Ізоміри відрізняються один від одного чим. Структурні ізомери - це що

Ще одним прикладом послужили винна та виноградна кислоти, після дослідження яких Й. Берцеліус увів термін ІЗОМЕРІЯі висловив припущення, що відмінності виникають через «різного розподілу простих атомів у складному атомі» (тобто молекула). Справжнє пояснення ізомерія отримала лише у другій половині ХІХ ст. на основі теорії хімічної будови А. М. Бутлерова (структурна ізомерія) та стереохімічного вчення Я. Г. Вант-Гоффа (просторова ізомерія).

Структурна ізомерія

Структурна ізомерія – результат відмінностей у хімічній будові. До цього типу відносять:

Ізомерія вуглеводневого ланцюга (вуглецевого скелета)

Ізомерія вуглецевого скелета, обумовлена ​​різним порядком зв'язку атомів вуглецю. Найпростіший приклад - бутан СН 3 -СН 2 -СН 2 -СН 3 та ізобутан (СН 3) 3 СН. Др. приклади: антрацен та фенантрен (формули I та II відповідно), циклобутан та метилциклопропан (III та IV).

Валентна ізомерія

Валентна ізомерія (особливий вид структурної ізомерії), за якої ізомери можна перевести один в одного лише за рахунок перерозподілу зв'язків. Наприклад, валентними ізомерами бензолу (V) є біциклогекс-2,5-дієн (VI, «бензол Дьюара»), призман (VII, «бензол Ладенбурга»), бенвален (VIII).

Ізомерія функціональної групи

Відрізняється характером функціональної групи. Приклад: Етанол (CH 3 -CH 2 -OH) та Диметиловий ефір (CH 3 -O-CH 3)

Ізомерія положення

Тип структурної ізомерії, що характеризується відмінністю положення однакових функціональних груп або подвійних зв'язків при однаковому скелеті вуглецю. Приклад: 2-хлорбутанова кислота та 4-хлорбутанова кислота.

Просторова ізомерія (стереоізомерія)

Енантіомерія (оптична ізомерія)

Просторова ізомерія (стереоізомерія) виникає в результаті відмінностей у просторовій конфігурації молекул, що мають однакову хімічну будову. Цей тип ізомерів поділяють на енантіомерію(оптичну ізомерію) та діастереомерію.

Енантіомерами (оптичними ізомерами, дзеркальними ізомерами) є пари оптичних антиподів речовин, що характеризуються протилежними за знаком і однаковими за величиною обертаннями площини поляризації світла при ідентичності всіх інших фізичних і хімічних властивостей (за винятком реакцій з ін. оптично активними речовинами і фізичних властивостей ). Необхідна та достатня причина виникнення оптичних антиподів - віднесення молекули та однієї з наступних точкових груп симетрії C n, D n, T, O, I (Хіральність). Найчастіше йдеться про асиметричний атом вуглецю, тобто про атом, пов'язаний із чотирма різними заступниками, наприклад:

Асиметричними можуть бути і ін. атоми, наприклад атоми кремнію, азоту, фосфору, сірки. Наявність асиметричного атома є не єдиною причиною енантіомерії. Так, мають оптичні антиподи похідні адамантану (IX), ферроцену (X), 1,3-дифенілаллен (XI), 6,6"-динітро-2,2"-дифенова кислота (XII). Причина оптичної активності останньої сполуки - атропоізомерія, тобто просторова ізомерія, спричинена відсутністю обертання навколо зв'язку. Енантіомерія також проявляється в спіральних конформаціях білків, нуклеїнових кислот, гексагеліцен (XIII).

(R)-, (S)- номенклатура оптичних ізомерів (правило найменування)

Чотирьом групам, приєднаним до асиметричного атома вуглецю C abcd приписується різне старшинство, що відповідає послідовності: a>b>c>d. У найпростішому випадку старшинство встановлюється за порядковим номером атома, приєднаного до асиметричного атома вуглецю: Br(35), Cl(17), S(16), O(8), N(7), C(6), H(1) .

Наприклад, у бромхлороцтовій кислоті:

Старшинство заступників при асиметричному атомі вуглецю таке: Br(a), Cl(b), групи COOH (c), H(d).

У бутанолу-2 кисень є старшим заступником (а), водень - молодшим (d):

Потрібно вирішити питання заступників CH 3 і CH 2 CH 3 . І тут старшинство визначається порядковим номером чи номерами інших атомів групи. Першість залишається за етильною групою, тому що в ній перший атом пов'язаний з іншим атомом С(6) і з іншими атомами Н(1), тоді як в метильній групі вуглець з'єднаний з трьома атомами Н з порядковим номером 1. У більш складних випадках продовжують порівнювати всі атоми, доки доходять до атомів з різними порядковими номерами. Якщо є подвійна або потрійна зв'язку, то атоми, що знаходяться при них, вважаються відповідно за два і за три атоми. Так, групу -COH розглядають як (O, O, H), а групу -COOH - як З(О, Про, ВІН); карбоксильна група старша за альдегідну, оскільки містить три атоми з порядковим номером 8.

У D-гліцериновому альдегіді старшою є група ОН(а), потім слідує CHO(b), CH 2 OH(c) і Н(d):

Наступний етап полягає у визначенні, чи є розташування груп правим, R (лат. rectus), або лівим, S (лат. sinister). Переходячи до відповідної моделі, її орієнтують так, щоб молодша група (d) у перспективній формулі опинилася внизу, і потім розглядають зверху вздовж осі, що проходить через заштриховану грань тетраедра та групу (d). У D-гліцириновому альдегіді групи

розташовані у напрямі правого обертання, і отже, він має R-конфігурацію:

(R)-гліцериновий альдегід

На відміну від D,L номенклатури позначення (R)-і (S)-ізомерів укладають у дужки.

Діастереомерія

σ-діастереомерія

Діастереомірними вважають будь-які комбінації просторових ізомерів, які не становлять пару оптичних антиподів. Розрізняють σ та π-діастереомери. σ-діастеріомери відрізняються один від одного конфігурацією частини наявних у них елементів хіральності. Так, діастеріомери є (+)-винна кислота і мезо-винна кислота, D-глюкоза та D-маннозу, наприклад:

Для деяких типів діастереомерія введені спеціальні позначення, наприклад трео- та еритроізомери - це діастереомерія з двома асиметричними атомами вуглецю і просторів, розташуванням замісників у цих атомів, що нагадує відповідну треозу (родинні заступники знаходяться по різні сторони в проекційних формулах) заступники - з одного боку):

Еритроізомери, яких асиметричні атоми пов'язані з однаковими заступниками, називаються мезоформами. Вони, на відміну від інших σ-діастереомерів, оптично неактивні через внутрішньомолекулярну компенсацію вкладів у обертання площини поляризації світла двох однакових асиметричних центрів протилежної конфігурації. Пари діастереомерів, що відрізняються конфігурацією одного з декількох асиметричних атомів, називаються епімерами, наприклад:

Термін "аномери" означає пару діастереомерних моносахаридів, що відрізняються конфігурацією глікозидного атома в циклічній формі, наприклад аномерні -D- і -D-глюкози.

π-діастереомерія (геометрична ізомерія)

π-діастеріомерами, звані також геометричними ізомерами, відрізняються один від одного різним просторовим розташуванням замісників щодо площини подвійного зв'язку (найчастіше С=З і С=N) або циклу. До них відносяться, наприклад, малеїнова та фумарова кислоти (формули XIV та XV відповідно), (Е)- та (Z)-бензальдоксими (XVI та XVII), цис- та транс-1,2-диметилциклопентани (XVIII та XIX).

Конформери. Таутоміри

Явище нерозривно пов'язані з температурними умовами його спостереження. Так, наприклад, хлорциклогексан при кімнатній температурі існує у вигляді рівноважної суміші двох конформерів - з екваторіальною та аксіальною орієнтацією атома хлору:

Однак за мінус 150 °С можна виділити індивідуальну а-форму, яка поводиться в цих умовах як стійкий ізомер.

З іншого боку, з'єднання, в звичайних умовах є ізомерами, при підвищенні температури можуть бути таутомерами, що знаходяться в рівновазі. Наприклад, 1-бромпропан та 2-бромпропан - структурні ізомери, проте при підвищенні температури до 250 °С між ними встановлюється рівновага, характерна для таутомерів.

Ізоміри, що перетворюються один на одного при температурі нижче за кімнатну, можна розглядати як нежорсткі молекули.

Існування конформерів іноді позначають терміном "поворотна ізомерія". Серед дієнів розрізняють s-цис- та s-транс - ізомери, які, по суті, є конформерами, що виникають в результаті обертання навколо простого (s-single) зв'язку:

Ізомерія також характерна для координаційних з'єднань. Так, ізомерні сполуки, що відрізняються за способом координації лігандів (іонізаційна ізомерія), наприклад, ізомерні:

SO 4 - і + Br -

Тут, сутнісно, ​​є аналогія зі структурної ізомерії органічних сполук.

Хімічні перетворення, у яких структурні ізомери перетворюються друг на друга, називається изомеризацией. Такі процеси мають важливе значення у промисловості. Так, наприклад, проводять ізомеризацію нормальних алканів в ізоалкани підвищення октанового числа моторних палив; ізомеризують пентан в ізопентан для подальшого дегідрування в ізопрен. Ізомеризацією є і внутрішньомолекулярне перегрупування, з яких велике значення має, наприклад, перетворення оксиму циклогексанону в капролактам - сировину для виробництва капрону.

Процес взаємоперетворення енантіомерів називається рацемізацією: вона призводить до зникнення оптичної активності в результаті утворення еквімолярної суміші (-)-і (+)-форм, тобто рацемату. Взаємоперетворення діастереомерів призводить до утворення суміші, в якій переважає більш стійка термодинамічно форма. У разі π-діастереомерів – зазвичай транс-форма. Взаємоперетворення конформаційних ізомерів називається конформаційною рівновагою.

Явище ізомерії значною мірою сприяє зростанню числа відомих (і ще більшою мірою числа потенційно можливих) сполук. Так, можливе число структурно-ізомерних децилових спиртів понад 500 (відомо їх близько 70), просторів, ізомерів тут понад 1500.

>> Хімія: Ізомерія та її види

Розрізняють два види ізомерії: структурну та просторову (стереоізомерію). Структурні ізомери відрізняються один від одного порядком зв'язку атомів у молекулі, стерео-ізомери - розташуванням атомів у просторі за однакового порядку зв'язків між ними.

Вирізняють такі різновиди структурної ізомерії: ізомерію вуглецевого скелета, ізомерію положення, ізомерію різних класів органічних сполук (міжкласову ізомерію).

Структурна ізомерія

Ізомерія вуглецевого скелета зумовлена ​​різним порядком зв'язку між атомами вуглецю, що утворюють скелет молекули. Як було показано, молекулярної формулі С4Н10 відповідають два вуглеводні: н-бутан і изобутан. Для вуглеводню С5Н12 можливі три ізомери: пентан, ізо-пентан і неопентан.

Зі збільшенням числа атомів вуглецю у молекулі число ізомерів швидко зростає. Для вуглеводню С10Н22 їх 75, а вуглеводню С20Н44 - 366 319.

Ізомерія положення обумовлена ​​різним положенням кратного зв'язку, заступника, функціональної групи при однаковому вуглецевому скелеті молекули:

Ізомерія різних класів органічних сполук (міжкласова ізомерія) обумовлена ​​різним становищем та поєднанням атомів у молекулах речовин, що мають однакову молекулярну формулу, але належать різним класам. Так, молекулярній формулі С6В12 відповідає ненасичений вуглеводень гексен-1 та циклічний циклогексан:

Ізомери цього типу містять різні функціональні групи і належать до різних класів речовин. Тому вони відрізняються за фізичними та хімічними властивостями значно більше, ніж ізомери вуглецевого скелета або ізомери положення.

Просторова ізомерія

Просторова ізомерія поділяється на два види: геометричну та оптичну.

Геометрична ізомерія характерна для сполук, що містять подвійні зв'язки, та циклічних сполук. Так як вільне обертання атомів навколо подвійного зв'язку або в циклі неможливо, заступники можуть розташовуватися або з одного боку площини подвійного зв'язку або циклу (цис-положення), або з різних боків (транс-положення). Позначення цис і транс зазвичай відносять до пари однакових заступників.

Геометричні ізомери розрізняються за фізичними та хімічними властивостями.

Оптична ізомерія виникає, якщо молекула несумісна зі своїм зображенням у дзеркалі. Це можливо, коли у атома вуглецю в молекулі чотири різні заступники. Цей атом називають асиметричним. Прикладом такої молекули є молекула а-амінопропіонової кислоти (а-аланін) СН3СН(КН2)СООН.

Як видно, молекула а-аланіну ні за якого переміщення не може збігтися зі своїм дзеркальним відображенням. Такі просторові ізомери називаються дзеркальними, оптичними антиподами або енантіомерами. Усі фізичні та практично всі хімічні властивості таких ізомерів ідентичні.

Вивчення оптичної ізомерії необхідне під час розгляду багатьох реакцій, які у організмі. Більшість цих реакцій йде під впливом ферментів - біологічних каталізаторів. Молекули цих речовин повинні підходити до молекул сполук, на які вони діють як ключ до замку, отже, просторова будова, взаємне розташування ділянок молекул та інші просторові фактори мають для перебігу цих реакцій велике значення. Такі реакції називають стереоселективними.

Більшість природних сполук є індивідуальними енантіомерами, та їх біологічна дія (починаючи від смаку та запаху та кінчаючи лікарською дією) різко відрізняється від властивостей їх оптичних антиподів, отриманих у лабораторії. Подібна відмінність у біологічній активності має величезне значення, оскільки є основою найважливішого властивості всіх живих організмів - обміну речовин .

Які види ізомерії ви знаєте?

Чим відрізняється структурна ізомерія від просторової?

Які з запропонованих сполук є:

а) ізомерами;

б) гомологами?

Дайте всім речовинам назви.

4. Чи можлива геометрична (цис-, транс) ізомерія для: а) алканів; б) алкенів; в) алкінів; г) циклоалканів?

Поясніть, наведіть приклади.

Лекції для студентів педіатричного факультету

Лекція2

Тема: Просторова будова органічних сполук

Ціль:знайомство з видами структурної та просторової ізомерії органічних сполук.

План:

Класифікація ізомерії.

Структурна ізомерія.

Просторова ізомерія

Оптична ізомерія

Перші спроби зрозуміти будову органічних молекул належать початку XIX в. Вперше явище ізомерії відкрив Й. Берцеліус, а А. М. Бутлеров у 1861 р. запропонував теорію хімічної будови органічних сполук, яка пояснила явище ізомерії.

Ізомерія – існування сполук з однаковим якісним та кількісним складом, але різною будовою чи розташуванням їх у просторі, а самі речовини називаються ізомерами.

Класифікація ізомерів

Структурна

(Різний порядок з'єднання атомів)

Конфігурація

Конформ-

Структурна ізомерія.

Структурні ізомери – це ізомери, що мають однаковий якісний та кількісний склад, але відрізняються хімічною будовою.

Структурна ізомерія обумовлює різноманітність органічних сполук, зокрема алканів. Зі збільшенням числа атомів вуглецю в молекулахалканів швидко зростає кількість структурних ізомерів. Так, для гексану (З 6 Н 14) воно дорівнює 5, для нонану (З 9 Н 20) - 35.

Атоми вуглецю різняться за місцем становища ланцюга. Атом вуглецю, що стоїть на початку ланцюга, пов'язаний з одним атомом вуглецю і називається первинним.Атом вуглецю, пов'язаний із двома атомами вуглецю – вторинним, з трьома – третинним, з чотирма – четвертинним. У молекулах алканів з нерозгалуженим ланцюгом містяться тільки первинні та вторинні атоми вуглецю, а в молекулах алканів з розгалуженим ланцюгом і третинні та четвертинні.

Види структурної ізомерії.

Метаміри– сполуки, що належать до одного класу сполук, але мають різні радикали:

Н 3 С – Про – С 3 Н 7 – метилпропіловий ефір,

Н 5 З 2 – Про – З 2 Н 5 – діетиловий ефір

Міжкласова ізомерія.При тому самому якісному і кількісному складі молекул, будова речовин різне.

Наприклад: альдегіди ізомерні кетонів:

Алкіни – алкадієнам

Н 2 С = СН - СН = СН 2 бутадієн -1,3 НС = С - СН 2 - СН 3 - бутин-1

Структурна ізомерія обумовлює і різноманітність вуглеводневих радикалів. Ізомерія радикалів починається з пропану, для якого можливі два радикали. Якщо атом водню відібрати від первинного атома вуглецю, то вийде радикал пропил (н-пропіл). Якщо атом водню відібрати від вторинного атома вуглецю, то вийде радикал ізопропіл

-

ізопропіл

Просторова ізомерія (стереоізомерія)

Це існування ізомерів, що мають однаковий склад і порядок з'єднання атомів, але відрізняються характером розташування атомів або груп атомів у просторі один одного.

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

У реальних умовах сама молекула та її окремі частини (атоми, групи атомів) перебувають у стані коливально – обертального руху, і цей рух сильно змінює взаємне розташування атомів у молекулі. У цей час відбувається розтягнення хімічних зв'язків та зміна валентних кутів, і таким чином виникають різні конфігурації та конформації молекул.

Тому просторові ізомери поділяються на два види: конформаційні та конфігураційні.

Зміни – це порядок розташування атомів у просторі без урахування відмінностей, що виникають у результаті обертання навколо одинарних зв'язків.Ці ізомери існують у вигляді різних конформацій.

Конформації – дуже нестійкі динамічні форми однієї й тієї молекули, які у резцльтате обертання атомів чи груп атомів навколо одинарних зв'язків, у результаті атоми займають різне просторове становище. Кожна конформація молекули характеризується певною конфігурацією.

б-зв'язок допускає обертання навколо нього, тому одна молекула може мати безліч конформацій. З багатьох конформацій до уваги беруть лише шість, т.к. за мінімальний кут повороту вважають кут рівний 60 о, який називається торсіонним кутом.

Розрізняють: заслонену та загальмовану конформацію.

Заслонена конформація виникає в тому випадку, якщо однакові заступники розташовані на мінімальній відстані один від одного і між ними виникають сили взаємного відштовхування, і молекула повинна мати великий запас енергії, щоб зберегти цю конформацію. Ця конформація енергетично невигідна.

Загальмована конформація – виникає в тому випадку, якщо однакові заступники максимально віддалені один від одного і молекула має мінімальний запас енергії. Ця конформація енергетично вигідна.

П ервое з'єднання, якому відомо існування конформаційних ізомерів, є етан. Його будова у просторі зображується перспективною формулою чи формулою Ньюмена:

З 2 Н 6

заслінена загальмована

конформація конформація

Проекційні формули Ньюмена.

Найближчий до нас атом вуглецю позначають точкою у центрі кола, коло зображує віддалений атом вуглецю. Три зв'язку кожного атома зображують у вигляді ліній, що розходяться з центру кола – для ближнього атома вуглецю та малі – для віддаленого атома вуглецю.

У довгих вуглецевих ланцюгах обертання можливе навколо декількох С - З зв'язків. Тому весь ланцюг може набувати різноманітних геометричних форм. За рентгенографічними даними довгі ланцюги насичених вуглеводнів мають зигзагоподібну та клешнеподібну конформацію. Наприклад: пальмітинова (З 15 Н 31 СООН) та стеаринова (З 17 Н 35 СООН) кислоти в зигзагоподібних конформаціях входять до складу ліпідів клітинних мембран, а молекули моносахаридів у розчині приймають клешнеподібну конформацію.

Конформації циклічних сполук

Для циклічних сполук характерна кутова напруга, пов'язана з наявністю замкнутого циклу.

Якщо вважати цикли плоскими, то для багатьох із них валентні кути значно відхилятимуться від нормального. Напругу, викликану відхиленням валентних кутів між атомами вуглецю в циклі від нормального значення, називають кутовимабо байєрівським.

Наприклад, в циклогексані атоми вуглецю знаходяться в sp 3 - гібридному стані і відповідно валентний кут повинен дорівнювати 109 про 28 / . Якби атоми вуглецю лежали в одній площині, то плоскому циклі внутрішні валентні кути дорівнювали б 120 про, проте атоми водню перебували в заслоненной конформації. Але циклогексан не може бути плоским через наявність сильних кутових і торсійних напруг. У нього виникають менш напружені непогані конформації за рахунок часткового повороту навколо ϭ-зв'язків, серед яких стійкішими є конформації крісла і ванни.

Найбільш енергетично вигідною є конформація крісла, тому що в ній відсутні заслонені положення атомів водню та вуглецю. Розташування атомів Н у всіх атомів С таке саме, як у загальмованій конформації етану. У цій конформації всі атоми водню відкриті та доступні для реакцій.

Конформація ванни менш енергетично вигідна, так як у 2-х пар атомів С (С-2 і С-3), (С-5 і С-6), що лежать в основі, атоми Н знаходяться в заслоненій конформації, тому ця конформація має великим запасом енергії та нестійка.

З 6 Н 12 циклогексан

Форма "крісла" більш енергетично вигідна, ніж "ванна".

Оптична ізомерія.

Наприкінці XIX століття було виявлено, що багато органічних сполук здатні обертати площину поляризованого променя вліво та вправо. Т. е. світловий промінь, що падає на молекулу вступає у взаємодію з її електронними оболонками, при цьому відбувається поляризація електронів, що призводить до зміни напрямку коливань в електричному полі. Якщо речовина обертає площину коливань за годинниковою стрілкою, її називають правообертальним(+), якщо проти годинникової стрілки – лівообертальним(-). Ці речовини було названо оптичними ізомерами. Оптично активні ізомери містять асиметричний атом вуглецю (хіральний) – це атом, що містить чотири різних замісники. Другою важливою умовою є відсутність усіх видів симетрії (осі, площини). До них відносяться багато окси- та амінокислоти.

Дослідження показали, що такі сполуки відрізняються порядком розташування замісників у атомів вуглецю sp 3 - гібридизації.

П найростішою сполукою є молочна кислота (2-гідроксипропанова)

Стереоізомери, молекули яких відносяться між собою як предмет та несумісне з ним дзеркальне відображення або як ліва та права рука називаються енантіомерами(оптичні ізомери, дзеркальні ізомери, антиподи, а явище називається енантіомерією.Усі хімічні та фізичні властивості енантіомерів однакові, крім двох: обертання площини поляризованого світла (у приладі поляриметра) та біологічна активність.

Абсолютну конфігурацію молекул визначають складними фізико-хімічними методами.

Відносну конфігурацію оптично активних сполук визначають шляхом порівняння зі стандартом гліцеринового альдегіду. Оптично активні речовини, що мають конфігурацію правообертаючого або лівообертаючого гліцеринового альдегіду (М. Розанов, 1906), називаються речовинами D-і L-ряду. Рівна суміш право- і лівообертальних ізомерів однієї сполуки називається рацематом і оптично неактивна.

Дослідження показали, що знак обертання світла не можна пов'язувати з належністю речовини до D- та L-рядів, його визначають лише експериментально у приладах – поляриметрах. Наприклад, L-молочна к-та має кут обертання +3,8 о, D-молочна к-та - 3,8 о.

Енантіомери зображують за допомогою формул Фішера.

Вуглецевий ланцюг зображується вертикальною лінією.

Угорі ставиться старша функціональна група, внизу молодша.

Ассиметричний атом вуглецю зображується горизонтальною лінією, кінцях якої стоять заступники.

Кількість ізомерів визначаються за формулою 2 n n - число асиметричних атомів вуглецю.

L-ряд D-ряд

Серед енантіомерів можуть бути симетричні молекули, що не мають оптичної активності, і називаються мезоізомерами.

Рацемат – виноградна к-та

Оптичні ізомери, що не є дзеркальними ізомерами, відрізняються конфігурацією кількох, але не всіх асиметричних атомів С, що володіють різними фізичними та хімічними св-вами, називаються - ді-а-стереоізомерами.

-Діастереомери (геометричні ізомери) – це стереомери, що мають у молекулі -зв'язок. Вони зустрічаються у алкенів, ненасичених вищих карбонових к-т, ненасичених дикарбонових до-т. Наприклад:

Ціс-бутен-2 Транс-бутен-2

Біологічна активність органічних речей пов'язана з їх будовою. Наприклад:

Цис-бутендіова до-та, Транс-бутендіова до-та,

малеїнова к-та – фумарова к-та – не отруйна,

дуже отруйна міститься в організмі

Усі природні ненасичені вищі карбонові к-ти є цис-ізомерами.

Вступ

Ізомерія (грец. isos - однаковий, meros - частина) - одне з найважливіших понять у хімії, головним чином, в органічній. Речовини можуть мати однаковий склад і молекулярну масу, але різну будову та сполуки, що містять у своєму складі одні й ті самі елементи в однаковій кількості, але такі, що відрізняються просторовим розташуванням атомів або груп атомів, називають ізомерами. Ізомерія є однією з причин того, що органічні сполуки такі численні та різноманітні.

Історія відкриття ізомерії

Ізомерія була вперше виявлена ​​Ю. Лібіхом в 1823, який встановив, що срібні солі гримучої та ізоціанової кислот: Ag-O-N=C та Ag-N=C=O мають однаковий склад, але різні властивості. Термін "Ізомерія" в 1830 ввів І. Берцеліус, який припустив, що відмінності у властивостях сполук однакового складу виникають через те, що атоми в молекулі розташовані в неоднаковому порядку. Уявлення про ізомерію остаточно сформувалися після створення AM Бутлеровим теорії хімічної будови (1860-ті). Справжнє пояснення ізомерія отримала лише у другій половині ХІХ ст. на основі теорії хімічної будови А.М. Бутлерова (структурна ізомерія) та стереохімічного вчення Я.Г. Вант-Гоффа (просторова ізомерія). Грунтуючись на положеннях цієї теорії, він припустив, що має існувати чотири різні бутаноли (рис.1). До моменту створення теорії був відомий лише один бутанол (СН 3) 2 СНСН 2 ОН, що отримується з рослинної сировини

Рис.1. Різні положення групи OH - у молекулі бутанолу.

Потім синтез всіх ізомерів бутанолу і визначення їх властивостей стали переконливим підтвердженням теорії.

Згідно з сучасним визначенням дві сполуки однакового складу вважають ізомерами, якщо їх молекули не можна поєднати в просторі так, щоб вони повністю збігалися. Поєднання, зазвичай, роблять подумки, у складних випадках використовують просторові моделі, чи розрахункові методи.

Види ізомерії

В ізомерії можна виділити два основні види: структурна ізомерія та просторова ізомерія або, як її ще називають, стереоізомерія.

У свою чергу, структурна ділиться на:

ізомерію вуглецевого ланцюга (вуглецевого скелета)

валентну ізомерію

ізомерію функціональної групи

ізомерію становища.

Просторова ізомерія (стереоізомерія) поділяється на:

діастереомерію (цис, транс - ізомерія)

енантіомерію (оптична ізомерія).

Структурна ізомерія

Зумовлена, як правило, відмінностями у будові вуглеводневого скелета або різним розташуванням функціональних груп або кратних зв'язків.

Ізомерія вуглеводневого скелета

Насичені вуглеводні, що містять від одного до трьох атомів вуглецю (метан, етан, пропан) не мають ізомерів. Для з'єднання з чотирма атомами вуглецю С 4 Н 10 (бутан) можливе існування двох ізомерів, для пентану С 5 Н 12 - трьох ізомерів, для гексану С 6 Н 14 - п'яти (рис.2):

Рис.2.

Зі збільшенням числа атомів вуглецю в молекулі вуглеводню кількість можливих ізомерів різко зростає. Для гептану С 7 Н 16 існує дев'ять ізомерів, для вуглеводню С 14 Н 30 - 1885 ізомерів, для вуглеводню С 20 Н 42 - понад 366 000. У складних випадках питання про те, чи є дві сполуки ізомерами, вирішують, використовуючи різні повороти валентних зв'язків (прості зв'язки це припускають, що певною мірою відповідає їх фізичним властивостям). Після переміщення окремих фрагментів молекули (не допускаючи розриву зв'язків) накладають одну молекулу на іншу. Якщо дві молекули повністю збігаються, то це не ізомери, а те саме з'єднання. Ізомери, що відрізняються структурою скелета, зазвичай мають різні фізичні властивості (температура плавлення, температура кипіння тощо), що дозволяє відокремити один від одного. Ізомерія такого типу існує і у ароматичних вуглеводнів (рис.4).