Orgaaniliste ainete isomeeria. Isomerism ja selle liigid – Knowledge Hypermarket

Isomerism –sama molekulvalemiga erinevate ainete olemasolu. See nähtus on tingitud asjaolust, et samad aatomid võivad üksteisega ühendada erineval viisil. Kõik isomeerid jagunevad kahte suurde klassi - struktuursed isomeerid Ja ruumilised isomeerid (stereoisomeerid).

Struktuurne on isomeerid, mis vastavad orgaaniliste ühendite erinevatele struktuurivalemitele (koos erinev aatomite ühendamise järjekord).

Stereoisomeerid on ühendid, millel on sama koostis ja aatomite ühendamise järjekord, kuid mis erinevad aatomite ruumilise paigutuse poolest.

Struktuursed isomeerid. Vastavalt ülaltoodud orgaaniliste ühendite liigitusele tüübi järgi eristatakse struktuursete isomeeride hulgas kolme rühma:

1) erinevaid funktsionaalseid rühmi sisaldavad ühendid, mis kuuluvad erinevatesse orgaaniliste ühendite klassidesse, näiteks:

2) süsiniku skelettide poolest erinevad ühendid:

3) ühendid, mis erinevad asendaja või mitmiksideme asukoha poolest molekulis:

Ruumilised isomeerid (stereoisomeerid). Stereoisomeerid võib jagada kahte tüüpi: geomeetrilised isomeerid ja optilised isomeerid.

Geomeetriline isomeeria iseloomulik kaksiksidet või tsüklit sisaldavatele ühenditele. Sellistes molekulides on sageli võimalik joonestada konventsionaalset tasapinda nii, et erinevatel süsinikuaatomitel olevad asendajad võivad olla samal küljel (cis-) või erinevatel külgedel. (trans-) sellelt lennukilt. Kui nende asendajate orientatsiooni muutmine tasapinna suhtes on võimalik ainult ühe keemilise sideme katkemise tõttu, siis räägivad nad geomeetriliste isomeeride olemasolust.

Geomeetrilised isomeerid võivad oma füüsikaliste ja keemiliste omaduste poolest oluliselt erineda.

Optilised isomeerid on molekulid, mille peegelpildid ei ühildu omavahel. Neid saab jagada kahte tüüpi: enantiomeerid Ja diastereomeerid.

Nimetatakse stereoisomeere, millel on asümmeetriliste (kiraalsete) tsentrite peegelkonfiguratsioon enantiomeerid või optilised antipoodid.

Enantiomeeria on iseloomulik molekulidele, millel see on asümmeetriline (kiraalne) aatom süsinik, st. aatom, mis on seotud nelja erineva aatomi või aatomirühmaga. Enantiomeeride molekulid on üksteisega seotud objekti ja kokkusobimatu peegelpildina. Enantiomeeridel on samad füüsikalised ja keemilised omadused, kuid need erinevad polariseeritud valguse pöörlemismärgi poolest.

Näiteks piimhape eksisteerib enantiomeeridena. CH3-CH(OH)-COOH:

(+) ja (–) enantiomeeride ekvimolaarne segu on optiliselt inaktiivne ja seda nimetatakse ratseemiline segu või ratsemaat.

Diastereomeerid– ruumilised isomeerid, mille molekulid ei ole üksteise peegelpildid. Diastereomeerid erinevad üksteisest füüsikaliste ja keemiliste omaduste poolest.

Igal aastal on CT ja keemia ühtsetel riigieksamitel teatud ülesanded mõistete "isomeeria" ja "isomeerid" kohta. Selles artiklis toon teile näiteid klassidevahelisest isomeeriast ja näitan teile, kuidas neid teadmisi kasutada CT ja ühtse riigieksami ülesannete täitmiseks.

Isomeerid- need on ained, millel on sama kvalitatiivne ja kvantitatiivne koostis, kuid erinev struktuur ja seetõttu erinevad omadused. Teisisõnu on isomeerid ained, millel on sama valem, kuid erinev struktuur. Või Isomeerid - ained, millel on samad molekulid, kuid erinevad struktuurivalemid.

Isomeeride olemasolu nähtust nimetatakse isomeeriks .

Kuid me räägime klassidevahelisest isomeeriast.

Erinevate orgaaniliste ühendite klasside isomeeria (klassidevaheline isomeeria) on põhjustatud aatomite erinevatest positsioonidest ja kombinatsioonidest ainete molekulides, millel on sama molekulvalem, kuid mis kuuluvad erinevatesse klassidesse.

Niisiis, orgaaniliste ainete isomeersete klasside näited:

1. Alkeenid ja tsükloalkaanid, näiteks 1-hekseen ja tsükloheksaan:

2. Alküünid ja alkadieenid (dieenid), näiteks butüün-1 ja butaan-1,3:

3. Eetrid ja ühehüdroksüülsed alkoholid, näiteks dietüüleeter ja 1-butanool:

4. Estrid ja monokarboksüülhapped, nagu metüülatsetaat ja propaanhape:

5. Aldehüüdid ja ketoonid, näiteks propanaal ja propanoon-2:

6. Aminohapped (sisaldavad ühte lämmastikuaatomit ja ühte karboksüülrühma) ja nitroalkaanid, näiteks glütsiin ja nitroetaan:

Need on näited klassidevahelistest isomeeridest, mida kohtas kesktelevisiooni ja ühtse riigieksami erinevatel aastatel.

Ja nüüd annan näite CT ja ühtse riigieksami ülesannetest, milles oli vaja kasutada teadmisi isomeeride, sealhulgas klassidevaheliste kohta:

Demo 2018. aasta ühtne riigieksam:

12. ülesanne. Valige pakutud loendist kaks ainet, mis on penteen-2 struktuursed isomeerid.

1) pentaan;

2) tsüklopentaan;

3) pentiin-1;

4) pentadieen-1,3;

5) 2-metüülbuteen-2.

Kirjutage vastuseväljale valitud ainete numbrid.

Vaata vastust ja videolahendust allpool:

CT 2015 ülesanne B2:

AT 2. Sobitage orgaaniline aine selle isomeeriga. Kirjutage vastus tähtede ja numbrite kombinatsioonina, näiteks: A1B2B3G4D5E6Zh7

Aine	Isomeer
A. Pentanal B. Metüülatsetaat

Tunni jooksul saate üldise ettekujutuse isomeeria tüüpidest ja saate teada, mis on isomeer. Õppige tundma orgaanilise keemia isomeeria liike: struktuurne ja ruumiline (stereoisomeeria). Ainete struktuurivalemeid kasutades kaaluge struktuurse isomeeria alatüüpe (skeleti- ja asendiisomeeria), tutvuge ruumilise isomeeria tüüpidega: geomeetriline ja optiline.

Teema: Sissejuhatus orgaanilisse keemiasse

Õppetund: Isomerism. Isomerismi tüübid. Struktuurne isomeeria, geomeetriline, optiline

Varem uuritud orgaanilisi aineid kirjeldavate valemite tüübid näitavad, et ühele molekulvalemile võib vastata mitu erinevat struktuurivalemit.

Näiteks molekulaarvalem C 2H 6O vastama kaks ainet erinevate struktuurivalemitega - etüülalkohol ja dimetüüleeter. Riis. 1.

Etüülalkohol, vedelik, mis reageerib metalliga naatriumiga vesiniku vabanemiseks, keeb temperatuuril +78,5 0 C. Samadel tingimustel keeb -23 0 C juures gaas, mis ei reageeri naatriumiga, dimetüüleeter.

Need ained erinevad oma struktuuri poolest – erinevatel ainetel on sama molekulvalem.

Riis. 1. Klassidevaheline isomeeria

Sama koostisega, kuid erineva struktuuriga ja seetõttu erinevate omadustega ainete olemasolu nimetatakse isomeeriks (kreeka sõnadest "isos" - "võrdne" ja "meros" - "osa", "osake").

Isomerismi tüübid

Isomeeriat on erinevat tüüpi.

Struktuurne isomeeria on seotud erinevate aatomite järjestustega molekulis.

Etanool ja dimetüüleeter on struktuursed isomeerid. Kuna need kuuluvad erinevatesse orgaaniliste ühendite klassidesse, nimetatakse seda tüüpi struktuurseks isomeeriks ka klassidevaheline . Riis. 1.

Struktuursed isomeerid võivad eksisteerida ka samas ühendite klassis, näiteks vastab valem C5H12 kolmele erinevale süsivesinikule. See süsiniku skeleti isomeeria. Riis. 2.

Riis. 2 Ainenäited – struktuursed isomeerid

On olemas sama süsiniku karkassiga struktuursed isomeerid, mis erinevad mitme sideme (kaksik- ja kolmiksideme) või vesinikku asendavate aatomite asukoha poolest. Seda tüüpi struktuurset isomeeriat nimetatakse positsiooniline isomeeria.

Riis. 3. Struktuurne asendiisomeeria

Ainult üksiksidemeid sisaldavates molekulides on toatemperatuuril võimalik molekulaarsete fragmentide peaaegu vaba pöörlemine sidemete ümber ja näiteks kõik 1,2-dikloroetaani valemite kujutised on samaväärsed. Riis. 4

Riis. 4. Kloori aatomite asend üksiksideme ümber

Kui pöörlemine on takistatud näiteks tsüklilises molekulis või kaksiksidemega, siis geomeetriline või cis-trans isomeeria. Cis-isomeerides paiknevad asendajad tsükli või kaksiksideme tasapinna ühel küljel, trans-isomeerides - vastaskülgedel.

Cis-trans isomeerid eksisteerivad, kui nad on seotud süsinikuaatomiga. kaks erinevat asetäitja Riis. 5.

Riis. 5. Cis- ja trans-isomeerid

Teist tüüpi isomeeria tuleneb asjaolust, et nelja üksiksidemega süsinikuaatom moodustab oma asendajatega ruumilise struktuuri - tetraeedri. Kui molekulis on vähemalt üks süsinikuaatom, mis on seotud nelja erineva asendajaga, optiline isomeeria. Sellised molekulid ei ühti nende peegelpildiga. Seda omadust nimetatakse kiraalsuseks – kreeka keelest Koossiia- "käsi". Riis. 6. Optiline isomeeria on iseloomulik paljudele elusorganisme moodustavatele molekulidele.

Riis. 6. Optiliste isomeeride näited

Optilist isomeeriat nimetatakse ka enantiomeeria (kreeka keelest enantios- "vastupidine" ja meros- "osa" ja optilised isomeerid - enantiomeerid . Enantiomeerid on optiliselt aktiivsed, nad pööravad valguse polarisatsioonitasandit sama nurga all, kuid vastupidises suunas: d- , või (+)-isomeer, - paremale, l- , või (-)-isomeer, - vasakule. Võrdsete koguste enantiomeeride segu nn ratsemaat, on optiliselt passiivne ja seda tähistab sümbol d,l- või (±).

Õppetunni kokkuvõte

Tunnis saite üldise arusaama isomeeria liikidest ja sellest, mis on isomeer. Õppisime tundma isomeeria liike orgaanilises keemias: struktuurne ja ruumiline (stereoisomeeria). Ainete struktuurivalemeid kasutades uurisime struktuurse isomeeria alatüüpe (skeleti- ja asendiisomeeria), tutvusime ruumilise isomeeria tüüpidega: geomeetriline ja optiline.

Bibliograafia

1. Rudzitis G.E. Keemia. Üldkeemia alused. 10. klass: õpik üldharidusasutustele: algtase / G. E. Rudzitis, F.G. Feldman. - 14. trükk. - M.: Haridus, 2012.

2. Keemia. 10. klass. Profiili tase: akadeemiline. üldhariduse jaoks institutsioonid/ V.V. Eremin, N.E. Kuzmenko, V.V. Lunin jt - M.: Bustard, 2008. - 463 lk.

3. Keemia. 11. klass. Profiili tase: akadeemiline. üldhariduse jaoks institutsioonid/ V.V. Eremin, N.E. Kuzmenko, V.V. Lunin jt - M.: Bustard, 2010. - 462 lk.

4. Khomchenko G.P., Khomchenko I.G. Keemiaülesannete kogumik ülikooli astujatele. - 4. väljaanne - M.: RIA "Uus laine": Kirjastus Umerenkov, 2012. - 278 lk.

Kodutöö

1. Nr 1,2 (lk 39) Rudzitis G.E. Keemia. Üldkeemia alused. 10. klass: õpik üldharidusasutustele: algtase / G. E. Rudzitis, F.G. Feldman. - 14. trükk. - M.: Haridus, 2012.

2. Miks on etüleeniseeria süsivesinikes isomeeride arv suurem kui küllastunud süsivesinikes?

3. Millistel süsivesinikel on ruumilised isomeerid?

Orgaanilised ained on võimelised moodustama isomeere. Need on ühendid, millel on sama arv aatomeid, kuid erinevad struktuurilt või asukohalt ruumis. Molekuli struktuur ja asend mõjutavad orgaaniliste ühendite füüsikalisi ja keemilisi omadusi.

Klassifikatsioon ja nomenklatuur

Isomeeria seletus saadi 19. sajandi teisel poolel tänu Aleksandr Butlerovi orgaaniliste ainete keemilise struktuuri teooriale. Keemik näitas, et ainete omadused ei sõltu ainult aatomite arvust, vaid ka nende asukohast molekulis ja ruumis.

Riis. 1. Aleksandr Butlerov.

Sellega seoses on kahte tüüpi isomeeria:

• struktuurne- on seotud aatomite või aatomirühmade asukohaga aine molekulis, samuti mitme sideme asukohaga;
• ruumiline- peegeldab molekuli asukohta ruumis tavapärase tasandi suhtes.

Ühe aine isomeeride arv sõltub süsinikuaatomite arvust molekulis. Mida pikem ahel, seda rohkem on isomeeria võimalusi.

Struktuurne

Asendaja, kaksiksideme ja funktsionaalrühma positsioon molekulis võib muutuda. Sellega seoses eristatakse järgmisi struktuurse isomeeria tüüpe:

• süsiniku skelett;
• sätted.

Süsiniku skeleti isomeeria hõlmab metüülrühma -CH2 ülekandumist molekuli mis tahes süsinikuaatomile. Näiteks võib üks CH2 rühm eralduda pentaanist (CH3-CH2-CH2-CH2-CH3) ja kinnituda teise aatomiga, moodustades 2-metüülbutaani.

Positsioonilist isomeeria on kolme tüüpi:

• mitu võlakirja- isomeerid tekivad tänu mitmiksidemete liikumisele molekulis: CH 2 =C=CH-CH 3 (butadieen-1,2) ja CH 2 =CH-CH=CH 2 (butadieen-1,3);
• funktsionaalne rühm- funktsionaalse radikaali asendi muutus: CH3-CH2-CH2-CH2OH (butanool-1) ja CH3-CH2-CHOH-CH3 (butanool-2);
• asetäitja- radikaali lisamine teisele molekulis olevale süsinikuaatomile: CH 3 -CHCl-CH 2 -CH 3 (2-klorobutaan) ja CH 2 Cl-CH 2 -CH 2 -CH 3 (1-klorobutaan).

  Eraldi eristatakse klassidevahelist isomeeriat, mis oleneb sisuliselt funktsionaalrühma asukohast. Mõnel juhul tekib aatomi ülekandmisel näiteks molekuli lõpust keskele teistsuguse klassi aine. Samal ajal jääb ainete molekulvalem samaks. Näiteks CH3-CH2-OH on etanool ja CH3-O-CH3 on dimetüüleeter. Mõlema aine molekulvalem on C 2 H 6 O. Teine näide: propüleen ja tsüklopropaan valemiga C 3 H 6.

  

  Riis. 2. Propüleeni ja tsüklopropaani struktuurivalemid.

  Struktuuriisomeeride nimetus koosneb radikaalide ja süsinikuahela nimedest. Nime alguses on numbrid, mis näitavad aatomi arvu, millega radikaal on seotud (loendamine algab hargnenud otsast). Nime lõppu võib paigutada ka numbreid, mis näitavad kaksik- või kolmiksidemega aatomi numbrit.

  Ruumiline

  See tüüp on jagatud kahte rühma:

  • optiline või peegelisomeeria;
  • geomeetriline isomeeria.

  Optilise isomeeria olemus on molekulide peegelpeegeldus. Tundub, et isomeerid peegeldavad üksteist.

  Geomeetriline isomeeria jaguneb kahte tüüpi:

  • cis-isomeeria- radikaalid asuvad molekuli pooleks jagava tavatasandi ühel küljel;
  • trans-isomeeria- radikaalid asuvad tavatasandi erinevatel külgedel.

  

  Riis. 3. Optiline ja geomeetriline isomeeria.

  Ruumiisomeeride isomeere nimetatakse stereoisomeerideks või ruumilisteks isomeerideks. Peegelmolekule nimetatakse enantiomeerideks. Kui molekulid üksteist ei peegelda, nimetatakse neid diastereomeerideks või geomeetrilisteks isomeerideks.

  Mida me õppisime?

  Isomerism on isomeeride esinemise nähtus. Need on ained, mis on koostiselt identsed, kuid erinevad struktuurilt ja asukohalt ruumis. On kahte tüüpi - struktuurne ja ruumiline isomeeria. Struktuurne isomeeria peegeldab molekulide struktuuri. See võib ilmneda süsiniku skeleti, funktsionaalrühma asukoha, mitme sideme ja asendaja kaudu. Eristatakse ka klassidevahelist struktuuriisomeeriat. Ruumiisomeeria võib olla optiline või geomeetriline. See on tingitud molekuli asukoha iseärasustest ruumis.

  Test teemal

  Aruande hindamine

  Keskmine hinne: 4.6. Kokku saadud hinnanguid: 298.

Isomeerid on ühendid, millel on sama kvalitatiivne ja kvantitatiivne koostis (molekulvalem), kuid mis erinevad üksteisest aatomite sidemete järjestuse või ruumilise paigutuse poolest.Kuna nende ühendite struktuur on erinev, on isomeeride keemilised või füüsikalised omadused erinevad. on erinevad.

Isomerismi tüübid: struktuurne (struktuuriisomeerid) ja stereoisomeeria (ruumiline).

Struktuurne isomeeria võib olla kolme tüüpi:

– süsiniku karkassi isomeeria (isomeerid vastavalt süsinikuahela struktuurile), näiteks butaan (hargnemata või normaalse struktuuriga ühend) ja 2-metüülpropaan (hargnenud struktuuriga ühend);

– funktsionaalrühmade (või mitmiksidemete) asukoha isomeerid, näiteks 1-butanool (hüdroksüülrühm on ühendatud ahela 1. süsinikuaatomiga) ja 2-butanool (hüdroksüülrühm on seotud ahela 2. süsinikuaatomiga );

– funktsionaalrühma isomeerid (või klassidevaheline isomeeria), näiteks 1-butanool (alkohol) ja dietüüleeter (eeter).

Stereoisomeeria jaguneb konformatsiooniliseks ja konfiguratsiooniliseks.

Molekuli konformatsioonid on selle erinevad geomeetrilised kujundid, mis tulenevad pöörlemisest ümber lihtsate -sidemete.

Konfiguratsioon on aatomite paigutus ruumis, võtmata arvesse lihtsate -sidemete ümber pöörlemisest tekkivaid erinevusi.

Orgaaniliste molekulide konformatsioonid. Pöörlemine ümber -sideme C – C tehakse suhteliselt lihtsalt, süsivesiniku ahel võib võtta erinevaid vorme. Konformatsioonilised vormid muunduvad kergesti üksteiseks ega ole seetõttu erinevad ühendid – need on sama molekuli erinevad ebastabiilsed dünaamilised vormid. Konformeeride energiaerinevus on samas suurusjärgus soojusliikumise energiaga (mitu kJ/mol). Seetõttu ei saa tavalistel temperatuuridel üksikuid konformeere eraldada.

Eristatakse varjutatud ja inhibeeritud konformatsioone (joonis 2).

Riis. 2. Pentaani konformatsioonid: a – varjutatud; b – inhibeeritud

Joonisel fig. Joonisel 2 on näidatud pentaani konformatsioonid ahela teise ja kolmanda süsinikuaatomi vahelise sideme alusel. On näha, et varjutatud konformatsioonis näivad vesiniku- või süsinikuaatomid üksteist varjavat. Inhibeeritud konformatsioon tekib ühe aatomi 60 pöörlemise tulemusena ja seostumata aatomite vaheline kaugus veidi suureneb, aatomite elektronorbitaalide tõukejõud vähenevad ja selline konfiguratsioon on energeetiliselt soodsam. Paljude orgaaniliste ühendite molekulid on konformeeride segud, soojusliikumise tulemusena toimuvad molekulides pidevad konformatsioonilised muundumised.

Newmani projektsioonivalemid. Konformatsioonide kujutamiseks kasutatakse Newmani projektsioonivalemeid, mis saadakse molekuli C projekteerimisel tasapinnale – C – ühendused. Näitena joonisel fig. Joonisel 3 on näidatud pentaani konformatsioonid C2-C3 sideme suhtes.

Vaatlejale lähim süsinikuaatom (C 2) on tähistatud punktiga ringi keskel; ring sümboliseerib eemaldatud süsinikuaatomit (C 3). Kolm sidet aatomist on kujutatud joontena, mis lahknevad ringi keskpunktist - lähedalasuva aatomi puhul (C 2) või "väljaulatuvate" ringi tagant - kauge aatomi (C 3) korral. Kui aatomid ja rühmad on seotud kõnealused süsinikuaatomid justkui varjaksid üksteist, konformatsiooni nimetatakse varjutatud (joonis 3. a), kui üks aatomitest pöörleb teise suhtes 60°, saame energeetiliselt soodsama inhibeeritud konformatsiooni (joon. 3. a). 3. b).

Riis. 3. Newmani projektsioonivalem a: pentaani varjutatud konformatsioon ja b: pentaani inhibeeritud konformatsioon.

Tsükliliste ühendite konformatsioonid. Tsüklilised mittearomaatsed ühendid ei ole üldjuhul tasapinnalised. Sidenurkade ja hulknurkade väärtuste erinevusest tulenevate nurk- ja väändepingete vähendamiseks võib üks või mitu ringiaatomit paikneda ülejäänud aatomite suhtes erineval tasapinnal. Seega võivad viieliikmelised tsiklid olla ruumis ümbriku kujuga (joonis 4), kuueliikmelised aga vanni või tooli kujulised (joonis 5).

Riis. 4. Tsüklopentaani konformatsioon

Ümbrise konformatsioonis liigub üks süsinikuaatomitest välja tasapinnast, kus asuvad ülejäänud neli aatomit. Kõik viiest aatomist võivad tasapinnast väljuda ja seetõttu näib tsükkel olevat pidevas lainelaadses liikumises.

Riis. 5. Tsükloheksaani konformatsioonid: a – tool ja b – vann.

Tooli ja vanni konformatsioonides asuvad 2 süsinikuaatomit väljaspool tasapinda, milles asuvad veel 4 aatomit.

Tsükloheksaani toolikonformatsioonis ei ole vesiniku ja süsinikuaatomite suletud positsioone: vesinikuaatomite paigutus kõigil süsinikuaatomitel on sama, mis etaani inhibeeritud konformatsioonis.

Kuus C-võlakirja – H, paralleelselt tsükloheksaani toolikujulise vormi sümmeetriatelgedega, mis on suunatud vaheldumisi üles ja alla, nimetatakse aksiaalseks. (sümbol A).Ülejäänud kuus C – H-sidemed asuvad selle telje suhtes 109,5° nurga all ning on samuti vaheldumisi suunatud üles-alla. Neid ühendusi nimetatakse ekvatoriaalseteks (sümbol e). Seega on igal süsinikuaatomil üks side aksiaalselt paikneva vesinikuaatomiga ja üks side ekvatoriaalselt. Tooli kehaehitus on energeetiliselt soodsam.

Konfiguratsiooni isomeerid. Optiline isomeeria. Konfiguratsioonilised on stereoisomeerid, millel on erinev paigutus teiste aatomite teatud aatomite, radikaalide või funktsionaalrühmade ümber ruumis üksteise suhtes. Nende hulka kuuluvad peamiselt enantiomeerid – optiliselt aktiivsed ained, mis on üksteise peegelpildid.

Milliseid aineid nimetatakse optiliselt aktiivseteks? Need on ühendid, mis on võimelised muutma tasapinnaliselt polariseeritud valguse polarisatsioonitasandi kaldenurka. Tuletame meelde, et tavaline valgus (päikesest või lambist) on elektromagnetlaine, milles osakesed vibreerivad kõikides suundades üksteisega risti asetsevates tasapindades ja risti laine levimissuunaga. Tasapinnaliselt polariseeritud valguses asetsevad osakeste vibratsioonid samal tasapinnal. Kui kiir läbib läbipaistvat ainet, mis on võimeline pöörama elektrivälja võnkumiste tasapinda teatud nurga võrra ja andma neile uue suuna, siis öeldakse, et sellisel ainel on optiline aktiivsus.

Võib sõnastada kaks orgaaniliste ühendite optilise aktiivsuse tunnust: asümmeetrilise süsinikuaatomi olemasolu ja sümmeetriaelementide puudumine molekulis.

Asümmeetriline süsinikuaatom on nelja erineva aatomi või rühmaga seotud aatom, mida tavaliselt tähistatakse tärniga: *C.

Vaatleme alaniini (2-aminopropaanhappe) molekuli, aminohapet, mis on valgu osa (joonis 6). Molekulil on üks asümmeetriline süsinikuaatom (teine, mis on seotud nelja erineva asendajaga: aminorühm, karboksüülrühm, vesinikuaatom ja metüülrühm -CH3). Karboksüülrühma süsinikuaatom ei ole asümmeetriline, sest tal pole mitte 4, vaid ainult 3 asendajat. Kolmas süsinikuaatom (metüülsüsinik) ei ole samuti asümmeetriline. Sellel on 4 asendajat, kuid 3 neist on samad (vesinikuaatomid). Selle ühendi molekul on asümmeetriline, seetõttu on alaniin optiliselt aktiivne ühend ja võib esineda kahe enantiomeeri kujul. Enantiomeerid on nimetatud D,L nomenklatuuri järgi, mis kirjeldab isomeeride suhtelist konfiguratsiooni (glütseraldehüüdi konfiguratsiooni suhtes).

Enantiomeeri kujutamiseks ja nimetamiseks on mugav paigutada molekuli süsinikuahel vertikaalselt, siis asümmeetrilisel süsinikuaatomil on asendajad sellest paremal ja vasakul. Kui vanem asendaja (meie puhul aminorühm) asub vasakul, on see L-isomeer, kui paremal, siis D-isomeeriga (joonis 6).

Riis. 6. Alaniini enantiomeerid.

Erinevalt isomeeridest on enantiomeeridel samad füüsikalised ja keemilised omadused, need erinevad ainult selle poolest, et nad pööravad tasapinnaliselt polariseeritud valguse polarisatsioonitasapinda sama nurga all, kuid vastassuundades (üks vasakule, teine ​​paremale) . Segu, mis koosneb võrdsetest molaarsetest kogustest enantiomeeridest, nimetatakse ratseemiliseks seguks või ratsemaadiks. Ratsemaat ei ole optiliselt aktiivne.

Vaatamata sellele näiliselt väikesele omaduste erinevusele on enantiomeeride bioloogiline aktiivsus väga erinev. Näiteks valgud sisaldavad ainult aminohapete L-enantiomeere, see selgitab valkude ruumilise struktuuri iseärasusi ja määrab ensüümide katalüütilise toime selektiivsuse Aminohapete D-isomeerid organismi sattudes võivad põhjustada erinevaid negatiivseid protsesse seetõttu tuleb ravimite ja erinevate toidu lisaainete valmistamisel arvestada aminohapete ruumilise konfiguratsiooniga.

Selle ühendi isomeer -alaniin (3-aminopropaanhape) esineb ka meie kehas. See ühend ei kuulu valkude hulka ega ole optiliselt aktiivne, kuna selles pole asümmeetrilisi aatomeid. Karboksüülrühma esimesel süsinikuaatomil on ainult 3 asendajat, teisel ja kolmandal on 2 identset asendajat (vesinikuaatomit).

Jätkame optilise isomeeria nähtuse käsitlemist. Aineid, mida see nähtus iseloomustab, nimetatakse sageli stereoisomeerideks. Stereoisomeerid on füüsikaliste ja füüsikalis-keemiliste omaduste poolest identsed, kuid erinevad kahes aspektis:

1. Kristalliseerige vormides, millel puudub tasapinnaline (tasapinnaline) sümmeetria, kuid mis suhestuvad üksteisega objektina selle peegelpildiga, näiteks kahte tüüpi viinhappekristalle, tuues esile stereoisomeersed viinhapped.

2. Stereoisomeerid, nagu eespool märgitud, polariseerivad valgust erinevalt. P Optilise stereoisomerismi põhjus on täpselt tingitud asendusrühmade paigutusest süsinikuaatomil sp 3 -hübridisatsiooni olekus, st küllastunud süsinikuga tetraeedri tippudes (aatomite paigutus ruumis, mis viib stereoisomeeria olemasolu, nimetatakse konfiguratsiooniks).

Ja on tähistatud järgmiselt:

Näiteks,

L-alkohol,= –5,9

Nende ainete puhul on võimalikud vasaku- ja paremakäelised konfiguratsioonid.

Ratsemaat on segu võrdsetes kogustes L- ja D-isomeeridest, mis on optiliselt inaktiivsed.

Millised konfiguratsioonid pööravad valguse polarisatsioonitasandit paremale ja vasakule, on eriline küsimus. Siin seda ei arvestata.

Osutage süsinikule - sidemed, mis asuvad joonistustasapinna kohal, osutage asendajale - selle tasandi all.

Stereoisomeeri klassikalised näited on:

H Asümmeetriliste aatomite arv võib üldiselt olla mitu.

* – asümmeetriline aatom. Stereoisomeeride arv võrdub 2 n, kus, nagu tähelepanelik lugeja juba aru sai, on n asümmeetriliste optiliselt aktiivsete aatomite arv.

Geomeetrilised (cis- ja trans-) isomeerid. Nende hulka kuuluvad konfiguratsioonilised isomeerid, mis sisaldavad  sidet. Seda tüüpi diastereomeeria on iseloomulik eelkõige alkeenidele. Võrreldes  sideme tasapinnaga võivad identsed asendajad kahel süsinikuaatomil paikneda ükshaaval (cis-) või erinev (trans-) külgedel (joon. 7). cis-i olemasolu peamine põhjus ja trans-isomeerid on  sideme ümber pöörlemise võimatus seda purustamata.

Riis. 7. 2-butaani geomeetrilised isomeerid.

tsis- ja trans-isomeeridel on sama aatomi sidumisjärjestus, kuid need erinevad üksteisest asendajate ruumilise paigutuse poolest ja on seetõttu stereoisomeerid. Teisest küljest ei sisalda nende molekulid asümmeetrilisi süsinikuaatomeid ega ole optiliselt aktiivsed.

tsis- ja trans-isomeeridel on erinevad füüsikalised omadused ja need võivad läbida reaktsioone (näiteks liituda erineva kiirusega).

Geomeetrilisi isomeere leidub sageli looduslike ühendite hulgas, nägemisteravuse tagamiseks on eriti oluline retinooli isomeer (A-vitamiin), milles kõik 4 kaksiksidet on trans-konfiguratsioonis. Küllastumata hapete süsivesinikradikaalid, mis moodustavad vedelaid rasvu, on kaksiksidemete suhtes cis-konfiguratsioonis.