что число возможных структур быстро увеличивается с рост(ш числа атомов. Поскольку каждый изомер - это отдельное соединение, то их свойства различаются. Рассмотрим температуры кипения некоторых изомсрюв алканов. [c.191]

          Каждый из этих гомологических рядов, как и ряд метана, может быть мысленно продолжен до бесконечности, причем для высших гомологов возможна изомерия число возможных изомеров с увеличением молекулярного веса все увеличивается и в пределе может также дойти до бесконечности. [c.62]

          Число углеводородов, присутствующих в газойлях и смазочных маслах, без сомнения значительно больше, чем в бензинах, вследствие большего числа возможных изомеров, быстро растущего с увеличением молекулярного веса углеводородов. Россини и сотрудники [27, 281 выделили очень узкие, по существу обладающие постоянной температурой кипения фрак- [c.20]

          При рассмотрении проблем, связанных с получением чистых высокомолекулярных углеводородов, возникают специфические трудности. Наиболее важной проблемой является большое число возможных примесей изомеров или гомологов с малым различием физических свойств, в частности температур кипения, что уменьшает эффективность процесса фракционного разделения при очистке. Кроме того, применению колонок высокой эффективности для фракционной перегонки обычно препятствует очень низкая упругость паров высокомолекулярных веществ. [c.496]

          За последние годы широкое применение для анализа газообразных и жидких смесей получил хроматографический газовый анализ. Для разделения сложных углеводородных и других органических смесей особенно широко применяют газо-жидкостную хроматографию. В результате особенностей адсорбционного действия цеолитов их можно эффективно использовать для диализа сложных углеводородных смесей в сочетании с разделением на обычных адсорбентах. Как известно, но мере увеличения углеродных атомов в молекуле растет число возможных изомеров углеводорода, например углеводороды Сд—Сц, входящие в состав керосинов, имеют десятки изомеров. Определить все эти компоненты обычным хроматографическим анализом не представляется возможным, тем не менее с помощью цеолитов подобные задачи можно решать. [c.115]

          В общем случае, если в изомеризации участвуют т изомеров и возможны любые взаимные переходы, каждый изомер может участвовать в прямой и обратной реакции с оставшимися (т—1) изомерами. Но число т-2(т—1) удваивает реальное число простых реакций в такой системе, так как I реакций с / изомерами учитываются дважды сначала для г-, потом для /-компонента. Поэтому общее число возможных простых реакций для т изомеров равно т(т—1). Так, если изомеризация бутенов протекает с участием всех четырех изомеров (три н-бутена и изобутен), возможны 12 простых реакций. [c.24]

          Общей закономерностью фрагментации органических соединений оказывается снижение интенсивностей пиков при переходе к более тяжелым гомологам. Это связано с увеличением числа возможных направлений распада и легкостью отщепления тяжелых углеводородных радикалов. Соединения, содержащие разветвленные углеводородные радикалы, обычно дают менее интенсивные пики М -, чем изомеры нормального строения. [c.177]

          По мере увеличения молекулярного веса фракций нефти очень быстро растет число возможных изомеров углеводородов и, следовательно, уменьшается содержание каждого из них в нефти. Из бензиновой фракции удалось выделить свыше 500 индивидуальных углеводородов, причем содержание некоторых из них в нефти составляло 2% и более. Для углеводородов же С25 и выше число возможных изомеров уже будет значительно больше, содержание же каждого из них в нефти нередко составляет лишь тысячные и десятичные доли процента. Так, Россини [17] удалось выделить из масляной фракции одной из нефтей США узкие, практически постоянно кипящие фракции, но каждая из них составляла всего около 1/40 ООО части, или 0,000025%, от сырой нефти и представляла сложные углеводородные смеси, а не индивидуальные соединения. [c.260]

          Изомеризация олефиновых углеводородов была отмечена еще Ф. М. Флавицким [9]. Он показал, что продажный амилен, получаемый из амилового спирта брожения действием цинка, состоит главным образом из триметилэтилена. Ф. М. Флавицкий объяснял это изомеризацией н-пентана, считая, что вообще олефиновые углеводороды стремятся к образованию изомеров с возможно большим числом СНд-групп. [c.560]

          По мере увеличения молекулярного веса парафинового углеводо- )Ода число возможных изомеров быстро увеличивается (табл. 87). [c.104]

          Эмпириче- ская формула углеводорода Число возможных изомеров Эмпириче- ская формула углеводорода Число возможных изомеров [c.104]

          На рис. 6.3 приведены результаты определения числа возможных изомеров (в расчете на 100 звеньев) производных целлюлозы в зависимости от степени замещения т. При неполном замещении становится возможным появление очень большого числа изомеров  [c.305]

          Число возможных изомеров в трех рассматриваемых рядах углеводородов (не считая геометрических изомеров) указано в табл. 9. [c.33]

          Количество изомеров соединения определяется числом возможных комбинаций сочетаний атомов углерода (изомерия скелета) и положением заместителей. Так, для бромистого бутила возможны две комбинации сочетания углеродных атомов линейная и разветвленная. Для каждой из них возможны два положения брома. [c.23]

          Число возможных структурных изомеров увеличивается при переходе от полимеризации виниловых мономеров к полимеризации сопряженных диеновых соединений и особенно несимметричных диенов. Это объясняется реализацией дополнительных возможностей за счет присоединения звеньев в цепи по типу 1,4 с образованием цис- и транс-изомеров. Так, при полимеризации изопрена теоретически возможно получение 12 изомеров полимеризация с раскрытием 1,2-связи не эквивалентна полимеризации с раскрытием 3,4-связи, при полимеризации по типу 1,4 возможно соединение звеньев в цепи в положении голова к голове и голова к хвосту для цис- и транс-изомеров. Практически же образуются два изомера полиизопрена, построенные из 1,4-звеньев, присоединенных по типу голова к хвосту и различающихся цис-и транс-расположением основной цепи относительно двойных связей. Натуральный каучук — это 1,4-цмс-полиизопрен(1) и гуттаперча — 1,4-транс-полиизопрен (II)  [c.24]

          Число возможных изомеров для вещества заданного состава устанавливается на основании созданной А. М. Бутлеровым (1861 г.) теории химического строения, согласно которой химическая натура сложной частицы определяется натурой элементарных составных частей, количеством их и химическим строением . Отсюда следует, что каждому химическому соединению должна отвечать определенная структурная формула.  [c.542]

          Пять теоретически возможных структурных изомеров метилби-цикло(4,3,0)нонана имеют в обш,ей сложности 17 пространственных изомеров. Число пространственных изомеров для отдельных структур неодинаково. Так, несимметричные 2-метил-, 3-метил- и [c.53]

          Так как частицы белковых веществ обладают громадным молекулярным весом, число возможных изомеров для них должно быть очень велико. Было вычислено, что у молекулы, построенной из 20 различных аминокислот, число изомеров определяется значащей цифрой с 27 нулями, т. е. представляет собой величину астрономического порядка. В свете подобных цифр интересна гипотеза, связывающая индивидуальность каждого живого организма с различием структуры характерных для него белков. [c.568]

          Все монозамещениые циклогексаны находятся преимущественно в экваториальной форме, У двузамещенньгх 1,2 —производных циклогексана, транс-изомер может находиться в двух формах е,е и а,а. Форма е,е более устойчива, У полизамещенных циклопарафиновых углеводородов конформационная изомерия еще более сложная, В связи с таким разнообразием форм изомерии число возможных изомеров циклопарафиновых углеводородов резко возрастает с увеличением молекулярной массы, [c.61]

          Поправки на изомерию. Если молекула имеет оптические изомеры, т. е. содержит один или более полностью асимметричных атомов углерода (например, в 3-метилгексане), то число возможных пространственных ориентаций увеличивается и кроме поправок на симметрию к рассчитанному значению энтропии дО бавлйется поправка 1п г], где Г — число оптических изомеров. Число возможных оптических изомеров равно 2 , где т — число асимметричных атомов углерода. Однако в некоторых молекулах, имеющих более одного асимметричного атома углерода, есть плоскости симметрии, которые уменьшают оптическую активность некоторых соединений, например мезоформы винной кислоты. [c.253]

          Число возможных двузамещенных изомеров 1 2 4 6 9 12 16 20 25 30 I 36 42 49 56 61 72 81 90 100 ПО Число возможных три замещенных изомеров [c.233]

          В случае четырех асимметрических С-атомов число возможных изомерных форм составляет 16, а в общем случае при п таких атомах оно равно 2". Эти 2" стереоиэомеров принадлежат к 2 группам антиподов. Члены различных групп антиподов обладают и различными химическими и физическими свойствами, так как в таких изомерах неодинаковы расстояния между соответствующими атомными группами (а следовательно и отнощения сродства). [c.140]

          Расчет термодинамического равновесия реакции изомеризации низших парафиновых углеводородов С4-С8 не представляет значительных трудностей и был выполнен уже более 30 лет назад [14, с. 274-347]. Для парафиновых углеводородов Сд и выше такой расчет становится весьма трудоемким, что объясняется экспоненциальным ростом числа возможных изомеров с увеличением числа атомов углерода в молекуле. Например, у декана их 75, а у эйкозана уже 366319. Необходимо учтывать и то обстоятельство, что в реальных реакциях изомеризации парафиновых углеводородов практически не образуются все известные изомеры. Особенно затруднено образование сильно разветвленных изомеров. Более того, в работах Ал. А. Петрова [129] показано, что на реальных катализаторах возможен переход более разветвленных парафиновых углеводородов в менее разветвленные, например триметилпроизводных в диметилпроизводные. Цеолитсодержащие катализаторы накладывают наиболее существенные ограничения на структуру образующихся изомеров в связи со своеобразием их геометрии. В то же время известно, что сильно разветвленные изомеры высших парафиновых углеводородов в присутствии кислотных катализаторов подвергаются быстрому гидрокрекингу, в связи с чем в изомеризате не накапливаются. Таким образом, наряду с необходимостью внесения упрощений в методику расчета термодинамического равновесия изомеров высоко-кшящих парафиновых углеводородов существует потребность расчета группового состава изомеров. [c.111]

          Кажущаяся простота углеводородного строения нефти является обманчивой. Число возможных изомеров парафинового углеводорода tgHgj может быть представлено как 62 X 10 [2, 3]. [c.12]

          В алканах, перечисленных в табл. 24.1, все атомы углерода соединены в последовательную цепочку, и поэтому такие алканы называются неразветвленными. Однако для алканов, содержащих четыре или больще атомов углерода, возможны другие структуры, состоящие из разветвленных цепочек атомов углерода. На рис. 24.2 показаны обычные и сокращенные структурные формулы, возможные для алканов, содержащих четыре или пять атомов углерода. Отметим, что две возможные формы бутана имеют одинаковую молекулярную формулу С Н . Точно так же три возможные формы пен-тана имеют одинаковую молекулярную формулу jHij. Соединения с одинаковой молекулярной формулой, но с различными структурами называются изомерами. Изомеры одного и того же алкана несколько отличаются друг от друга по физическим свойствам. В качестве примера на рис. 24.2 указаны температуры плавления и кипения изомеров бутана и пентана. Число возможных изомеров алкана быстро возрастает с числом входящих в него атомов углерода. Например, октан gHis имеет 18 изомеров, а декан С Нзг 75 изомеров. [c.411]

          Из полученных значений энтропии образования должна быть вычтена величина R In сг, отражающая влияние степени симметрии молекулы. При этом число симметрии а определяют, рассматривая молекулу данного соединения как жесткий ротатор без внутреннего вращения, так как в инкременты группы СНз, предложенные в этой работе, уже включен эффект внутренней симметрии этой группы (при а = 3). Поэтому число симметрии, например, 2-метил-бутана следует принять равным единице, а этана — двум. При расчете свойств углеводородов, обладающих оптической изомерией к значениям энтропии образования следует прибавить R In 2, отра жая этим соответствующее увеличение числа возможных ориента ций. Инкременты энтропии образования включают влияние стес ненного внутреннего вращения в молекулах. Точность результатов получаемых по этому методу расчета, обычно сравнительно высо кая, и ошибка не превышает 0,5 ккал/К для AЯf и 1,0 кал/(К-моль) для AS°f. Метод Соудерса, Мэтьюза и Харда был широко использован для углеводородов при составлении справочника [c.264]

          С увеличением числа атомов углерода возрастает и число возможных структур углеводородов. Так, гсксг.н qH — имеет пять изомеров, гептаи С7И16—девять, дека , С (,Н22—75 изомеров. Соответственно увеличивается число изомеров галопроизводных. [c.138]

          Грандиозность задач, стоящих перед синтезом изомерных углеводородов, ясна из подсчета количества возможных их форм. Имеются математические формулы [12], на основани15 которых было вычислено число возможных изомеров д.ля угло-иодородов парафинового и олефинового рядов. Результаты вычислений представлены в табл. 6. [c.31]

          У гексана уже имеется 4 изомера, у гептана — 8, у октана — 17 и т. д. По мере того, как увеличивается число атомов углерода в молекулах, быстро растет и число возможных изомеров. Углеводород С12Н26 имеет уже более 300 изомеров. [c.237]

          Углеводороды СюНк. Из большого числа возможных изомеров (22) здесь следует упомянуть лишь следующие  [c.489]

          Напишите проекционные формулы пространственных изомеров а,Р-диоксивалериановой кислоты. Какие из них являются оптическими антиподами и какие диастереомерами по отношению друг к другу Как в общем случае можно установить число возможных пространственных изомеров, если известтю количество асимметрических атомов углерода в соединении (Об отклонениях от применяемого для этой цели правила см. 10.15 и след.) [c.62]

          Чтобы разобраться с числом возможных пространственных изомеров, необходимо было выяснить, не влияет ли на изомерию поворот различных групп внутри молекулы вокруг осей связей. Изучавший-этот воп юс Вислиценус выдвинул принцип свободного вращения групп внутри молек-улы и тем самым отверг возможность существования изомерии, связанной с затруднениями такого вращения. На первом этапе развития стереохимии этот принцип сыграл положительную роль, в последующем его пришлось ограни-чрть, введя понятие о предпочтительных конформациях. [c.104]

          Исчерпывающее доказательство структуры или указание ограниченного числа возможных изомеров по масстспектру с привлечением дополнительной неспектральной информации или без нее. [c.187]

          Число возможных изомеров, имеющих такую брутто-формулу, достаточно велико, причем процессы фрагментации соединений, имеющих цикл или кратную связь, сопровождаются многочисленными и структурно-неспецифичными миграциями атомов водорода. По этой причине детальный анализ гомологических серий осколочных ионов и характеристических разностей не может дать полной информации о структуре этого вещества. Отдельные пики спектра позволяют только подтвердить наличие серы в молекуле. Так, пик с m/z 115 соответствует иону [М—HS1 ", а пик с m/z 47 обусловлен ионом [СНгЗНГ, типичным для спектров многих серосодержащих веществ. [c.188]

      chem21.info

      Классификация изомерии

      кратных связей

      Структурная изомерия

      Она делится:

      1. Изомерия цепи

        С4Н10

        СН3 – СН2 – СН2 – СН3

        Бутан

        2-Метилпропан

      2. Изомерия положения кратной связи и функциональных групп

        С4Н8

        СН2 = СН – СН2 – СН3

        СН3 – СН = СН – СН3

        Бутен-1

        Бутен-2

        С3Н7ОН

        СН3 – СН2 – СН2 – ОН

        Пропанол-1

        Пропанол-2

      3. Изомерия функциональных групп (межклассовая изомерия)

      С3Н6О

      Пропаналь

      Пропанон-2

      Пространственная изомерия (стереоизомерия)

      Это существование изомеров, имеющих одинаковый состав и порядок соединения атомов, но отличающихся характером расположения атомов или групп атомов в пространстве.

      Этот вид изомерии описали Л. Пастер (1848), Я. Вант-Гофф, Ле Бель (1874).

      Пространственные изомеры делятся на два вида: конформационные и конфигурационные.

      Конформационными наз-ся изомеры, формы молекул которых переходят друг в друга за счет свободного вращения атомов и групп атомов вокруг одной или нескольких 6-связей.

      Первое соединение, для которого известно существование конформационных изомеров, является этан. Его строение в пространстве изображается перспективной формулой или формулой Ньюмена:

      С2Н6

      Заслонённая конформация Заторможенная конформация

      более энергетически выгодная

      Формулы Ньюмена

      С6Н12

      Циклогексан

      «Кресло»

      «Ванна»

      Форма «кресла» более энергетически выгодна, чем «ванна».

      Конфигурационные изомеры.

      Это стереоизомеры, молекулы которых имеют различное расположение атомов в пространстве без учета конформаций.

      По типу симметрии все стереоизомеры делятся на энантиомеры и диастереомеры.

      Энантиомеры (оптические изомеры, зеркальные изомеры, антиподы) – это стереоизомеры, молекулы которых относятся между собой как предмет и несовместимое с ним зеркальное отображение. Это явление наз-ся энантиомерией. Все химические и физические св-ва энантиомеров одинаковы, кроме двух: вращение плоскости поляризованного света (в приборе поляриметре) и биологическая активность. Условия энантиомерии: 1) атом С находится в состоянии sp3-гибридизации; 2) отсутствие всякой симметрии; 3) наличие асимметрического (хирального) атома С, т.е. атома, имеющего четыре разных заместителя.

      Многие окси- и аминокислоты обладают способностью вращать плоскость поляризации луча света влево или вправо. Это явление наз-ся оптической активностью, а сами молекулы оптически активными. Отклонение луча света вправо отмечают знаком «+», влево – «–» и указывают угол вращения в градусах.

      Абсолютную конфигурацию молекул определяют сложными физико-химическими методами.

      Относительную конфигурацию оптически активных соединений определяют путем сравнения со стандартом глицеринового альдегида. Оптически активные вещ-ва, имеющие конфигурацию правовращающего или левовращающего глицеринового альдегида (М. Розанов, 1906), наз-ся вещ-вами D- и

      L-ряда. Равная смесь право- и левовращающих изомеров одного соединения наз-ся рацематом и оптически неактивна.

      Исследования показали, что знак вращения света нельзя связывать с принадлежностью вещ-ва к D- и L-рядам, его определяют только экспериментально в приборах – поляриметрах. Например, L-молочная к-та имеет угол вращения +3,8 о, D- молочная к-та - 3,8 о.

      Энантиомеры изображают с помощью формул Фишера.

      L-ряд D-ряд

      Количество изомеров определяются по формуле 2n, где n – число асимметрических атомов углерода. Пример:

      Молочная кислота

      `L -ряд D –ряд

      Среди энантиомеров могут быть симметричные молекулы, не обладающие оптической активностью, и наз-ся мезоизомерами.

      Например: Винная к-та

      D – (+) – ряд L – (–) – ряд

      Мезовинная к-та

      Рацемат – виноградная к-та

      Оптические изомеры, не являющиеся зеркальными изомерами, отличающиеся конфигурацией нескольких, но не всех асимметрических атомов С, обладающие различными физическими и химическими св-вами, наз-ся -диастереоизомерами.

      -Диастереомеры (геометрические изомеры) – это стереомеры, имеющие в молекуле -связь. Они встречаются у алкенов, непредельных высших карбоновых к-т, непредельных дикарбоновых к-т. Например:

      Цис-бутен-2 Транс-бутен-2

      Биологическая активность органических вещ-в связана с их строением.

      Например:

      Цис-бутендиовая к-та, Транс-бутендиовая к-та,

      малеиновая к-та – фумаровая к-та – не ядовита,

      очень ядовита содержится в организме

      Все природные непредельные высшие карбоновые к-ты являются цис-изомерами.

      Контрольные вопросы к теме «Изомерия»

      1. Что такое изомерия?

      2. Виды изомерии

      3. Что такое структурная изомерия. Её виды.

      4. Пространственные изомеры. Приведите примеры.

      5. Что такое конформационные изомеры?

      6. С помощью каких формул изображаются заслонённая и заторможенная конформации.

      7. Оптические изомеры. Требования, предъявляемые к оптическим изомерам.

      8. Какой атом углерода называется ассиметричным (хиральным)?

      9. Какие изомеры являются энантиомерами, а какие диастереомерами. Приведите примеры.

      10. Какие изомеры назывютсярацематами

      .

      Упражнения и ситуационные задачи:

      1. Вигабатрин (4-амино-гексен-5-овая кислота) назначается в качестве противосудорожного средства при эпилепсии. Напишите все её изомеры общей формулы С5Н12 и назовите их по международной номенклатуре (м.н.)

      2. Напишите изомеры общей формулы С4Н9ОН, назовите их по м.н. и определите класс соединения.

      3. Напишите заслонённую и заторможенную конформации С2Н5ОН. Какая из них наиболее выгодная?

      4. Изобразите проекционные формулы Фишера 2,3-дигидроксипропаналя. Определите наличие ассиметричного атома углерода.

      5. Винная кислота в смеси с NaНСО3 применяется как слабительное средство. Изобразите изомеры винной кислоты (2,3-дигидроксибутандиовая кислота). Укажите энантиомеры и диастереомеры.

      6. Мепробамат (2-метил-2-пропил-пропандиол-1,3) применяется в медицинской практике как успокатвающее средство в начальной стадии гипертонии. Напишите все его изомеры.

      7. При приёме аминалона (4-амино-бутановая кислота) усиливаются энергетические процессы и повышается дыхательная активность тканей головного мозга, облегчается удаление из мозга токсических продуктов обмена и улучшается память. Напишите все изомеры этой кислоты и назовите их по международной номенклатуре.

      8. 6-амино-гексановая кислота оказывает системный гемостатический эффект при кровотечениях, обусловленных повышенной фибринолитиче

      ской активностью плазмы. Напишите все её структурные изомеры и назовите по международной номенклатуре.

      1. Вальпроевая кислота (2-пропил-пентановая кислота) применяется при эпилептических состояниях в качестве противосудорожного средства. Напишите все её изомеры и назовите по международной номенклатуре.

      2. Пеницилламин (2-амино-3-меркапто-3 метил-бутановая кислота) применяется как антидот при отравлениях соединениями тяжелых металлов. Напишите формулу этого соединения.

      Л и т е р а т у р а:

      1. Тюкавкина Н.А., Бауков Ю.И. Биоорганическая химия, - М., Медицина, 1991. С. 52-80.

      studfiles.net



О сайте

Онлайн-журнал "Автобайки" - первое на постсоветском пространстве издание, призванное осветить проблемы радовых автолюбителей с привлечение экспертов в области автомобилестроения, автоюристов, автомехаников. Вопросы и пожелания о работе сайта принимаются по адресу: Онлайн-журнал "Автобайки"