Izomerizmas. Izomerijos rūšys

Izomerizmą pirmasis atrado J. Liebigas 1823 m., nustatęs, kad fulminantinių ir izociano rūgščių sidabro druskos: Ag-O-N=C ir Ag-N=C=O turi tą pačią sudėtį, bet skirtingas savybes. Terminas „izomerizmas“ buvo įvestas 1830 m

Pagal šiuolaikinį apibrėžimą, du tos pačios sudėties junginiai laikomi izomelais, jei jų molekulės negali būti sujungtos erdvėje taip, kad jos visiškai sutaptų. Derinys, kaip taisyklė, daromas mintyse, sudėtingais atvejais naudojami erdviniai modeliai arba skaičiavimo metodai.

Izomerijos priežastys yra kelios.

Sudėtingais atvejais klausimas, ar du junginiai yra izomerai, sprendžiamas naudojant įvairius sukimus apie valentinius ryšius (tai leidžia paprasti ryšiai, o tai tam tikru mastu atitinka jų fizines savybes). Pajudėjus atskiriems molekulės fragmentams (nenutraukiant ryšių), viena molekulė uždedama ant kitos (1 pav.).

Viena iš stereoizomerijos rūšių yra cis-trans-izomerija (cis

Fizinės ir cheminės savybės

Optinė izomerija atsiranda ne tik asimetrinio atomo atveju, ji realizuojama ir kai kuriose karkaso molekulėse, esant tam tikram skaičiui skirtingų pakaitų. Pavyzdžiui, karkaso angliavandenilio adamantanas, turintis keturis skirtingus pakaitus (17 pav.), gali turėti optinį izomerą, o visa molekulė atlieka asimetrinio centro vaidmenį, o tai tampa akivaizdu, jei adamantano rėmas mintyse susitraukia į tašką. Panašiai siloksanas, turintis kubinę struktūrą (17 pav.), taip pat tampa optiškai aktyvus keturių skirtingų pakaitų atveju:

Sintetinant optiškai aktyvius stereoizomerus, dažniausiai gaunamas dešinėn ir dešinėn sukančių junginių mišinys. Izomerų atskyrimas atliekamas izomerų mišinį reaguojant su reagentais (dažnai natūralios kilmės), turinčiais asimetrinį reakcijos centrą. Kai kurie gyvi organizmai, įskaitant bakterijas, pirmiausia metabolizuoja kairiarankius izomerus.

Šiuo metu yra sukurti procesai (vadinami asimetrine sinteze), kurie leidžia tikslingai gauti konkretų optinį izomerą.

Yra reakcijų, kurios leidžia optinį izomerą paversti jo antipodu (

Straipsnio turinys

izomerija(gr. isos - tas pats, meros - dalis) yra viena iš svarbiausių chemijos sąvokų, daugiausia organinėje. Medžiagos gali turėti tą pačią sudėtį ir molekulinę masę, tačiau skirtingos struktūros ir junginiai, kurių sudėtyje yra tų pačių elementų tokiu pačiu kiekiu, tačiau skiriasi erdviniu atomų ar atomų grupių išsidėstymu, vadinami izomerai. Izomerizmas yra viena iš priežasčių, kodėl organinių junginių yra tiek daug ir įvairių.

Izomerizmą pirmasis atrado J. Liebigas 1823 m., nustatęs, kad fulminantinių ir izociano rūgščių sidabro druskos: Ag-O-N=C ir Ag-N=C=O turi tą pačią sudėtį, bet skirtingas savybes. „Izomerizmo“ terminą 1830 metais įvedė I. Berzelius, teigdamas, kad tos pačios sudėties junginių savybių skirtumai atsiranda dėl to, kad atomai molekulėje išsidėstę nelygia tvarka. Idėjos apie izomerizmą galutinai susiformavo po to, kai A.M. Butlerovas (1860 m.) sukūrė cheminės struktūros teoriją. Remdamasis šios teorijos nuostatomis, jis pasiūlė, kad turi būti keturi skirtingi butanoliai (1 pav.). Tuo metu, kai buvo sukurta teorija, buvo žinomas tik vienas butanolis (CH 3) 2 CHCH 2 OH, gautas iš augalinių medžiagų.

Ryžiai. 1. Butanolio izomerai

Vėlesnė visų butanolio izomerų sintezė ir jų savybių nustatymas tapo įtikinamu teorijos patvirtinimu.

Pagal šiuolaikinį apibrėžimą, du tos pačios sudėties junginiai laikomi izomelais, jei jų molekulės negali būti sujungtos erdvėje taip, kad jos visiškai sutaptų. Derinys, kaip taisyklė, daromas mintyse, sudėtingais atvejais naudojami erdviniai modeliai arba skaičiavimo metodai.

Izomerijos priežastys yra kelios.

STRUKTŪRINIS IZOMERIMAS

Paprastai tai sukelia angliavandenilių skeleto struktūros skirtumai arba netolygus funkcinių grupių išsidėstymas arba daugybiniai ryšiai.

Angliavandenilio skeleto izomerija.

Sotieji angliavandeniliai, turintys nuo vieno iki trijų anglies atomų (metanas, etanas, propanas), izomerų neturi. Junginyje su keturiais anglies atomais C 4 H 10 (butanas) galimi du izomerai, pentanui C 5 H 12 - trys izomerai, heksanui C 6 H 14 - penki (2 pav.):

Ryžiai. 2. Paprasčiausių angliavandenilių izomerai

Didėjant anglies atomų skaičiui angliavandenilio molekulėje, galimų izomerų skaičius smarkiai padidėja. Heptano C 7 H 16 atveju yra devyni izomerai, angliavandenilio C 14 H 30 - 1885 izomerai, angliavandenilio C 20 H 42 - daugiau kaip 366 000.

Sudėtingais atvejais klausimas, ar du junginiai yra izomerai, sprendžiamas naudojant įvairius sukimus apie valentinius ryšius (tai leidžia paprasti ryšiai, o tai tam tikru mastu atitinka jų fizines savybes). Pajudėjus atskiriems molekulės fragmentams (nenutraukiant ryšių), viena molekulė uždedama ant kitos (3 pav.). Jei dvi molekulės yra visiškai vienodos, tai nėra izomerai, o tas pats junginys:

Skeleto struktūra besiskiriantys izomerai dažniausiai pasižymi skirtingomis fizinėmis savybėmis (lydymosi temperatūra, virimo temperatūra ir kt.), todėl galima atskirti vieną nuo kito. Tokio tipo izomerizmas yra ir aromatiniuose angliavandeniliuose (4 pav.):

Ryžiai. 4. Aromatiniai izomerai

Padėties izomerija.

Kitas struktūrinės izomerijos tipas – padėties izomerizmas atsiranda, kai skirtingose ​​angliavandenilio skeleto vietose yra funkcinės grupės, atskiri heteroatomai ar daugybiniai ryšiai. Struktūriniai izomerai gali priklausyti skirtingoms organinių junginių klasėms, todėl gali skirtis ne tik fizinėmis, bet ir cheminėmis savybėmis. Ant pav. 5 pavaizduoti trys junginio C 3 H 8 O izomerai, du iš jų yra alkoholiai, o trečiasis yra eteris

Ryžiai. 5. Padėties izomerai

Dažnai padėties izomerų struktūros skirtumai yra tokie akivaizdūs, kad net nebūtina mintyse jų derinti erdvėje, pavyzdžiui, buteno ar dichlorbenzeno izomerai (6 pav.):

Ryžiai. 6. Buteno ir dichlorbenzeno izomerai

Kartais struktūriniai izomerai sujungia angliavandenilių skeleto izomerijos ir padėties izomerijos ypatybes (7 pav.).

Ryžiai. 7. Dviejų tipų struktūrinės izomerijos derinys

Izomerizmo klausimais teoriniai svarstymai ir eksperimentas yra tarpusavyje susiję. Jei svarstymai rodo, kad izomerų negali būti, tada eksperimentai turėtų parodyti tą patį. Jei skaičiavimai rodo tam tikrą izomerų skaičių, tada jų galima gauti tiek pat arba mažiau, bet ne daugiau – galima gauti ne visus teoriškai apskaičiuotus izomerus, nes siūlomo izomero tarpatominiai atstumai arba ryšio kampai gali būti už diapazono ribų. Medžiagai, kurioje yra šešios CH grupės (pavyzdžiui, benzenas), teoriškai galimi 6 izomerai (8 pav.).

Ryžiai. 8. Benzeno izomerai

Pirmieji penki iš parodytų izomerų egzistuoja (antrasis, trečiasis, ketvirtasis ir penktasis izomerai buvo gauti praėjus beveik 100 metų po benzeno struktūros nustatymo). Paskutinis izomeras greičiausiai niekada nebus gautas. Pateiktas kaip šešiakampis, jis yra mažiausiai tikėtinas, jo deformacijos lemia įstrižinės prizmės, trijų spindulių žvaigždės, nepilnos piramidės ir dvigubos piramidės (neužbaigto oktaedro) pavidalo struktūras. Kiekvienoje iš šių parinkčių yra arba labai skirtingos C-C jungtys, arba stipriai iškreipti jungties kampai (9 pav.):

Cheminiai virsmai, kurių metu struktūriniai izomerai virsta vienas kitu, vadinami izomerizacija.

stereoizomerija

atsiranda dėl skirtingo atomų išsidėstymo erdvėje su ta pačia ryšių tvarka tarp jų.

Viena iš stereoizomerijos rūšių yra cis-trans-izomerija (cis- lat. viena pusė, trans - lat. kiaurai, priešingose ​​pusėse) stebimas junginiuose, kuriuose yra daug ryšių arba plokščių ciklų. Skirtingai nuo vienos jungties, daugybinis ryšys neleidžia atskiriems molekulės fragmentams suktis aplink jį. Norint nustatyti izomero tipą, per dvigubą jungtį mintyse nubrėžiama plokštuma ir analizuojamas pakaitų išdėstymas šios plokštumos atžvilgiu. Jei identiškos grupės yra toje pačioje plokštumos pusėje, tada tai cis-izomeras, jei yra priešingose ​​pusėse - transas-izomeras:

Fizinės ir cheminės savybės cis- ir transas-izomerai kartais pastebimai skiriasi, maleino rūgštyje karboksilo grupės -COOH yra erdviškai artimos, gali reaguoti (11 pav.), sudarydami maleino anhidridą (fumaro rūgščiai ši reakcija nevyksta):

Ryžiai. 11. Maleino rūgšties anhidrido susidarymas

Plokščiųjų ciklinių molekulių atveju nereikia mintyse braižyti plokštumos, nes ją jau nustato molekulės forma, kaip, pavyzdžiui, cikliniuose siloksanuose (12 pav.):

Ryžiai. 12. Ciklosiloksano izomerai

Sudėtinguose metalų junginiuose cis Izomeras yra junginys, kuriame dvi identiškos grupės, kurios supa metalą, yra greta, transas-izomeras, juos skiria kitos grupės (13 pav.):

Ryžiai. 13. Kobalto komplekso izomerai

Antrasis stereoizomerijos tipas – optinė izomerija atsiranda tada, kai du izomerai (pagal anksčiau suformuluotą apibrėžimą, dvi erdvėje nesuderinamos molekulės) yra vienas kito veidrodiniai atvaizdai. Molekulės, kurios gali būti pavaizduotos kaip vienas anglies atomas su keturiais skirtingais pakaitais, turi šią savybę. Centrinio anglies atomo valentai, susiję su keturiais pakaitais, yra nukreipti į mentalinio tetraedro viršūnes - taisyklingą tetraedrą ( cm. ORBITAL) ir yra tvirtai pritvirtinti. Keturi skirtingi pakaitai parodyti Fig. 14 keturių skirtingų spalvų kamuoliukų pavidalu:

Ryžiai. 14. Anglies atomas su keturiais skirtingais pakaitais

Norint aptikti galimą optinio izomero susidarymą, reikia (15 pav.) atspindėti molekulę veidrodyje, tada veidrodinį vaizdą reikia paimti kaip realią molekulę, padėti po originalia, kad jų vertikalios ašys sutaptų, ir pasukite antrąją molekulę aplink vertikalią ašį taip, kad raudonas rutulys viršutinė ir apatinė molekulės būtų viena po kita. Dėl to sutampa tik dviejų rutuliukų, smėlio ir raudono, padėtis (pažymėta dvigubomis rodyklėmis). Jei pasukate apatinę molekulę taip, kad mėlyni rutuliukai išsilygintų, tada vėl sutaps tik dviejų rutuliukų, smėlio ir mėlynos spalvos, padėties (taip pat pažymėtos dvigubomis rodyklėmis). Viskas tampa akivaizdu, jei šios dvi molekulės yra mintyse sujungtos erdvėje, sudėjus vieną į kitą, kaip peilis apvalkale, raudonas ir žalias rutulys nesutampa:

Bet kokiai abipusei dviejų tokių molekulių orientacijai erdvėje neįmanoma pasiekti visiško sutapimo, kai sujungiami, pagal apibrėžimą tai yra izomerai. Svarbu pažymėti, kad jei centrinis anglies atomas turi ne keturis, o tik tris skirtingus pakaitus (tai yra, du iš jų yra vienodi), tada, kai tokia molekulė atsispindi veidrodyje, optinis izomeras nesusidaro, kadangi molekulė ir jos atspindys gali būti derinami erdvėje (16 pav.):

Be anglies, kiti atomai gali veikti kaip asimetriniai centrai, kuriuose kovalentiniai ryšiai nukreipti į tetraedro kampus, pavyzdžiui, silicis, alavas, fosforas.

Optinė izomerija atsiranda ne tik asimetrinio atomo atveju, ji realizuojama ir kai kuriose karkaso molekulėse, esant tam tikram skaičiui skirtingų pakaitų. Pavyzdžiui, karkaso angliavandenilio adamantanas, turintis keturis skirtingus pakaitus (17 pav.), gali turėti optinį izomerą, o visa molekulė atlieka asimetrinio centro vaidmenį, o tai tampa akivaizdu, jei adamantano rėmas mintyse susitraukia į tašką. Panašiai siloksanas, turintis kubinę struktūrą (17 pav.), taip pat tampa optiškai aktyvus keturių skirtingų pakaitų atveju:

Ryžiai. 17. Optiškai aktyvios karkaso molekulės

Galimi variantai, kai molekulėje nėra asimetrinio centro net latentinėje formoje, bet pati gali būti paprastai asimetriška, o galimi ir optiniai izomerai. Pavyzdžiui, kompleksiniame berilio junginyje du cikliniai fragmentai išsidėstę vienas kitam statmenose plokštumose, šiuo atveju optiniam izomerui gauti pakanka dviejų skirtingų pakaitų (18 pav.). Feroceno molekulei, kuri turi penkiakampės prizmės formą, tam pačiam tikslui reikalingi trys pakaitai, vandenilio atomas šiuo atveju atlieka vieno iš pakaitų vaidmenį (18 pav.):

Ryžiai. 18. Asimetrinių molekulių optinė izomerija

Daugeliu atvejų junginio struktūrinė formulė leidžia suprasti, ką tiksliai jame reikėtų keisti, kad medžiaga būtų optiškai aktyvi.

Sintetinant optiškai aktyvius stereoizomerus, dažniausiai gaunamas dešinėn ir dešinėn sukančių junginių mišinys. Izomerų atskyrimas atliekamas izomerų mišinį reaguojant su reagentais (dažnai natūralios kilmės), turinčiais asimetrinį reakcijos centrą. Kai kurie gyvi organizmai, įskaitant bakterijas, pirmiausia metabolizuoja kairiarankius izomerus.

Šiuo metu yra sukurti procesai (vadinami asimetrine sinteze), kurie leidžia tikslingai gauti konkretų optinį izomerą.

Yra reakcijų, kurios leidžia optinį izomerą paversti jo antipodu ( cm. VALDENO POKALBIS).

Michailas Levitskis

Tautomerizmas

« tautos" - tas pats, " meros"- dalintis, dalis ( graikų).

Tautomerizmas- dinaminės grįžtamosios izomerų transformacijos reiškinys, vykstantis plyšstant ir susidarant ryšiams ir lydimas atomų (dažniausiai protonų) ir rečiau atomų grupių judėjimo.

Izomerinės formos yra tautomerai.

Skirtingai nuo struktūrinių izomerų, tautomerai, kaip taisyklė, negali egzistuoti atskirai vienas nuo kito. Neįmanoma jų gauti savarankiškai.

Pagrindinis tautomerinių medžiagų bruožas yra jų dviguba reakcija - gebėjimas sudaryti dvi darinių serijas dėl atskiros ir nepriklausomos dviejų vieno junginio izomerinių formų reakcijos, kurios yra pusiausvyroje.

Tautomerijos rūšys

geometrinė izomerija

Tam tikra stereoizomerija, kurią nulemia pakaitų poros molekulių erdvinio išsidėstymo skirtumas dvigubos jungties arba ciklo plokštumos atžvilgiu.

Taip yra dėl to, kad šių medžiagų molekulėse laisvas atomų sukimasis aplink σ-jungtis (cikloalkanai) ir π-jungčių (alkenų) atžvilgiu yra neįmanomas.

Z,E-nomenklatūra (tri- ir tetrapakeistiems alkenams).

Izomero konfigūraciją lemia santykinis vyresniųjų pakaitų išsidėstymas. Vienoje plokštumos pusėje yra Z izomeras; įvairiais būdais – E-izomeras.

Pirmenybė nustatoma remiantis elemento atominiu numeriu. Identiškų atomų atveju grupės senumą lemia atomų „antrasis apvalkalas“:

CH 3< -СН 2 СН 3 < -СН(СН 3) 2 < -СН 2 NН 2 < -CH 2 OH< -CH 2 F

Tais atvejais, kai grupės turi skirtingus ryšio tipus, stažas didėja gretose:

CH2OH< -COH < COR < COOH

CH2NH2< -CH=NH < -CN

E-izomeras Z-izomeras

Dėl to, kad atstumai tarp pakaitų izomerų molekulėse yra skirtingi, pastarieji labai skiriasi savo cheminėmis ir fizinėmis savybėmis. Jie gali būti atskirti ir egzistuoti atskirai.

Vieno izomero perėjimas prie kito – izomerizacija dažniausiai vyksta kaitinant arba apšvitinant.

konformacinė izomerija

Tam tikra stereoizomerija, kurią lemia molekulių pakaitų erdvinio išsidėstymo skirtumas, atsirandantis dėl laisvo sukimosi aplink σ-jungtis.

Šie izomerai skiriasi stabilumu. Stabilesnės konformacijos, kurios yra fiksuotos fiziniai ir cheminiai metodai vadinami konformeriais.

Konformerių vaizdas - Newmano projekcijos:

Kuo didesnė vandenilio atomų tarpusavio atstūmimo jėga, tuo didesnė sistemos energija; todėl trukdoma konformacija atitiks mažiausią molekulės potencinę energiją.

Darant prielaidą, kad konformacijos skiriasi, molekulės išlieka chemiškai vienalytės; konformacijos nėra tipiški izomerai. Tačiau kai kuriais atvejais (glaudžiai supakavus molekules) galima atskirti skirtingas formas.

Bioorganinių molekulių (fermentų, vitaminų, baltymų, nukleorūgščių) konformacijos vaidina lemiamą vaidmenį pastarųjų biologiniam aktyvumui pasireikšti.

Koformacijos ciklinių angliavandenilių serijoje:

Konfigūracijos izomerija

Tūrinės ciklinių junginių struktūros turi skirtingo pobūdžio pakaitų pozicijas:

Optinė izomerija

Kai kurie organiniai junginiai yra optiškai aktyvūs. Jie gali pakeisti šviesos poliarizacijos plokštumą, kai ji praeina pro medžiagos mėginį (1815, J. Biot).

Šviesa yra elektromagnetinės bangos, kurių svyravimai yra statmeni jų sklidimo krypčiai. Natūralioje (saulės) šviesoje šie svyravimai vyksta skirtingose ​​plokštumose.

Optiškai aktyvūs junginiai pasuka poliarizacijos plokštumą tam tikru kampu į dešinę (dešiniarankiams) arba į kairę (kairiarankiams).

Izomerai, sukantys poliarizacijos plokštumą skirtingomis kryptimis, bet tuo pačiu kampu, yra antipodai (enantiomerai).

Raceminis mišinys (racematas) – mišinys, susidedantis iš vienodo kiekių kairiarankių ir dešiniarankių izomerų. Racematas yra optiškai neaktyvus.

Optinis aktyvumas būdingas junginiams, kurių sudėtyje yra
sp 3 -hibridinis atomas (tūrinės molekulės). Jei toks atomas yra prijungtas prie keturių skirtingų pakaitų, tada atsiranda izomerų poros, kuriose izomerų molekulės yra susijusios viena su kita savo erdvine organizacija taip pat, kaip objektas ir veidrodinis vaizdas.

Enantiomerų paveikslėlis

Siekiant susieti struktūrą su rotacija, buvo pasiūlyta pasirinkti standartinį junginį ir palyginti su juo visus kitus junginius, turinčius chiralinį centrą. buvo pasirinktas kaip standartas
2,3-dioksipropanalis (gliceraldehidas):

R,S – nomenklatūra

Norint priskirti stereoizomerą, būtina nustatyti jame esančių pakaitų eiliškumą ( serijos numeris elementas – kaip ir Z,E-izomerijos atveju). Stebėtojo žvilgsnis nukreiptas išilgai ašies C – jaunesnysis pavaduotojas (H). Po šios orientacijos trys pakaitai yra išdėstyti iš eilės kryptimi nuo seniausio iki jauniausio. R konfigūracijos atveju ši tvarka atitinka judėjimo kryptį pagal laikrodžio rodyklę, S konfigūracijos atveju – prieš laikrodžio rodyklę.

Jei molekulėje yra keli chiraliniai centrai, tada izomerų skaičius didėja ir yra lygus 2 n, kur n yra chiralinių centrų skaičius.

Skirtingai nuo struktūrinių izomerų, enantiomerai daugeliu savo savybių yra identiški. Jie skiriasi tik sąveika su plokštuma poliarizuota šviesa ir sąveika su medžiagomis, kurios taip pat yra chiralinės.

Kūne reakcijos vyksta dalyvaujant biokatalizatoriams – fermentams. Fermentai yra sukurti iš chiralinių α-amino rūgščių molekulių. Todėl jie atlieka chiralinių reagentų, jautrių su jais sąveikaujančių substratų chiralumui, vaidmenį (biocheminių procesų stereospecifiškumas). Tai lemia tai, kad chiraliniai natūralūs junginiai, kaip taisyklė, atstovaujami tik viena stereoizomerine forma (D-angliavandeniai, L-aminorūgštys).

Stereospecifiškumas yra vieno iš enantiomerų biologinio poveikio pasireiškimo pagrindas, o kitas izomeras gali būti neaktyvus ir kartais turėti skirtingą ar net priešingą poveikį.

1.3 Cheminis ryšys organiniuose junginiuose

Susidarius cheminiam ryšiui, išsiskiria energija, todėl atsiradus dviem naujoms valentingumo galimybėms, išsiskiria papildoma energija (1053,4 kJ/mol), kuri viršija energiją, sunaudojamą 2s elektronams išardyti (401 kJ/mol).

Įvairių formų (s, p) orbitalės susimaišo susidarant ryšiui, gaudamos naujas ekvivalentiškas hibridizuotas orbitales (hibridizacijos teorija, L. Pauling, D. Slater, 1928-1931). Hibridizacijos sąvoka taikoma tik molekulėms, o ne atomams, o į hibridizaciją patenka tik orbitos, o ne ant jų esantys elektronai.

Skirtingai nuo nehibridizuotų s- ir p-orbitalių, hibridinė orbitalė yra polinė (elektronų tankis pasislinkęs) ir gali sudaryti stipresnius ryšius.

Izomerai- medžiagos, turinčios tą pačią molekulinę struktūrą, bet skirtingą cheminę struktūrą ir savybes.

Izomerijos rūšys

aš. Struktūrinis - susideda iš skirtingos jungiamųjų atomų sekos molekulės grandinėje:

1) Grandinės izomerija

Reikėtų pažymėti, kad anglies atomai šakota grandinė skiriasi jungties su kitais anglies atomais tipu. Taigi vadinamas anglies atomas, sujungtas tik su vienu kitu anglies atomu pirminis, su kitais dviem anglies atomais - antraeilis, su trimis - tretinis, su keturiais Kvarteras.

2) Padėties izomerija

3) Izomerizmas tarpklasių

4) Tautomerizmas

Tautomerizmas(iš graikų ταύτίς - tas pats ir μέρος - matas) - grįžtamosios izomerijos reiškinys, kai du ar daugiau izomerų lengvai pereina vienas į kitą. Tokiu atveju susidaro tautomerinė pusiausvyra, o medžiagoje vienu metu yra visų izomerų molekulės tam tikru santykiu. Dažniausiai tautomerizacija įvyksta, kai vandenilio atomai pereina iš vieno molekulės atomo į kitą ir atgal tame pačiame junginyje.

II. Erdvinis (stereo) – dėl skirtingos atomų ar grupių padėties dvigubos jungties arba ciklo atžvilgiu, išskyrus laisvą sujungtų anglies atomų sukimąsi

1. Geometrinė (cis -, trans - izomerija)

Jei anglies atomas molekulėje yra prijungtas prie keturių skirtingų atomų arba atominių grupių, pavyzdžiui:

tada galimas dviejų junginių, turinčių tą pačią struktūrinę formulę, tačiau besiskiriančių erdvine struktūra, egzistavimas. Tokių junginių molekulės yra susijusios viena su kita kaip objektas ir jo veidrodinis vaizdas ir yra erdviniai izomerai.

Šio tipo izomerija vadinama optine, izomerai - optiniais izomerai arba optiniais antipodais:

Optinių izomerų molekulės nesuderinamos erdvėje (ir kairėje, ir dešinėje dešinė ranka), jiems trūksta simetrijos plokštumos.
Šiuo būdu,

• optiniai izomerai vadinami erdviniai izomerai, kurių molekulės yra susijusios viena su kita kaip objektas ir nesuderinamas veidrodinis vaizdas.

Aminorūgščių optiniai izomerai

3. konformacinė izomerija

Pažymėtina, kad atomai ir atomų grupės, tarpusavyje sujungti σ-ryšiu, nuolat sukasi apie ryšio ašį, užimdami skirtingas vietas vienas kito atžvilgiu.

Molekulės, kurios turi tą pačią struktūrą ir skiriasi erdviniu atomų išsidėstymu dėl sukimosi aplinkui C-C kaklaraiščiai vadinami konformeriais.

Norint pavaizduoti konformacinius izomerus, patogu naudoti Newmano projekcijos formules:

Konformacinės izomerijos reiškinys taip pat gali būti nagrinėjamas naudojant cikloalkanų pavyzdį. Taigi cikloheksanui būdingi konformeriai:

Formulių tipai, kuriuos nagrinėjome anksčiau, apibūdinantys organines medžiagas, rodo, kad vieną molekulinę formulę gali atitikti kelios skirtingos struktūrinės formulės.

Pavyzdžiui, molekulinė formulė C2H6O atitikti dvi medžiagos su skirtingomis struktūrinėmis formulėmis – etilo alkoholiu ir dimetilo eteriu. Ryžiai. vienas.

Etilo alkoholis yra skystis, kuris reaguoja su natrio metalu, išskirdamas vandenilį, verda +78,50C temperatūroje. Tomis pačiomis sąlygomis dimetilo eteris – dujos, kurios nereaguoja su natriu, verda -230C temperatūroje.

Šios medžiagos skiriasi savo struktūra – skirtingos medžiagos atitinka tą pačią molekulinę formulę.

Ryžiai. 1. Tarpklasinė izomerija

Medžiagų, turinčių vienodą sudėtį, bet skirtingą struktūrą ir dėl to skirtingas savybes, egzistavimo reiškinys vadinamas izomerija (iš graikų kalbos žodžių „isos“ – „lygus“ ir „meros“ – „dalis“, „dalytis“).

Izomerijos rūšys

Yra įvairių izomerijos tipų.

Struktūrinė izomerija siejama su skirtinga atomų jungimosi tvarka molekulėje.

Etanolis ir dimetilo eteris yra struktūriniai izomerai. Kadangi jie priklauso skirtingoms organinių junginių klasėms, šis struktūrinės izomerijos tipas vadinamas taip pat tarpklasių . Ryžiai. vienas.

Struktūriniai izomerai taip pat gali būti toje pačioje junginių klasėje, pavyzdžiui, formulė C5H12 atitinka tris skirtingus angliavandenilius. tai anglies skeleto izomerija. Ryžiai. 2.

Ryžiai. 2 Medžiagų pavyzdžiai – struktūriniai izomerai

Yra struktūriniai izomerai, turintys tą patį anglies skeletą, kurie skiriasi kelių jungčių (dvigubų ir trigubų) arba vandenilį pakeičiančių atomų padėtimi. Tokia struktūrinė izomerija vadinama padėties izomerija.

Ryžiai. 3. Struktūrinė padėties izomerija

Molekulėse, kuriose yra tik pavieniai ryšiai, kambario temperatūroje galimas beveik laisvas molekulės fragmentų sukimasis aplink ryšius, o, pavyzdžiui, visi 1,2-dichloretano formulių vaizdai yra lygiaverčiai. Ryžiai. keturi

Ryžiai. 4. Chloro atomų padėtis aplink viengubą jungtį

Jei sukimasis sunkus, pavyzdžiui, ciklinėje molekulėje arba su dviguba jungtimi, tada geometrinė arba cis-trans izomerija. Cis izomeruose pakaitai yra toje pačioje žiedo plokštumos arba dvigubos jungties pusėje, trans izomere – priešingose ​​pusėse.

Cis-trans izomerai egzistuoja, kai du skirtingi pavaduotojas. Ryžiai. 5.

Ryžiai. 5. Cis ir trans izomerai

Kitas izomerijos tipas atsiranda dėl to, kad anglies atomas su keturiomis pavienėmis jungtimis su jo pakaitais sudaro erdvinę struktūrą - tetraedrą. Jei molekulėje yra bent vienas anglies atomas, prijungtas prie keturių skirtingų pakaitų, optinė izomerija. Tokios molekulės nesutampa su jų veidrodiniu vaizdu. Ši savybė vadinama chiralumu – iš graikų kalbos Suhier- "ranka". Ryžiai. 6. Optinė izomerija būdinga daugeliui gyvus organizmus sudarančių molekulių.

Ryžiai. 6. Optinių izomerų pavyzdžiai

Optinė izomerija taip pat vadinama enantiomerai (iš graikų kalbos enantios- "priešingai" ir meros- "dalis") ir optiniai izomerai - enantiomerai . Enantiomerai yra optiškai aktyvūs, jie sukasi šviesos poliarizacijos plokštumą tuo pačiu kampu, bet į priešingos pusės: d- , arba (+)-izomeras, - į dešinę, l- , arba (-)-izomeras, - į kairę. Vadinamas vienodo kiekio enantiomerų mišinys racematas, yra optiškai neaktyvus ir žymimas simboliu d, l- arba (±).

ŠALTINIAI

vaizdo įrašo šaltinis – http://www.youtube.com/watch?v=mGS8BUEvkpY

http://www.youtube.com/watch?t=7&v=XIikCzDD1YE

http://interneturok.ru/ru/school/chemistry/10-klass - santrauka

pristatymo šaltinis - http://ppt4web.ru/khimija/tipy-izomerii.html

http://www.youtube.com/watch?t=2&v=ii30Pctj6Xs

http://www.youtube.com/watch?t=1&v=v1voBxeVmao

http://www.youtube.com/watch?t=2&v=a55MfdjCa5Q

http://www.youtube.com/watch?t=1&v=FtMA1IJtXCE

pristatymo šaltinis - http://mirhimii.ru/10class/174-izomeriya.html

5 paskaita

Tema "Izomerizmas ir jos rūšys"

Pamokos tipas: kombinuotas

Tikslas: 1. Atskleisti pagrindinę struktūros teorijos poziciją izomerijos reiškinio atžvilgiu. Pateikite bendrą idėją apie izomerijos tipus. Parodykite pagrindines struktūros teorijos raidos kryptis stereoizomerijos pavyzdžiu.

2. toliau formuoti gebėjimą sudaryti izomerų formules, duoti pavadinimus medžiagoms pagal formules.

3. ugdyti pažintinį požiūrį į mokymąsi

Įranga: Stuart-Briegleb molekulių modeliai, spalvotas plastilinas, degtukai, pora pirštinių, kmynų sėklos, mėtinė kramtomoji guma, trys mėgintuvėliai.

Pamokos planas

pasisveikinimas, vardinis skambutis

Pagrindinių žinių tyrimas

Naujos medžiagos mokymasis:

Struktūros teorija ir izomerijos reiškinys;

Izomerijos rūšys;

Inkaravimas

Pamokos eiga

2. Pagrindinių žinių tyrimas: frontaliai

Pagal kokius kriterijus klasifikuojami organiniai junginiai, paaiškinkite naudodamiesi diagrama.

Kokios yra pagrindinės organinių junginių klasės, jų sandaros ypatumai

Atlikite pratimus Nr. 1 ir 2 §6. Vienas mokinys prie lentos, likusieji – sąsiuviniuose

3. Naujos medžiagos mokymasis: Struktūros teorija ir izomerijos reiškinys

Prisiminkite izomerijos ir izomerų apibrėžimą. Paaiškinkite jų egzistavimo priežastį.

Izomerijos reiškinį (iš graikų kalbos isos – skiriasi ir meros – dalis, dalis) 1823 m. atrado J. Liebigas ir F. Wehleris, pasitelkę dviejų neorganinių rūgščių druskų pavyzdį: cianinės ir žaibinės. NOSYS = N žydros spalvos; H-O-N = C barškantis

1830 metais J. Diuma izomerijos sampratą išplėtė ir organiniams junginiams. Terminas „izomeras“ atsirado po metų, jį pasiūlė J. Berzellius. Kadangi tuo metu tiek organinių, tiek neorganinių medžiagų sandaros srityje viešpatavo visiškas chaosas, atradimui nebuvo suteikta didelė reikšmė.

Mokslinį izomerijos reiškinio paaiškinimą A.M. Butlerovas pateikė struktūros teorijos rėmuose, o nei tipų teorija, nei radikalų teorija neatskleidė šio reiškinio esmės. A.M.Butlerovas izomerizmo priežastį įžvelgė tame, kad atomai izomerų molekulėse yra sujungti skirtinga tvarka. Struktūros teorija leido numatyti galimų izomerų skaičių ir jų struktūrą, o tai puikiai patvirtino ir pats A.M. Butlerovas, ir jo pasekėjai.

Izomerijos tipai: pateikite izomerų pavyzdį ir pasiūlykite požymį, pagal kurį būtų galima klasifikuoti izomerus?(Akivaizdu, kad bazė bus izomerų molekulių struktūra). Aš paaiškinu medžiagą naudodamas diagramą:

Yra du izomerijos tipai: struktūrinė ir erdvinė (stereoizomerija). Struktūriniai izomerai yra tie, kurie turi skirtingą atomų jungimosi tvarką molekulėje. Erdviniai izomerai turi tuos pačius pakaitus kiekviename anglies atome, tačiau skiriasi savo tarpusavio susitarimas kosmose.

Struktūrinė izomerija yra trijų tipų: tarpklasinė izomerija, susijusi su anglies skeleto struktūra, ir padėties izomerija. funkcinė grupė arba daugialypės jungties.

Tarpklasiniai izomerai turi skirtingas funkcines grupes ir priklauso skirtingoms organinių junginių klasėms, todėl tarpklasių izomerų fizinės ir cheminės savybės labai skiriasi.

Anglies skeleto izomerija jums jau pažįstama, fizikinės savybės skiriasi, o cheminės savybės panašios, nes šios medžiagos priklauso tai pačiai klasei.

Funkcinės grupės padėties arba kelių ryšių padėties izomerija. Fizinės savybės tokie izomerai yra skirtingi, bet cheminiai panašūs

Geometrinė izomerija: turi skirtingas fizines konstantas, bet panašias chemines savybes

Optiniai izomerai yra vienas kito veidrodiniai atvaizdai; kaip dviejų delnų neįmanoma jų sudėti taip, kad derėtų.

4. Fiksavimas: atpažinti izomerus, nustatyti izomerijos tipą medžiagose, kurių formulės: atlikti 3 pratimą§ 7