Struktuuriisomeeride omadused.

Selles artiklis räägime struktuuriisomeeridest, nende struktuurilistest iseärasustest ja isomeeria tüüpidest. Analüüsime üksikasjalikult isomeeria nähtust ja tuuakse ka näiteid nende kasutamisest elus.

Isomerismi nähtus

Isomerism on eriline nähtus, mis määrab keemia olemasolu. ühendid, need samad isomeerid, identse aatomkoostise ja molekulmassiga ained, mis erinevad ainult oma ruumilise aatomipaigutuse või struktuuri poolest, mis toob kaasa nende muutumise ja erinevate, uute omaduste omandamise. Struktuursed isomeerid- need on ained, mis moodustuvad nende aatomite asukoha muutuse tagajärjel ruumis, millest räägitakse üksikasjalikumalt allpool.

Isomeeriast rääkides tasub meeles pidada sellise protsessi olemasolu nagu isomerisatsioon, mis on keemilise reaktsiooni tulemusena ühe isomeeri ülemineku protsess teisele. teisendusi.

Isomerismi tüübid

Valentsisomeeria on isomeeri struktuuri tüüp, mille puhul on valentssidemete ümberjaotumise tulemusena võimalik isomeeride endi (üksteisele) ülekandumine.

Positsiooniline isomeeria on ainetüüp, millel on identne süsiniku karkass, kuid funktsionaalrühmade positsioon on erinev. Ilmekas näide on klorobutaani 2- ja 4-happed.

Klassidevaheline isomeeria peidab oma erinevust isomeeride vahel funktsionaalrühmade olemuses.

Metamerism on süsinikuaatomite positsioonide jaotus teatud arvu süsinikuradikaalide vahel, molekuli heteroaatom toimib eraldajana. Seda tüüpi isomeeria on tüüpiline amiinide, tioalkoholide ja eetrite jaoks, nii lihtsate kui ka keerukate ainete puhul.

Süsiniku skeleti isomeeria on süsinikuaatomite asukoha erinevus või õigemini nende järjestus. Näiteks: fenantreenil ja antratseenil on üldine valem C14H10, kuid erinevat tüüpi valentsvõlakirjade ümberjagamine.

Struktuursed isomeerid

Struktuuriisomeerid on ained, millel on sarnane aine struktuuri valem, kuid mis erinevad molekuli valemi poolest. Struktuursed isomeerid on need, mis on kvantitatiivselt ja kvalitatiivselt koostiselt identsed, kuid aatomisideme järjekord ( keemiline struktuur) on erinev.

Struktuuriisomeerid klassifitseeritakse isomeetrilise struktuuri tüübi järgi, mille tüübid on toodud ülalpool isomeeri tüüpe käsitlevas lõigus.

Aine isomeeri struktuurivalemil on palju modifikatsioone. Mõned isomeeria näited on sellised ained nagu butaanhape, 2-metüülpropaanhape, metüülpropionaat, dioksaan, etüülatsetaat, isopropüülformiaat, mille kõigi kolme tüüpi aatomite koostis aine koostises on sama, kuid erinevad aatomite asukoha poolest. ühendis endas.

Teine ehe näide isomeeria on pentaani, neopentaani ja isopentaani olemasolu.

Isomeeride nimetused

Nagu varem mainitud, on struktuursed isomeerid ained, millel on sarnane aine struktuuri valem, kuid mis erinevad molekuli valemi poolest. Sellistel ühenditel on klassifikatsioon, mis vastab nende omaduste tunnustele, aatomite struktuurile ja positsioonile isomeeri molekulis, funktsionaalrühmade arvu erinevustele, valentssidemetele, teatud elemendi aatomite olemasolule aines jne. Struktuuriisomeeride nimetused on antud erinevatel viisidel. Vaatleme seda 3-metüülbutanooli 1 näitel alkoholide esindajana.

Alkoholide puhul algab alkoholide nimetuse saamisel kõik domineeriva süsinikuahela valikust, viiakse läbi numeratsioon, mille eesmärk on omistada OH-rühmale võimalikult väike arv, võttes arvesse tellimust arvesse võtma. Nimi ise algab süsinikuahelas oleva asendajaga, siis järgneb põhiahela nimi ja pärast seda lisatakse järelliide -ol ning number näitab OH rühmaga seotud süsinikuaatomit.

Käesolev väljaanne on suunatud 10.–11. klassi õpilastele ja keemiaeksamile aadressil KASUTAMINE vormi. Koolitusülesanded võimaldavad teil teema läbimise ajal süstemaatiliselt eksamiks valmistuda.
IN töövihik esitleti:
A-, B- ja C-osade ülesanded kõigile KASUTAGE teemasid;
vastused kõikidele küsimustele.
Raamat on kasulik keemiaõpetajatele, kuna võimaldab tõhusalt korraldada õpilaste ettevalmistust ühekordne eksam otse klassiruumis, kõigi teemade õppimise käigus.

Näited.
Küllastunud süsivesinikke iseloomustavad reaktsioonid
1) asendamine
2) ühendused
3) dehüdrogeenimine
4) dehüdratsioon
5) isomerisatsioon
6) polümerisatsioon

Valige struktuuriisomeeridele iseloomulikud tunnused.
A) mitmesugused Keemilised omadused
B) sarnased keemilised omadused
B) erinev struktuur
G) sama struktuur
E) sama kvantitatiivne koostis
G) mitmesugused füüsikalised omadused
3) samad füüsikalised omadused

Valige homoloogidele iseloomulikud tunnused.
A) samad füüsikalised omadused
B) erinevad füüsikalised omadused
B) samad ja erinevad keemilised omadused
D) sama kvantitatiivne koostis
D) erinev kvantitatiivne koostis
E) sama struktuur
G) sarnane struktuur
3) erinev struktuur

SISU
SISSEJUHATUS 3
KOOLITUSÜLESANDED TEEMADE KOHTA. 10. KLASS 5
Teema 1. Orgaaniliste ainete keemilise struktuuri teooria põhisätted ja arengusuunad A.M. Butlerov. Piirata süsivesinikke 5
2. teema Küllastumata süsivesinikud 10
Teema 3. Aromaatsed süsivesinikud 14
4. teema. looduslikud allikad süsivesinikud. Alkoholid. Fenoolid 18
Teema 5. Aldehüüdid ja karboksüülhapped 23
6. teema. Estrid. Rasvad. Süsivesikud 28
Teema 7. Amiinid. Aminohapped 33
Teema 8. Valgud. Aminohapped. Makromolekulaarsed ühendid 37
KOOLITUSÜLESANDED TEEMADE KOHTA. 11. KLASS 41
Teema 1. Perioodiline seadus Ja perioodiline süsteem keemilised elemendid DI. Mendelejev. Aatomite struktuur 41
Teema 2. Aine struktuur (keemiliste sidemete liigid, tüübid kristallvõred, oksüdatsiooniastmed) 46
Teema 3. Mitmekesisus anorgaanilised ained, nende klassid ja omadused. Allotroopia 50
4. teema. Elektrolüütiline dissotsiatsioon soolad, happed, leelised. Ioonivahetusreaktsioonid. Soola hüdrolüüs 55
Teema 5. Keemiliste reaktsioonide liigid. Redoksreaktsioonid. Kiiruse mõiste keemiline reaktsioon. Pöörduvad reaktsioonid 59
Teema 6. Metallid. Metallide saamise meetodid. Elektrolüüs 64
Teema 7. Mittemetallid 69
KOOLITUSÜLESANDE VASTUSED TEEMADE KOHTA. 10. KLASS 73
KOOLITUSÜLESANDE VASTUSED TEEMADE KOHTA. 11. KLASS 83
KIRJANDUS 94.

Tasuta allalaadimine e-raamat mugavas vormingus, vaadake ja lugege:
Lae alla raamat KASUTAMINE 2013, Keemia, Temaatilised koolitusülesanded, Sokolova I.A., 2012 - fileskachat.com, kiire ja tasuta allalaadimine.

Laadige alla pdf
Allpool saate osta seda raamatut parima soodushinnaga koos kohaletoimetamisega kogu Venemaal.

Artikli sisu

isomeeria(gr. isos - sama, meros - osa) on keemias, peamiselt orgaanilises, üks olulisemaid mõisteid. Ained võivad olla sama koostisega ja molekulmass, kuid erinevat struktuuri ja ühendeid, mis sisaldavad oma koostises samu elemente samas koguses, kuid erinevad aatomite või aatomirühmade ruumilise paigutuse poolest, nimetatakse isomeerideks. Isomerism on üks põhjusi, miks orgaanilised ühendid on nii arvukad ja mitmekesised.

Isomerismi avastas esmakordselt 1823. aastal J. Liebig, kes leidis, et fulminantsete ja isotsüaanhapete hõbedasooladel: Ag-O-N=C ja Ag-N=C=O on sama koostis, kuid erinevad omadused. Mõiste "isomerism" võttis 1830. aastal kasutusele I. Berzelius, kes väitis, et sama koostisega ühendite omaduste erinevused tulenevad asjaolust, et aatomid paiknevad molekulis ebavõrdses järjekorras. Ideed isomeeria kohta tekkisid lõpuks pärast A. M. Butlerovi (1860. aastad) keemilise struktuuri teooria loomist. Selle teooria sätete põhjal tegi ta ettepaneku, et butanooli peab olema neli erinevat (joonis 1). Teooria loomise ajaks oli teada vaid üks taimsetest materjalidest saadud butanool (CH 3) 2 CHCH 2 OH.

Riis. 1. Butanooli isomeerid

Kõigi butanooli isomeeride järgnev süntees ja nende omaduste määramine sai teooria veenvaks kinnituseks.

Vastavalt kaasaegne määratlus kahte sama koostisega ühendit loetakse isomeerideks, kui nende molekule ei saa ruumis kombineerida nii, et need täielikult langevad kokku. Kombinatsioon tehakse reeglina vaimselt, sisse rasked juhtumid kasutada ruumimudeleid või arvutusmeetodeid.

Isomeeria põhjuseid on mitu.

STRUKTUURILINE ISOMEERISM

Seda põhjustavad reeglina erinevused süsivesiniku skeleti struktuuris või funktsionaalrühmade või mitme sideme ebavõrdne paigutus.

Süsivesiniku skeleti isomeeria.

Küllastunud süsivesinikel, mis sisaldavad ühte kuni kolme süsinikuaatomit (metaan, etaan, propaan), ei ole isomeere. Nelja süsinikuaatomiga ühendil C 4 H 10 (butaan) on võimalik kaks isomeeri, pentaanil C 5 H 12 - kolm isomeeri, heksaanil C 6 H 14 - viis (joonis 2):

Riis. 2. Lihtsamate süsivesinike isomeerid

Süsiniku aatomite arvu suurenemisega süsivesiniku molekulis suureneb võimalike isomeeride arv dramaatiliselt. Heptaanil C 7 H 16 on üheksa isomeeri, süsivesinikul C 14 H 30 - 1885 isomeeri, süsivesinikul C 20 H 42 - üle 366 000.

Keerulistel juhtudel otsustatakse küsimus, kas kaks ühendit on isomeerid, kasutades erinevaid pöörlemisi valentssidemete ümber (lihtsidemed võimaldavad seda, mis teatud määral vastab nende füüsikalistele omadustele). Pärast molekuli üksikute fragmentide liikumist (ilma sidemeid purustamata) asetatakse üks molekul teise peale (joonis 3). Kui kaks molekuli on täpselt samad, siis pole need isomeerid, vaid sama ühend:

Skeleti struktuurilt erinevatel isomeeridel on tavaliselt erinevad füüsikalised omadused (sulamistemperatuur, keemistemperatuur jne), mis võimaldab üksteisest eraldada. Seda tüüpi isomeeria eksisteerib ka aromaatsed süsivesinikud(Joonis 4):

Riis. 4. Aromaatsed isomeerid

Positsiooniisomeeria.

Teist tüüpi struktuurne isomeeria - positsiooniisomeeria tekib siis, kui funktsionaalsed rühmad, üksikud heteroaatomid või mitu sidet paiknevad süsivesiniku skeleti erinevates kohtades. Struktuursed isomeerid võivad kuuluda erinevad klassid orgaanilised ühendid, mistõttu võivad need erineda mitte ainult füüsikaliste, vaid ka keemiliste omaduste poolest. Joonisel fig. 5 näitab ühendi C3H8O kolme isomeeri, millest kaks on alkoholid ja kolmas on eeter

Riis. 5. Positsioneerige isomeerid

Tihti on positsiooniisomeeride struktuuri erinevused nii ilmsed, et neid pole vaja isegi mõtteliselt ruumis kombineerida, näiteks buteeni või diklorobenseeni isomeerid (joonis 6):

Riis. 6. Buteeni ja diklorobenseeni isomeerid

Mõnikord ühendavad struktuursed isomeerid süsivesiniku skeleti isomeeria ja positsiooniisomeeria tunnuseid (joonis 7).

Riis. 7. Kahe tüüpi struktuurse isomeeri kombinatsioon

Isomeeria küsimustes on teoreetilised kaalutlused ja eksperiment omavahel seotud. Kui kaalutlused näitavad, et isomeere ei saa olla, peaksid katsed näitama sama. Kui arvutused näitavad teatud arvu isomeere, võib neid saada sama palju või vähem, kuid mitte rohkem - kõiki teoreetiliselt arvutatud isomeere pole võimalik saada, kuna aatomitevahelised kaugused või sideme nurgad kavandatud isomeeris võivad olla vahemikust väljas. Kuut CH-rühma sisaldaval ainel (näiteks benseen) on teoreetiliselt võimalik 6 isomeeri (joonis 8).

Riis. 8. Benseeni isomeerid

Esimesed viis näidatud isomeeri on olemas (teine, kolmas, neljas ja viies isomeer saadi peaaegu 100 aastat pärast benseeni struktuuri kindlakstegemist). Viimast isomeeri ei saada suure tõenäosusega kunagi. Kuusnurgana esitletuna on see kõige vähem tõenäoline, selle deformatsioonid viivad kaldus prisma, kolmekiirelise tähe, mittetäieliku püramiidi ja topeltpüramiidi (mittetäieliku oktaeedri) kujul olevate struktuurideni. Kõik need valikud sisaldavad kas väga erineva ulatusega C-C ühendused või tugevalt moonutatud sidemenurgad (joonis 9):

Keemilisi muundumisi, mille tulemusena struktuursed isomeerid muutuvad üksteiseks, nimetatakse isomerisatsiooniks.

stereoisomeeria

tekib aatomite erineva paigutuse tõttu ruumis ja nendevaheliste sidemete järjestuses.

Üks stereoisomeeri tüüpe on cis-trans-isomeeria (cis- lat. üks pool, trans - lat. läbi, poolt erinevad küljed) on täheldatud ühendites, mis sisaldavad mitut sidet või tasapinnalisi rõngaid. Erinevalt üksiksidemest ei lase mitmikside molekuli üksikutel fragmentidel selle ümber pöörleda. Isomeeri tüübi määramiseks tõmmatakse mõtteliselt tasapind läbi kaksiksideme ja seejärel analüüsitakse, kuidas asendajad selle tasandi suhtes asetsevad. Kui identsed rühmad asuvad samal pool tasapinda, siis see cis-isomeer, kui need on vastaskülgedel - transs-isomeer:

Füüsilised ja keemilised omadused cis- Ja transs-isomeerid on kohati märgatavalt erinevad, maleiinhappes on karboksüülrühmad -COOH ruumiliselt lähedased, võivad reageerida (joonis 11), moodustades maleiinanhüdriidi (fumaarhappe puhul seda reaktsiooni ei toimu):

Riis. 11. Maleiinanhüdriidi teke

Tasapinnaliste tsükliliste molekulide puhul ei ole vaja tasandit mõtteliselt joonistada, kuna selle määrab juba molekuli kuju, nagu näiteks tsükliliste siloksaanide puhul (joonis 12):

Riis. 12. Tsüklosiloksaani isomeerid

Metallide kompleksühendites cis Isomeer on ühend, milles kaks identset metalli ümbritsevatest rühmadest on kõrvuti. transs-isomeer, need on eraldatud teiste rühmadega (joonis 13):

Riis. 13. Koobaltikompleksi isomeerid

Teist tüüpi stereoisomeeria – optiline isomeeria tekib siis, kui kaks isomeeri (vastavalt varem sõnastatud definitsioonile kaks molekuli, mis ruumis ei ühildu) peegli peegeldusüksteist. See omadus on molekulidel, mida saab esitada ühe süsinikuaatomina nelja erineva asendajaga. Nelja asendajaga seotud keskse süsinikuaatomi valentsid on suunatud mentaalse tetraeedri tippudele - korrapärasele tetraeedrile ( cm. ORBITAL) ja on jäigalt fikseeritud. Neli erinevat asendajat on näidatud joonisel fig. 14 nelja erineva värviga palli kujul:

Riis. 14. Nelja erineva asendajaga süsinikuaatom

Avastada võimalik haridus optiline isomeer, on vaja (joonis 15) peegeldada molekuli peeglis, siis tuleks peegelpilti võtta kui reaalset molekuli, asetada see algse alla nii, et nende vertikaalteljed ühtiksid, ja pöörata teist molekuli ümber vertikaalne telg nii et ülemise ja alumise molekuli punane pall on üksteise all. Selle tulemusena langeb kokku ainult kahe palli, beeži ja punase palli asukoht (tähistatud topeltnooltega). Kui pöörata alumist molekuli nii, et sinised pallid oleksid joondatud, siis langevad taas kokku ainult kahe palli, beeži ja sinise palli asukohad (tähistatud ka topeltnooltega). Kõik saab ilmselgeks, kui need kaks molekuli on ruumis vaimselt kombineeritud, pannes üks teise sisse, nagu nuga ümbrises, punane ja roheline pall ei ühti:

Kahe sellise molekuli vastastikuse ruumilise orientatsiooni korral on kombineerimisel võimatu saavutada täielikku kokkulangevust, definitsiooni kohaselt on need isomeerid. Oluline on märkida, et kui tsentraalsel süsinikuaatomil pole mitte nelja, vaid ainult kolm erinevat asendajat (st kaks neist on samad), siis sellise molekuli peegeldumisel peeglis optilist isomeeri ei moodustu, kuna molekuli ja selle peegeldust saab ruumis kombineerida (joonis 16):

Lisaks süsinikule võivad asümmeetriliste tsentritena toimida ka teised aatomid, milles kovalentsed sidemed suunatud tetraeedri nurkadesse, näiteks räni, tina, fosforit.

Optiline isomeeria ei teki mitte ainult asümmeetrilise aatomi puhul, vaid see realiseerub ka mõnes karkassi molekulis teatud arvu erinevate asendajate juuresolekul. Näiteks raami süsivesinik adamantaan, millel on neli erinevat asendajat (joonis 17), võib omada optilist isomeeri, samal ajal kui kogu molekul mängib asümmeetrilise tsentri rolli, mis ilmneb siis, kui adamantaani raam on vaimselt kokku tõmmatud. punkt. Samamoodi muutub siloksaan, millel on kuubikujuline struktuur (joonis 17), optiliselt aktiivseks nelja erineva asendaja korral:

Riis. 17. Optiliselt aktiivsed raamistiku molekulid

Võimalikud on variandid, kui molekul ei sisalda asümmeetrilist tsentrit isegi varjatud kujul, vaid võib ise olla üldiselt asümmeetriline, samas on võimalikud ka optilised isomeerid. Näiteks berülliumi kompleksühendis paiknevad kaks tsüklilist fragmenti üksteisega risti asetsevates tasandites, optilise isomeeri saamiseks piisab sel juhul kahest erinevast asendajast (joonis 18). Viiepoolse prisma kujuga ferrotseeni molekuli jaoks on samal eesmärgil vaja kolme asendajat, vesinikuaatom täidab sel juhul ühe asendaja rolli (joonis 18):

Riis. 18. Asümmeetriliste molekulide optiline isomeeria

Enamikel juhtudel struktuurvalemühend võimaldab meil mõista, mida selles täpselt muuta tuleks, et aine optiliselt aktiivseks muuta.

Optiliselt aktiivsete stereoisomeeride sünteesimisel saadakse tavaliselt paremale ja vasakule pööravate ühendite segu. Isomeeride eraldamine toimub isomeeride segu reageerimisel asümmeetrilist reaktsioonitsentrit sisaldavate reagentidega (sageli loodusliku päritoluga). Mõned elusorganismid, sealhulgas bakterid, metaboliseerivad eelistatavalt vasakukäelisi isomeere.

Praegu on välja töötatud protsessid (nimetatakse asümmeetriliseks sünteesiks), mis võimaldavad sihipäraselt saada konkreetset optilist isomeeri.

On reaktsioone, mis võimaldavad muuta optilise isomeeri selle antipoodiks ( cm. WALDENI VESTLUS).

Mihhail Levitski

Loengud pediaatriateaduskonna üliõpilastele

Loeng2

Teema: Orgaaniliste ühendite ruumiline struktuur

Sihtmärk: orgaaniliste ühendite struktuurse ja ruumilise isomeeria tüüpidega tutvumine.

Plaan:

Isomeeria klassifikatsioon.

Struktuurne isomeeria.

Ruumiline isomeeria

Optiline isomeeria

Esimesed katsed mõista orgaaniliste molekulide struktuuri pärinevad 19. sajandi algusest. Esimest korda avastas isomeeria fenomeni J. Berzelius ja A. M. Butlerov pakkus 1861. aastal välja orgaaniliste ühendite keemilise struktuuri teooria, mis selgitas isomeeria nähtust.

Isomerism - sama kvalitatiivse ja kvantitatiivse koostisega, kuid erineva struktuuriga või ruumis paiknevate ühendite olemasolu ning aineid endid nimetatakse isomeerideks.

Isomeeride klassifikatsioon

Struktuurne

(erinev aatomite ühendamise järjekord)

stereoisomeeria

(aatomite erinev paigutus ruumis)

Mitu võlakirja positsiooni

Funktsionaalsed rühmapositsioonid

Seadistamine

Vasta-

Struktuurne isomeeria.

Struktuuriisomeerid on isomeerid, millel on sama kvalitatiivne ja kvantitatiivne koostis, kuid mis erinevad keemilise struktuuri poolest.

Struktuurne isomeeria määrab orgaaniliste ühendite mitmekesisuse, eriti alkaanid. Süsinikuaatomite arvu suurenemisega molekulides alkaanid suurendavad kiiresti struktuursete isomeeride arvu. Seega on see heksaani (C 6 H 14) puhul 5, nonaani (C 9 H 20) puhul - 35.

Süsinikuaatomid erinevad oma asukoha poolest ahelas. Ahela alguses olev süsinikuaatom on seotud ühe süsinikuaatomiga ja seda nimetatakse esmane. Süsinikuaatom, mis on seotud kahe süsinikuaatomiga teisejärguline, kolmega kolmanda taseme, neljaga Kvaternaar. Sirge ahelaga alkaanimolekulid sisaldavad ainult primaarseid ja sekundaarseid süsinikuaatomeid, hargnenud ahelaga alkaanimolekulid aga nii tertsiaarseid kui ka kvaternaarseid süsinikuaatomeid.

Struktuurse isomeeri tüübid.

Metameerid- ühendid, mis kuuluvad samasse ühendite klassi, kuid millel on erinevad radikaalid:

H3C-O-C3H7-metüülpropüüleeter,

H 5 C 2 - O - C 2 H 5 - dietüüleeter

Klassidevaheline isomeeria. Molekulide sama kvalitatiivse ja kvantitatiivse koostise korral on ainete struktuur erinev.

Näiteks: aldehüüdid on ketoonide suhtes isomeersed:

Alküünid - alkadienam

H 2 C \u003d CH - CH \u003d CH 2 butadieen -1,3 HC \u003d C - CH 2 - CH 3 - butiin-1

Struktuurne isomeeria määrab ka süsivesinikradikaalide mitmekesisuse. Radikaalne isomeeria saab alguse propaanist, mille puhul on võimalikud kaks radikaali. Kui primaarsest süsinikuaatomist võetakse ära vesinikuaatom, saadakse propüülradikaal (n-propüül). Kui vesinikuaatom sekundaarselt süsinikuaatomilt ära võtta, saadakse isopropüülradikaal

-

isopropüül

CH2-CH2-CH3-propüül

Ruumiline isomeeria (stereoisomeeria)

See on isomeeride olemasolu, millel on sama koostis ja aatomite ühendamise järjekord, kuid mis erinevad aatomite või aatomirühmade ruumilise paigutuse olemuse poolest üksteise suhtes.

Seda tüüpi isomeeriat kirjeldasid L. Pasteur (1848), J. van't Hoff, Le Bel (1874).

Reaalsetes tingimustes on molekul ise ja selle üksikud osad (aatomid, aatomirühmad) võnke-pöörleva liikumise olekus ja see liikumine muudab suuresti aatomite omavahelist paigutust molekulis. Sel ajal venitades keemilised sidemed ja sidemete nurkade muutumine ning seega tekivad erinevad molekulide konfiguratsioonid ja konformatsioonid.

Seetõttu jagunevad ruumilised isomeerid kahte tüüpi: konformatsioonilised ja konfiguratsioonilised.

Konfiguratsioonid on aatomite paigutus ruumis, võtmata arvesse üksiksidemete ümber pöörlemise tulemusena tekkivaid erinevusi. Need isomeerid esinevad erinevates konformatsioonides.

Konformatsioonid on sama molekuli väga ebastabiilsed dünaamilised vormid, mis tekivad aatomite või aatomirühmade pöörlemisel üksiksidemete ümber, mille tulemusena aatomid asuvad erinevates ruumilistes positsioonides. Molekuli iga konformatsiooni iseloomustab teatud konfiguratsioon.

B-side võimaldab selle ümber pöörlemist, nii et ühel molekulil võib olla palju konformatsioone. Paljudest konformatsioonidest võetakse arvesse ainult kuus, kuna minimaalseks pöördenurgaks loetakse nurka, mis on võrdne 60 °-ga, mida nimetatakse väändenurk.

Eristage varjutatud ja takistatud konformatsioone.

Varjestatud konformatsioon tekib siis, kui identsed asendajad asuvad üksteisest minimaalsel kaugusel ja nende vahel tekivad vastastikused tõukejõud ning selle konformatsiooni säilitamiseks peab molekulil olema suur energiavaru. See konformatsioon on energeetiliselt ebasoodne.

takistatud kehaehitus - tekib siis, kui identsed asendajad on üksteisest võimalikult kaugel ja molekulil on minimaalne energiavaru. See konformatsioon on energeetiliselt soodne.

P Esimene teadaolev ühend, millel on konformatsioonilised isomeerid, on etaan. Selle struktuuri ruumis esindab perspektiivvalem või Newmani valem:

KOOS 2 H 6

varjatud inhibeeritud

konformatsioon konformatsioon

Newmani projektsioonivalemid.

Meile lähimat süsinikuaatomit tähistab täpp ringi keskel, ring kujutab kaugemat süsinikuaatomit. Iga aatomi kolm sidet on kujutatud joontena, mis kiirgavad ringi keskpunktist - lähima süsinikuaatomi jaoks ja väikestena - kaugema süsinikuaatomi jaoks.

Pikkades süsinikuahelates on pöörlemine võimalik mitme C-C sideme ümber. Seetõttu võib kogu kett võtta mitmesuguseid geomeetrilisi kujundeid. Röntgeniandmete kohaselt on küllastunud süsivesinike pikkadel ahelatel siksakiline ja näpitsa konformatsioon. Näiteks: palmitiinhape (C 15 H 31 COOH) ja steariinhape (C 17 H 35 COOH) siksakilises konformatsioonis on osa rakumembraanide lipiididest ja lahuses olevad monosahhariidimolekulid omandavad küünisarnase konformatsiooni.

Tsükliliste ühendite konformatsioonid

Tsüklilisi ühendeid iseloomustab suletud tsükli olemasoluga seotud nurkpinge.

Kui lugeda tsükleid tasaseks, siis paljudel neist kalduvad sidemenurgad tavapärasest oluliselt kõrvale. Pinget, mis tekib süsinikuaatomite vaheliste sidenurkade hälbest tsüklis normaalväärtusest, nimetatakse nurk või Bayer.

Näiteks tsükloheksaanis on süsinikuaatomid sp 3 - hübriidseisundis ja vastavalt peaks sideme nurk olema võrdne 109 umbes 28 /. Kui süsinikuaatomid oleksid samal tasapinnal, siis tasapinnalises tsüklis oleksid sisemised sidenurgad 120 o ja kõik vesinikuaatomid oleksid varjutatud konformatsioonis. Kuid tsükloheksaan ei saa tugevate nurk- ja väändepingete tõttu olla tasapinnaline. Sellel on vähem pingelised mittetasapinnalised konformatsioonid osalise pöörlemise tõttu ϭ-sidemete ümber, mille hulgas on konformatsioonid stabiilsemad tugitoolid Ja vannid.

Tooli konformatsioon on energeetiliselt kõige soodsam, kuna see ei sisalda vesiniku- ja süsinikuaatomite varjutatud positsioone. H-aatomite paigutus kõigi C-aatomite puhul on sama, mis etaani takistatud konformatsioonis. Selles konformatsioonis on kõik vesinikuaatomid avatud ja reaktsioonide jaoks kättesaadavad.

Vanni konformatsioon on energeetiliselt vähem soodne, kuna kahel C-aatomi paaril (C-2 ja C-3), (C-5 ja C-6), mis asuvad aluses, on H-aatomid varjutatud konformatsioonis, mistõttu on sellel konformatsioonil suur energiavarustus ja ebastabiilne.

C6H12tsükloheksaan

"Tugitooli" kuju on energeetiliselt soodsam kui "vannil".

Optiline isomeeria.

19. sajandi lõpus avastati, et paljud orgaanilised ühendid on võimelised pöörama polariseeritud kiire tasandit vasakule ja paremale. See tähendab, et molekulile langev valguskiir interakteerub selle elektronkihtidega ja elektronid polariseeritakse, mis viib elektrivälja võnkesuuna muutumiseni. Kui aine pöörab võnketasandit päripäeva, nimetatakse seda paremale pöörav(+), kui vastupäeva - levorotary(-). Neid aineid nimetati optilisteks isomeerideks. Optiliselt aktiivsed isomeerid sisaldavad asümmeetrilist süsinikuaatomit (kiraalne) – see on nelja erinevat asendajat sisaldav aatom. Teine oluline tingimus on igasuguste sümmeetriatüüpide (teljed, tasapinnad) puudumine. Nende hulka kuuluvad paljud hüdroksü- ja aminohapped

Uuringud on näidanud, et sellised ühendid erinevad sp 3 hübridisatsioonis süsinikuaatomite asendajate järjestuse poolest.

P Lihtsaim ühend on piimhape (2-hüdroksüpropaanhape)

Stereoisomeerid, mille molekulid on omavahel seotud objekti ja kokkusobimatu peegelpildina või vasak-parempoolsena parem käsi helistas enantiomeerid(optilised isomeerid, peegelisomeerid, antipoodid ja nähtust nimetatakse enantiomeerid. Kõik enantiomeeride keemilised ja füüsikalised omadused on samad, välja arvatud kaks: polariseeritud valguse tasandi pöörlemine (polarimeetri seadmes) ja bioloogiline aktiivsus.

Molekulide absoluutne konfiguratsioon määratakse keeruliste füüsikalis-keemiliste meetoditega.

Optiliselt aktiivsete ühendite suhteline konfiguratsioon määratakse glütseraldehüüdi standardiga võrdlemise teel. Optiliselt toimeaineid, millel on paremale või vasakule pöörava glütseraldehüüdi konfiguratsioon (M. Rozanov, 1906), nimetatakse D- ja L-seeria aineteks. Ühe ühendi parem- ja vasakpoolsete isomeeride võrdset segu nimetatakse ratsemaadiks ja see on optiliselt inaktiivne.

Uuringud on näidanud, et valguse pöörlemise märki ei saa seostada aine D- ja L-seeria kuulumisega, see määratakse ainult katseliselt seadmetes - polarimeetrites. Näiteks L-piimhappel on pöördenurk +3,8 o, D-piimhappel - 3,8 o.

Enantiomeerid on kujutatud Fisheri valemite abil.

Süsinikuahel on näidatud vertikaalse joonena.

Vanim asetatakse ülaossa. funktsionaalne rühm, allpool on noorim.

Asümmeetrilist süsinikuaatomit tähistab horisontaaljoon, mille otstes on asendajad.

Isomeeride arv määratakse valemiga 2 n, n on asümmeetriliste süsinikuaatomite arv.

L-rida D-rida

Enantiomeeride hulgas võib esineda sümmeetrilisi molekule, millel puudub optiline aktiivsus ja mida nimetatakse mesoisomeerid.

Näiteks: Veinikaart

D - (+) - rida L - (-) - rida

Mezovinnaya to - et

Ratsemaat – viinamarjahape

Optilisi isomeere, mis ei ole peegelisomeerid, mis erinevad mitme, kuid mitte kõigi asümmeetrilise C-aatomi konfiguratsiooni poolest, millel on erinevad füüsikalised ja keemilised omadused, nimetatakse - di-A-stereoisomeerid.

-Diastereomeerid (geomeetrilised isomeerid) on stereomeerid, mille molekulis on -side. Neid leidub alkeenides, küllastumata kõrgemates süsiniku komplekt, küllastumata dikarboksüülhape kuni t. Näiteks:

Cis-buteen-2 ​​Trans-buteen-2

Orgaaniliste asjade bioloogiline aktiivsus on seotud nende ehitusega. Näiteks:

cis-buteendiohape, trans-buteendiohape,

maleiinhape - fumaarhape - mittetoksiline,

kehas sisalduv väga mürgine

Kõik looduslikud küllastumata kõrgemad karboksüülhapped on cis-isomeerid.