Izomērisms. Izomērijas veidi

Izomērismu pirmais atklāja J. Lībigs 1823. gadā, atklājot, ka fulminantu un izociānskābes sudraba sāļiem: Ag-O-N=C un Ag-N=C=O ir vienāds sastāvs, bet atšķirīgas īpašības. Termins "izomerisms" tika ieviests 1830. gadā

Saskaņā ar mūsdienu definīciju divi viena sastāva savienojumi tiek uzskatīti par izomēriem, ja to molekulas nevar apvienot telpā tā, lai tās pilnībā sakristu. Kombinācija, kā likums, tiek veikta garīgi, sarežģītos gadījumos tiek izmantoti telpiskie modeļi vai aprēķinu metodes.

Izomērijai ir vairāki cēloņi.

Sarežģītos gadījumos jautājumu par to, vai divi savienojumi ir izomēri, izlemj, izmantojot dažādas rotācijas ap valences saitēm (vienkāršās saites to pieļauj, kas zināmā mērā atbilst to fizikālajām īpašībām). Pēc atsevišķu molekulas fragmentu pārvietošanās (nepārtraucot saites), viena molekula tiek uzklāta uz otru (att.

Viens no stereoizomērijas veidiem ir cis-trans-izomerisms (cis

Fizikālās un ķīmiskās īpašības

Optiskā izomērija rodas ne tikai asimetriska atoma gadījumā, tā tiek realizēta arī dažās karkasa molekulās noteikta skaita dažādu aizvietotāju klātbūtnē. Piemēram, rāmja ogļūdeņraža adamantānam, kuram ir četri dažādi aizvietotāji (17. att.), var būt optiskais izomērs, bet visa molekula pilda asimetriskā centra lomu, kas kļūst acīmredzams, ja adamantāna rāmis tiek garīgi saraujies punktu. Tāpat arī siloksāns, kuram ir kubiskā struktūra (17. att.), kļūst optiski aktīvs četru dažādu aizvietotāju gadījumā:

Sintezējot optiski aktīvos stereoizomērus, parasti iegūst pa labi un pa kreisi rotējošu savienojumu maisījumu. Izomēru atdalīšanu veic, izomēru maisījumam reaģējot ar reaģentiem (bieži vien dabiskas izcelsmes), kas satur asimetrisku reakcijas centru. Daži dzīvie organismi, tostarp baktērijas, dod priekšroku kreiso izomēru metabolismam.

Šobrīd ir izstrādāti procesi (saukti par asimetrisko sintēzi), kas dod iespēju mērķtiecīgi iegūt konkrētu optisko izomēru.

Ir reakcijas, kas ļauj pārvērst optisko izomēru tā antipodā (

Raksta saturs

izomerisms(gr. isos — tas pats, meros — daļa) ir viens no svarīgākajiem jēdzieniem ķīmijā, galvenokārt organiskajā. Vielām var būt vienāds sastāvs un molekulmasa, bet dažādas struktūras un savienojumus, kas satur vienus un tos pašus elementus vienā daudzumā, bet atšķiras atomu vai atomu grupu telpiskais izvietojums, sauc par izomēriem. Izomērisms ir viens no iemesliem, kāpēc organiskie savienojumi ir tik daudz un dažādi.

Izomērismu pirmais atklāja J. Lībigs 1823. gadā, atklājot, ka fulminantu un izociānskābes sudraba sāļiem: Ag-O-N=C un Ag-N=C=O ir vienāds sastāvs, bet atšķirīgas īpašības. Terminu "izomerisms" 1830. gadā ieviesa I. Berzēliuss, kurš ierosināja, ka viena sastāva savienojumu īpašību atšķirības rodas tāpēc, ka atomi molekulā ir izkārtoti nevienādā secībā. Idejas par izomerismu beidzot radās pēc tam, kad A.M. Butlerovs (1860. gadi) bija izveidojis ķīmiskās struktūras teoriju. Pamatojoties uz šīs teorijas nosacījumiem, viņš ierosināja, ka jābūt četriem dažādiem butanoliem (1. att.). Laikā, kad tika izveidota teorija, bija zināms tikai viens butanols (CH 3) 2 CHCH 2 OH, kas iegūts no augu materiāliem.

Rīsi. 1. Butanola izomēri

Sekojošā visu butanola izomēru sintēze un to īpašību noteikšana kļuva par pārliecinošu teorijas apstiprinājumu.

Saskaņā ar mūsdienu definīciju divi viena sastāva savienojumi tiek uzskatīti par izomēriem, ja to molekulas nevar apvienot telpā tā, lai tās pilnībā sakristu. Kombinācija, kā likums, tiek veikta garīgi, sarežģītos gadījumos tiek izmantoti telpiskie modeļi vai aprēķinu metodes.

Izomērijai ir vairāki cēloņi.

STRUKTURĀLAIS IZOMĒRISMS

To parasti izraisa atšķirības ogļūdeņraža skeleta struktūrā vai nevienlīdzīgs funkcionālo grupu izvietojums vai vairākas saites.

Ogļūdeņraža skeleta izomērija.

Piesātinātajiem ogļūdeņražiem, kas satur no viena līdz trim oglekļa atomiem (metāns, etāns, propāns), nav izomēru. Savienojumam ar četriem oglekļa atomiem C 4 H 10 (butāns) ir iespējami divi izomēri, pentānam C 5 H 12 - trīs izomēri, heksānam C 6 H 14 - pieci (2. att.):

Rīsi. 2. Vienkāršāko ogļūdeņražu izomēri

Palielinoties oglekļa atomu skaitam ogļūdeņraža molekulā, iespējamo izomēru skaits dramatiski palielinās. Heptānam C 7 H 16 ir deviņi izomēri, ogļūdeņražam C 14 H 30 - 1885 izomēri, ogļūdeņražam C 20 H 42 - vairāk nekā 366 000.

Sarežģītos gadījumos jautājumu par to, vai divi savienojumi ir izomēri, izlemj, izmantojot dažādas rotācijas ap valences saitēm (vienkāršās saites to pieļauj, kas zināmā mērā atbilst to fizikālajām īpašībām). Pēc atsevišķu molekulas fragmentu pārvietošanās (nepārraujot saites) viena molekula tiek uzklāta otrai (3. att.). Ja divas molekulas ir tieši vienādas, tad tie nav izomēri, bet viens un tas pats savienojums:

Izomēriem, kas atšķiras pēc skeleta struktūras, parasti ir dažādas fizikālās īpašības (kušanas temperatūra, viršanas temperatūra utt.), kas ļauj atdalīt vienu no otra. Šāda veida izomērija pastāv arī aromātiskajos ogļūdeņražos (4. att.):

Rīsi. 4. Aromātiskie izomēri

Pozīcijas izomerisms.

Cits strukturālās izomērijas veids - pozīcijas izomērija rodas, ja funkcionālās grupas, atsevišķi heteroatomi vai vairākas saites atrodas dažādās ogļūdeņraža skeleta vietās. Strukturālie izomēri var piederēt pie dažādām organisko savienojumu klasēm, tāpēc tie var atšķirties ne tikai pēc fizikālajām, bet arī ķīmiskajām īpašībām. Uz att. 5 ir parādīti trīs savienojuma C3H8O izomēri, divi no tiem ir spirti, bet trešais ir ēteris.

Rīsi. 5. Pozicionējiet izomērus

Bieži vien pozīcijas izomēru struktūras atšķirības ir tik acīmredzamas, ka pat nav nepieciešams tos garīgi apvienot telpā, piemēram, butēna vai dihlorbenzola izomēri (6. att.):

Rīsi. 6. Butēna un dihlorbenzola izomēri

Dažkārt strukturālie izomēri apvieno ogļūdeņražu skeleta izomērijas un pozicionālās izomērijas pazīmes (7. att.).

Rīsi. 7. Divu veidu strukturālās izomērijas kombinācija

Izomērijas jautājumos teorētiskie apsvērumi un eksperiments ir savstarpēji saistīti. Ja apsvērumi liecina, ka nevar būt izomēru, tad eksperimentiem vajadzētu parādīt to pašu. Ja aprēķini norāda uz noteiktu izomēru skaitu, tad tos var iegūt tikpat daudz vai mazāk, bet ne vairāk - nevar iegūt visus teorētiski aprēķinātos izomērus, jo starpatomu attālumi vai saites leņķi piedāvātajā izomērā var būt ārpus diapazona. Vielai, kas satur sešas CH grupas (piemēram, benzols), teorētiski ir iespējami 6 izomēri (8. att.).

Rīsi. 8. Benzola izomēri

Pirmie pieci no parādītajiem izomēriem pastāv (otrais, trešais, ceturtais un piektais izomērs tika iegūts gandrīz 100 gadus pēc benzola struktūras noteikšanas). Pēdējais izomērs, visticamāk, nekad netiks iegūts. Tas ir attēlots kā sešstūris, un tas ir vismazāk ticams, tā deformācijas noved pie struktūrām slīpas prizmas, trīs staru zvaigznes, nepilnīgas piramīdas un dubultās piramīdas (nepilnīga oktaedra) formā. Katrā no šīm opcijām ir vai nu ļoti atšķirīgas C-C saites, vai arī stipri izkropļoti saites leņķi (9. attēls):

Ķīmiskās pārvērtības, kuru rezultātā strukturālie izomēri pārvēršas viens otrā, sauc par izomerizāciju.

stereoizomerisms

rodas atomu atšķirīgā izvietojuma dēļ telpā ar vienādu saišu secību starp tiem.

Viens no stereoizomērijas veidiem ir cis-trans-izomerisms (cis- latu. viena puse, trans - latu. cauri, pretējās pusēs) tiek novērots savienojumos, kas satur vairākas saites vai plakanus ciklus. Atšķirībā no vienas saites, daudzkārtēja saite neļauj atsevišķiem molekulas fragmentiem griezties ap to. Lai noteiktu izomēra veidu, caur dubultsaiti tiek garīgi izvilkta plakne un pēc tam tiek analizēts veids, kā aizvietotāji ir izvietoti attiecībā pret šo plakni. Ja identiskas grupas atrodas vienā plaknes pusē, tad šis cis-izomērs, ja atrodas pretējās pusēs - transs-izomērs:

Fizikālās un ķīmiskās īpašības cis- un transs-izomēri dažkārt manāmi atšķiras, maleīnskābē karboksilgrupas -COOH ir telpiski tuvas, var reaģēt (11. att.), veidojot maleīnskābes anhidrīdu (fumārskābei šī reakcija nenotiek):

Rīsi. 11. Maleīnskābes anhidrīda veidošanās

Plakanu ciklisku molekulu gadījumā nav nepieciešams garīgi zīmēt plakni, jo to jau nosaka molekulas forma, kā, piemēram, cikliskajos siloksānos (12. att.):

Rīsi. 12. Ciklosiloksāna izomēri

Sarežģītos metālu savienojumos cis Izomērs ir savienojums, kurā divas identiskas grupas no tām, kas ieskauj metālu, atrodas blakus. transs-izomērs, tos atdala citas grupas (13. att.):

Rīsi. 13. Kobalta kompleksa izomēri

Otrs stereoizomērijas veids - optiskā izomērija rodas, ja divi izomēri (saskaņā ar iepriekš formulēto definīciju divas molekulas, kas nav savietojamas telpā) ir viens otra spoguļattēli. Šī īpašība piemīt molekulām, kuras var attēlot kā vienu oglekļa atomu ar četriem dažādiem aizvietotājiem. Centrālā oglekļa atoma valences, kas saistītas ar četriem aizvietotājiem, ir vērstas uz mentālā tetraedra virsotnēm - regulāru tetraedru ( cm. ORBITAL) un ir stingri fiksēti. Attēlā ir parādīti četri dažādi aizvietotāji. 14 četru bumbiņu veidā ar dažādām krāsām:

Rīsi. 14.Oglekļa atoms ar četriem dažādiem aizvietotājiem

Lai konstatētu iespējamo optiskā izomēra veidošanos, ir nepieciešams (15. att.) atstarot molekulu spogulī, tad spoguļattēls jāuzņem kā reāla molekula, jānovieto zem sākotnējās tā, lai to vertikālās asis sakristu un pagrieziet otro molekulu ap vertikālo asi tā, lai sarkanā bumba augšējā un apakšējā molekulas atrastos viena zem otras. Rezultātā sakrīt tikai divu bumbiņu, bēšā un sarkanā, novietojums (apzīmēts ar dubultām bultiņām). Ja pagriežat apakšējo molekulu tā, lai zilās bumbiņas būtu izlīdzinātas, tad atkal sakritīs tikai divu bumbiņu, bēšā un zilā, pozīcijas (arī atzīmētas ar dubultbultiņām). Viss kļūst acīmredzams, ja šīs divas molekulas ir garīgi apvienotas telpā, ieliekot vienu otrā, kā nazis apvalkā, sarkanā un zaļā bumbiņa nesakrīt:

Jebkurai divu šādu molekulu savstarpējai orientācijai telpā nav iespējams panākt pilnīgu sakritību, ja tās tiek apvienotas, saskaņā ar definīciju tie ir izomēri. Ir svarīgi atzīmēt, ka, ja centrālajam oglekļa atomam ir nevis četri, bet tikai trīs dažādi aizvietotāji (tas ir, divi no tiem ir vienādi), tad, kad šāda molekula tiek atspoguļota spogulī, optiskais izomērs neveidojas, tā kā molekulu un tās atspulgu var apvienot telpā (16. att.):

Papildus ogleklim kā asimetrisks centri var darboties arī citi atomi, kuros uz tetraedra stūriem ir vērstas kovalentās saites, piemēram, silīcijs, alva, fosfors.

Optiskā izomērija rodas ne tikai asimetriska atoma gadījumā, tā tiek realizēta arī dažās karkasa molekulās noteikta skaita dažādu aizvietotāju klātbūtnē. Piemēram, rāmja ogļūdeņraža adamantānam, kuram ir četri dažādi aizvietotāji (17. att.), var būt optiskais izomērs, bet visa molekula pilda asimetriskā centra lomu, kas kļūst acīmredzams, ja adamantāna rāmis tiek garīgi saraujies punktu. Tāpat arī siloksāns, kuram ir kubiskā struktūra (17. att.), kļūst optiski aktīvs četru dažādu aizvietotāju gadījumā:

Rīsi. 17. Optiski aktīvās karkasa molekulas

Varianti ir iespējami, ja molekula nesatur asimetrisku centru pat latentā formā, bet pati var būt kopumā asimetriska, bet ir iespējami arī optiskie izomēri. Piemēram, berilija kompleksā savienojumā divi cikliskie fragmenti atrodas savstarpēji perpendikulārās plaknēs, šajā gadījumā optiskā izomēra iegūšanai pietiek ar diviem dažādiem aizvietotājiem (18. att.). Ferocēna molekulai, kurai ir piecšķautņu prizmas forma, vienam un tam pašam mērķim nepieciešami trīs aizvietotāji, ūdeņraža atoms šajā gadījumā pilda viena no aizvietotājiem (18. att.):

Rīsi. 18. Asimetrisko molekulu optiskā izomērija

Vairumā gadījumu savienojuma strukturālā formula ļauj saprast, kas tieši tajā būtu jāmaina, lai viela būtu optiski aktīva.

Sintezējot optiski aktīvos stereoizomērus, parasti iegūst pa labi un pa kreisi rotējošu savienojumu maisījumu. Izomēru atdalīšanu veic, izomēru maisījumam reaģējot ar reaģentiem (bieži vien dabiskas izcelsmes), kas satur asimetrisku reakcijas centru. Daži dzīvie organismi, tostarp baktērijas, dod priekšroku kreiso izomēru metabolismam.

Šobrīd ir izstrādāti procesi (saukti par asimetrisko sintēzi), kas dod iespēju mērķtiecīgi iegūt konkrētu optisko izomēru.

Ir reakcijas, kas ļauj pārvērst optisko izomēru tā antipodā ( cm. VOLDENA SARUNAS).

Mihails Levitskis

Tautomerisms

« tautos" - tas pats, " meros"- dalīties, daļa ( grieķu valoda).

Tautomerisms- izomēru dinamiskas atgriezeniskas transformācijas parādība, kas notiek ar saišu pārrāvumu un veidošanos un ko pavada atomu (visbiežāk protonu) un retāk atomu grupu kustība.

Izomēru formas ir tautomēri.

Atšķirībā no strukturālajiem izomēriem tautomēri, kā likums, nevar pastāvēt atsevišķi viens no otra. Neatkarīgi tos iegūt nav iespējams.

Tautomēru vielu galvenā iezīme ir to dubultā reakcija - spēja veidot divas atvasinājumu sērijas viena savienojuma divu izomēru formu, kas atrodas līdzsvarā, atsevišķas un neatkarīgas reakcijas rezultātā.

Tautomērijas veidi

ģeometriskā izomērija

Sava veida stereoizomerisms, ko nosaka atšķirība telpiskajā izkārtojumā aizvietotāju pāra molekulās attiecībā pret dubultās saites vai cikla plakni.

Tas ir saistīts ar faktu, ka šo vielu molekulās atomu brīva rotācija ap σ-saitēm (cikloalkāni) un attiecībā pret π-saitēm (alkāni) nav iespējama.

Z,E-nomenklatūra (tri- un tetra-aizvietotiem alkēniem).

Izomēra konfigurāciju nosaka vecāko aizvietotāju relatīvais izvietojums. Vienā plaknes pusē ir Z-izomērs; dažādos veidos - E-izomērs.

Prioritātes noteikšana balstās uz elementa atomu skaitu. Identisku atomu gadījumā grupas vecumu nosaka atomu "otrais apvalks":

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

Grupām ar dažāda veida pieslēgumiem darba stāžs palielinās rindās:

CH2OH< -COH < COR < COOH

CH2NH2< -CH=NH < -CN

E-izomērs Z-izomērs

Sakarā ar to, ka attālumi starp aizvietotājiem izomēru molekulās ir atšķirīgi, pēdējie būtiski atšķiras pēc to ķīmiskajām un fizikālajām īpašībām. Tos var atdalīt un pastāvēt atsevišķi.

Viena izomēra pāreja uz otru - izomerizācija parasti notiek karsējot vai apstarojot.

konformācijas izomerisms

Sava veida stereoizomerisms, ko nosaka atšķirības aizvietotāju telpiskajā izkārtojumā molekulās, kas izriet no brīvas rotācijas ap σ-saitēm.

Šie izomēri atšķiras pēc stabilitātes. Stabilākas konformācijas, kas ir fiksētas fizikālās un ķīmiskās metodes tiek saukti par konformeriem.

Konformeru attēls - Ņūmena projekcijas:

Jo lielāks ir ūdeņraža atomu savstarpējās atgrūšanas spēks, jo lielāka ir sistēmas enerģija; tāpēc kavētā konformācija atbildīs molekulas minimālajai potenciālajai enerģijai.

Pieņemot dažādas konformācijas, molekulas paliek ķīmiski viendabīgas; konformācijas nav tipiski izomēri. Tomēr dažos gadījumos (ar ciešu molekulu iepakošanu) ir iespējams atdalīt dažādas formas.

Bioorganisko molekulu (enzīmu, vitamīnu, proteīnu, nukleīnskābju) konformācijām ir izšķiroša loma to bioloģiskās aktivitātes izpausmē.

Koformācijas ciklisko ogļūdeņražu sērijā:

Konfigurācijas izomerisms

Ciklisko savienojumu masas struktūras satur dažāda rakstura aizvietotāju pozīcijas:

Optiskā izomērija

Daži organiskie savienojumi ir optiski aktīvi. Tie spēj mainīt gaismas polarizācijas plakni, kad tā iet cauri matērijas paraugam (1815, J. Biot).

Gaisma ir elektromagnētiskie viļņi, kuru svārstības ir perpendikulāras to izplatīšanās virzienam. Dabiskajā (saules) gaismā šīs svārstības notiek dažādās plaknēs.

Optiski aktīvie savienojumi pagriež polarizācijas plakni noteiktā leņķī pa labi (labroči) vai pa kreisi (kreisajiem).

Izomēri, kas griež polarizācijas plakni dažādos virzienos, bet vienā leņķī, ir antipodi (enantiomēri).

Racēmisks maisījums (racemāts) - maisījums, kas sastāv no vienāda daudzuma kreiso un labo izomēru. Racemāts ir optiski neaktīvs.

Optiskā aktivitāte ir raksturīga savienojumiem, kas satur
sp 3 -hibrīda atoms (masas molekulas). Ja šāds atoms ir saistīts ar četriem dažādiem aizvietotājiem, tad rodas izomēru pāri, kuros izomēru molekulas savā telpiskajā organizācijā ir saistītas viena ar otru tāpat kā objekts un spoguļattēls.

Enantiomēru attēls

Lai struktūru saistītu ar rotāciju, tika ierosināts izvēlēties standarta savienojumu un salīdzināt ar to visus citus savienojumus, kas satur hirālo centru. tika izvēlēts kā standarts
2,3-dioksipropanāls (gliceraldehīds):

R,S - nomenklatūra

Lai piešķirtu stereoizomēru, ir jānosaka tajā esošo aizvietotāju vecums ( sērijas numurs elements - kā Z,E-izomerisma gadījumā). Novērotāja skatiens ir vērsts pa asi C-jaunākais vietnieks (H). Pēc šīs orientācijas redzams, ka trīs aizvietotāji ir sakārtoti rindā virzienā no vecākā uz jaunāko. R-konfigurācijas gadījumā šī secība atbilst kustības virzienam pulksteņrādītāja virzienā, S-konfigurācijas gadījumā - pretēji pulksteņrādītāja virzienam.

Ja molekulai ir vairāki hirālie centri, tad izomēru skaits palielinās un ir vienāds ar 2 n, kur n ir hirālo centru skaits.

Atšķirībā no strukturālajiem izomēriem, enantiomēri lielākajā daļā to īpašību ir identiski viens otram. Tās atšķiras tikai mijiedarbībā ar plaknes polarizēto gaismu un mijiedarbībā ar vielām, kas arī ir hirālas.

Organismā reakcijas notiek, piedaloties biokatalizatoriem - fermentiem. Fermenti tiek veidoti no hirālām α-aminoskābju molekulām. Tāpēc tie spēlē hirālo reaģentu lomu, kas ir jutīgi pret substrātu hiralitāti, kas mijiedarbojas ar tiem (bioķīmisko procesu stereospecifiskums). Tas noved pie tā, ka hirālie dabiskie savienojumi parasti ir pārstāvēti tikai ar vienu stereoizomēru formu (D-ogļhidrāti, L-aminoskābes).

Stereospecifiskums ir viena no enantiomēru bioloģiskās iedarbības izpausmes pamatā, savukārt otrs izomērs var būt neaktīvs un dažreiz tam ir atšķirīgs vai pat pretējs efekts.

1.3. Ķīmiskā saite organiskajos savienojumos

Veidojot ķīmisko saiti, tiek atbrīvota enerģija, tāpēc divu jaunu valences iespēju parādīšanās noved pie papildu enerģijas izdalīšanās (1053,4 kJ/mol), kas pārsniedz enerģiju, kas iztērēta 2s elektronu atdalīšanai (401 kJ/mol).

Saišu veidošanās laikā dažādu formu (s, p) orbitāles sajaucas, iegūstot jaunas līdzvērtīgas hibridizētas orbitāles (hibridizācijas teorija, L. Paulings, D. Sleiters, 1928-1931). Hibridizācijas jēdziens attiecas tikai uz molekulām, nevis uz atomiem, un hibridizējas tikai orbitāles, nevis uz tām esošie elektroni.

Atšķirībā no nehibridizētām s- un p-orbitālēm, hibrīda orbitāle ir polāra (elektronu blīvums ir nobīdīts) un spēj veidot spēcīgākas saites.

Izomēri- vielas ar vienādu molekulāro struktūru, bet atšķirīgu ķīmisko struktūru un īpašībām.

Izomērijas veidi

es. Strukturāls - sastāv no atšķirīgas savienojošo atomu secības molekulas ķēdē:

1) Ķēdes izomērija

Jāņem vērā, ka oglekļa atomi iekš sazarota ķēde atšķiras pēc savienojuma veida ar citiem oglekļa atomiem. Tādējādi tiek saukts oglekļa atoms, kas saistīts tikai ar vienu citu oglekļa atomu primārs, ar diviem citiem oglekļa atomiem - sekundārais, ar trim - terciārais, ar četriem Kvartārs.

2) Pozīcijas izomērija

3) Starpklases izomerisms

4) Tautomerisms

Tautomerisms(no grieķu ταύτίς - tas pats un μέρος - mērs) - atgriezeniskas izomērijas parādība, kurā divi vai vairāki izomēri viegli nonāk viens otrā. Šajā gadījumā tiek izveidots tautomērs līdzsvars, un viela vienlaikus satur visu izomēru molekulas noteiktā proporcijā. Visbiežāk tautomerizācija notiek, kad ūdeņraža atomi pārvietojas no viena molekulas atoma uz otru un atpakaļ tajā pašā savienojumā.

II. Telpiskais (stereo) - atomu vai grupu atšķirīgās pozīcijas attiecībā pret dubultsaiti vai ciklu, izņemot savienoto oglekļa atomu brīvo rotāciju

1. Ģeometriskā (cis -, trans - izomērija)

Ja oglekļa atoms molekulā ir saistīts ar četriem dažādiem atomiem vai atomu grupām, piemēram:

tad ir iespējama divu savienojumu esamība ar vienādu strukturālo formulu, bet atšķiras pēc telpiskās struktūras. Šādu savienojumu molekulas ir saistītas viena ar otru kā objektu un tā spoguļattēlu un ir telpiski izomēri.

Šāda veida izomērismu sauc par optisko, izomērus - optiskos izomērus vai optiskos antipodus:

Optisko izomēru molekulas nav savietojamas telpā (gan pa kreisi, gan pa labi labā roka), tiem trūkst simetrijas plaknes.
Pa šo ceļu,

• optiskie izomēri tiek saukti telpiskie izomēri, kuru molekulas ir saistītas viena ar otru kā objektu un nesavienojamu spoguļattēlu.

Aminoskābes optiskie izomēri

3. konformācijas izomerisms

Jāņem vērā, ka atomi un atomu grupas, kas savā starpā savienotas ar σ-saiti, pastāvīgi griežas ap saites asi, ieņemot dažādas pozīcijas telpā attiecībā pret otru.

Molekulas, kurām ir vienāda struktūra un kuras rotācijas rezultātā atšķiras pēc atomu telpiskā izvietojuma C-C saites tiek saukti par konformeriem.

Lai attēlotu konformācijas izomērus, ir ērti izmantot Ņūmena projekcijas formulas:

Konformācijas izomērijas fenomenu var aplūkot arī, izmantojot cikloalkānu piemēru. Tātad cikloheksānu raksturo konformeri:

Formulu veidi, kurus mēs aplūkojām iepriekš, aprakstot organiskās vielas, parāda, ka vienai molekulārajai formulai var atbilst vairākas dažādas strukturālās formulas.

Piemēram, molekulārā formula C2H6O atbilst divas vielas ar dažādām strukturālajām formulām - etilspirts un dimetilēteris. Rīsi. viens.

Etilspirts ir šķidrums, kas reaģē ar metāla nātriju, izdalot ūdeņradi, vārās +78,50C. Tādos pašos apstākļos dimetilēteris, gāze, kas nereaģē ar nātriju, vārās -230C.

Šīs vielas atšķiras pēc savas struktūras – dažādas vielas atbilst vienai molekulārai formulai.

Rīsi. 1. Starpklases izomerisms

Vienāda sastāva, bet atšķirīgas struktūras un līdz ar to atšķirīgu īpašību vielu esamības fenomenu sauc par izomerismu (no grieķu vārdiem "isos" - "vienāds" un "meros" - "daļa", "dalība").

Izomērijas veidi

Ir dažādi izomērijas veidi.

Strukturālā izomērija ir saistīta ar atšķirīgu atomu savienojuma secību molekulā.

Etanols un dimetilēteris ir strukturāli izomēri. Tā kā tie pieder pie dažādām organisko savienojumu klasēm, šāda veida strukturālo izomēriju sauc arī starpklasēm . Rīsi. viens.

Strukturālie izomēri var būt arī vienā savienojumu klasē, piemēram, formula C5H12 atbilst trīs dažādiem ogļūdeņražiem. to oglekļa skeleta izomērija. Rīsi. 2.

Rīsi. 2 Vielu piemēri - strukturālie izomēri

Ir strukturāli izomēri ar vienādu oglekļa karkasu, kas atšķiras pēc vairāku saišu (dubultās un trīskāršās) vai atomu, kas aizvieto ūdeņradi, novietojuma. Šo strukturālo izomēriju sauc pozīcijas izomērija.

Rīsi. 3. Strukturālā stāvokļa izomērija

Molekulās, kurās ir tikai atsevišķas saites, istabas temperatūrā ir iespējama gandrīz brīva molekulas fragmentu rotācija ap saitēm, un, piemēram, visi 1,2-dihloretāna formulu attēli ir līdzvērtīgi. Rīsi. četri

Rīsi. 4. Hlora atomu novietojums ap vienotu saiti

Ja rotācija ir apgrūtināta, piemēram, cikliskā molekulā vai ar dubultsaiti, tad ģeometriskā vai cis-trans izomērija. Cis izomēros aizvietotāji atrodas vienā gredzena plaknes vai dubultās saites pusē, trans izomēros tie atrodas pretējās pusēs.

Cis-trans izomēri pastāv, kad divi dažādi vietnieks. Rīsi. 5.

Rīsi. 5. Cis un trans izomēri

Cits izomērijas veids rodas tāpēc, ka oglekļa atoms ar četrām atsevišķām saitēm ar aizvietotājiem veido telpisku struktūru - tetraedru. Ja molekulā ir vismaz viens oglekļa atoms, kas saistīts ar četriem dažādiem aizvietotājiem, optiskā izomērija. Šādas molekulas nesakrīt ar to spoguļattēlu. Šo īpašumu sauc par hiralitāti - no grieķu valodas Arhier- "roka". Rīsi. 6. Optiskā izomērija ir raksturīga daudzām molekulām, kas veido dzīvos organismus.

Rīsi. 6. Optisko izomēru piemēri

To sauc arī par optisko izomēriju enantiomēri (no grieķu val enantios- "pretī" un meros- "daļa") un optiskie izomēri - enantiomēri . Enantiomēri ir optiski aktīvi, tie pagriež gaismas polarizācijas plakni par tādu pašu leņķi, bet iekšā pretējās puses: d- , vai (+)-izomērs, - pa labi, l- , vai (-)-izomērs, - pa kreisi. Tiek saukts vienāda daudzuma enantiomēru maisījums racemāts, ir optiski neaktīvs un apzīmēts ar simbolu d,l- vai (±).

AVOTI

video avots - http://www.youtube.com/watch?v=mGS8BUEvkpY

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

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

prezentācijas avots - 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

prezentācijas avots - http://mirhimii.ru/10class/174-izomeriya.html

Lekcija Nr.5

Tēma "Izomerisms un tā veidi"

Nodarbības veids: kombinēts

Mērķis: 1. Atklāt struktūras teorijas galveno nostāju par izomērijas fenomenu. Sniedziet vispārēju priekšstatu par izomērijas veidiem. Parādiet galvenos struktūras teorijas attīstības virzienus uz stereoizomērijas piemēra.

2. turpināt veidot spēju veidot izomēru formulas, dot vielām nosaukumus pēc formulām.

3. attīstīt kognitīvu attieksmi pret mācīšanos

Aprīkojums: Stjuarta-Briegleba molekulu modeļi, krāsains plastilīns, sērkociņi, cimdu pāris, ķimeņu sēklas, piparmētru košļājamā gumija, trīs mēģenes.

Nodarbības plāns

sveiciens, zvans

Pamatzināšanu aptauja

Jauna materiāla apgūšana:

Struktūras teorija un izomērijas fenomens;

Izomērijas veidi;

Noenkurošanās

Nodarbības progress

2. Pamatzināšanu aptauja: frontāli

Pēc kādiem kritērijiem organiskie savienojumi tiek klasificēti, paskaidrojiet, izmantojot diagrammu.

Kādas ir galvenās organisko savienojumu klases, to struktūras īpatnības

Izpildi vingrinājumu Nr.1 ​​un 2 §6. Viens skolēns pie tāfeles, pārējie burtnīcās

3. Jauna materiāla apgūšana: Struktūras teorija un izomērijas fenomens

Atgādiniet izomērijas un izomēru definīciju. Paskaidrojiet to pastāvēšanas iemeslu.

Izomērijas fenomenu (no grieķu valodas isos — atšķirīgs un meros — daļa, daļa) 1823. gadā atklāja J. Lībigs un F. Vēlers, izmantojot divu neorganisko skābju sāļu piemēru: ciānskābju un fulminantu. DEGUNS = N ciāna; H-O-N = C grabošs

1830. gadā J. Dimā izomērijas jēdzienu attiecināja arī uz organiskajiem savienojumiem. Termins "izomērs" parādījās gadu vēlāk, un to ierosināja J. Berzellius. Tā kā tajā laikā gan organisko, gan neorganisko vielu struktūras jomā valdīja pilnīgs haoss, atklājumam netika piešķirta liela nozīme.

Zinātnisku skaidrojumu izomērijas fenomenam sniedza A.M.Butlerovs struktūras teorijas ietvaros, savukārt ne tipu teorija, ne radikāļu teorija neatklāja šīs parādības būtību. A.M.Butlerovs izomērijas cēloni saskatīja apstāklī, ka izomēru molekulās atomi ir savienoti citā secībā. Struktūras teorija ļāva paredzēt iespējamo izomēru skaitu un to uzbūvi, ko praksē lieliski apstiprināja pats A.M.Butlerovs un viņa sekotāji.

Izomērijas veidi: sniedziet izomēru piemēru un iesakiet pazīmi, pēc kuras izomērus varētu klasificēt?(Acīmredzot, bāze būs izomēru molekulu struktūra). Es izskaidroju materiālu, izmantojot diagrammu:

Ir divi izomērijas veidi: strukturālais un telpiskais (stereoizomerisms). Strukturālie izomēri ir tie, kuriem ir atšķirīga atomu saišu secība molekulā. Telpiskajiem izomēriem katrā oglekļa atomā ir vienādi aizvietotāji, taču tie atšķiras pēc to īpašībām savstarpēja vienošanās kosmosā.

Strukturālā izomērija ir trīs veidu: starpklases izomērija, kas saistīta ar oglekļa skeleta struktūru, un pozīcijas izomērija funkcionālā grupa vai vairākkārtēja saite.

Starpklases izomēri satur dažādas funkcionālās grupas un pieder pie dažādām organisko savienojumu klasēm, un tāpēc starpklašu izomēru fizikālās un ķīmiskās īpašības būtiski atšķiras.

Oglekļa skeleta izomerisms jums jau ir pazīstams, fizikālās īpašības ir atšķirīgas, un ķīmiskās īpašības ir līdzīgas, jo šīs vielas pieder vienai klasei.

Funkcionālās grupas vai vairāku saišu pozīcijas izomērija. Fizikālās īpašībasšādi izomēri ir atšķirīgi, bet ķīmiskie ir līdzīgi

Ģeometriskā izomērija: ir dažādas fizikālās konstantes, bet līdzīgas ķīmiskās īpašības

Optiskie izomēri ir viens otra spoguļattēli; kā divas plaukstas, tās nav iespējams salikt kopā tā, lai tās sakristu.

4. Fiksācija: atpazīt izomērus, noteikt izomērijas veidu vielās, kuru formulas: veikt 3. vingrinājumu 7. §