Isomeri

Den aktuella versionen av sidan har ännu inte granskats av erfarna bidragsgivare och kan skilja sig väsentligt från versionen som granskades den 13 januari 2022; kontroller kräver 9 redigeringar .

Isomerism (från annan grekisk ἴσος  - lika + μέρος  - andel, del) - ett fenomen som består i förekomsten av kemiska föreningar - isomerer - identiska i atomsammansättning och molekylvikt, men skiljer sig i strukturen eller arrangemanget av atomer i rymden och p.g.a. till detta, efter fastigheter.

Historisk information

Som ett resultat av diskussionen mellan J. Liebig och F. Wöhler 1823 fastställdes det att det finns två ämnen med AgCNO-sammansättning som är kraftigt olika i egenskaper - cyanat ( AgNCO) och fulminat ( AgONC ) silver . Ett annat exempel var vin- och vinsyror , efter studien av vilka J. Berzelius introducerade termen "isomerism" 1830 och föreslog att skillnaderna uppstår på grund av "den olika fördelningen av enkla atomer i en komplex atom" (det vill säga i modern tid) termer, molekyl).

Den sanna förklaringen av isomerism mottogs först under andra hälften av 1800-talet på grundval av teorin om den kemiska strukturen hos A. M. Butlerov (strukturell isomerism) och J. G. van't Hoffs stereokemiska läror (spatial isomerism).

Strukturell isomerism

Strukturell isomerism är resultatet av skillnader i kemisk struktur. Denna typ inkluderar:

Isomerism av kolkedjan (kolskelett)

Isomerism av kolskelettet , på grund av kolatomernas olika bindningsordning. Det enklaste exemplet är butan CH3 - CH2 - CH2 - CH3 och isobutan ( CH3 ) 3CH . Andra exempel: antracen och fenantren (formlerna I respektive II), cyklobutan och metylcyklopropan (III och IV).

Valensisomerism

Valensisomerism är en speciell typ av strukturell isomerism, där isomerer kan omvandlas till varandra endast på grund av omfördelningen av bindningar. Till exempel är valensisomererna av bensen (V) bicyklo[2.2.0]hexa-2,5-dien (VI, "Dewars bensen"), prisman (VII, "Ladenburgs bensen"), bensvalen (VIII).

Funktionell gruppisomerism (interklassisk isomerism)

Den skiljer sig åt i den funktionella gruppens natur; till exempel etanol (CH3 - CH2 - OH ) och dimetyleter ( CH3 - O -CH3 ).

Positionisomerism

En typ av strukturell isomerism som kännetecknas av en skillnad i positionen för samma funktionella grupper eller flera bindningar med samma kolskelett. Exempel: 2-klorsmörsyra och 4-klorsmörsyra.

Metamerism

Metamerism är en typ av strukturell isomerism , som kännetecknas av en annan fördelning av kolatomer mellan flera kolväteradikaler separerade i en molekyl av en heteroatom . Metamerism är känd i serien av alifatiska etrar , estrar , tioalkoholer och aminer . Termen används numera sällan.

A. M. Butlerov påpekade också denna typ av isomerism och kallade den "isomerism av icke-fasta strukturer".

Exempel : CH3CH2OCH2CH3  - dietyleter och CH3OCH2CH2CH3 - metylpropyleter  . _ _ _ _ _ _ _ _ _

Spatial isomerism (stereoisomerism)

Spatial isomerism (stereoisomerism) uppstår som ett resultat av skillnader i den rumsliga konfigurationen av molekyler som har samma kemiska struktur. För att beteckna rumsliga isomerer av olika typer har en stereokemisk nomenklatur utvecklats, samlad i avsnitt E i IUPAC nomenklaturreglerna för kemi .

Denna typ av isomerism är uppdelad i enantiomerism (optisk isomerism) och diastereomerism .

Enantiomerism (optisk isomerism)

Enantiomerer (optiska isomerer, spegelisomerer) är par av optiska antipoder - ämnen som kännetecknas av motsatta i tecken och lika stora rotationer av ljusets polariseringsplan med identiteten av alla andra fysikaliska och kemiska egenskaper (med undantag för reaktioner med andra optiskt aktiva substanser och fysikaliska egenskaper i ett kiralt medium). Det nödvändiga och tillräckliga skälet till uppkomsten av optiska antipoder är att molekylen tillhör en av följande punktsymmetrigrupper : Cn , Dn , T, O eller I ( kiralitet ). Oftast talar vi om en asymmetrisk kolatom, det vill säga en atom associerad med fyra olika substituenter.

Andra atomer kan också vara asymmetriska, såsom kiselatomer , kväve , fosfor , svavel . Närvaron av en asymmetrisk atom är inte den enda anledningen till enantiomerer. Så, derivat av adamantan (IX), ferrocen (X), 1,3-difenylallen (XI), 6,6'-dinitro-2,2'-difensyra (XII) har optiska antipoder. Anledningen till den optiska aktiviteten hos den senare föreningen är atropisomerism , det vill säga rumslig isomerism orsakad av avsaknaden av rotation runt en enkelbindning. Enantiomerism förekommer också i de spiralformade konformationerna av proteiner , nukleinsyror , i hexahelycen (XIII).

Diastereomerism

Varje kombination av rumsliga isomerer som inte bildar ett par optiska antipoder anses diastereomera. Det finns σ- och π-diastereomerer.

σ—diastereomerism

σ-diastereomerer skiljer sig från varandra i konfigurationen av några av de chiralitetselement de innehåller. Så, diastereomerer är (+)- vinsyra och meso-vinsyra, D-glukos och D-mannos, till exempel:

π—diastereomerism (geometrisk isomerism)

π-diastereomerer, även kallade geometriska isomerer , skiljer sig från varandra i det olika rumsliga arrangemanget av substituenter i förhållande till planet för dubbelbindningen (oftast C=C och C=N) eller ringen. Dessa inkluderar till exempel malein- och fumarsyror (formlerna XIV respektive XV), (E)- och (Z)-bensaldoximer (XVI och XVII), cis- och trans-1,2-dimetylcyklopentaner (XVIII och XIX) .

Isomerisering

Kemiska omvandlingar, som ett resultat av vilka strukturella isomerer omvandlas till varandra, kallas isomerisering . Sådana processer är viktiga inom industrin. Så till exempel utförs isomerisering av normala alkaner till isoalkaner för att öka oktantalet i motorbränslen; isomerisera pentan till isopentan för efterföljande dehydrering till isopren . Intramolekylära omlagringar är också isomeriseringar, av vilka till exempel Beckmann-omlagringen är av stor betydelse  - omvandlingen av cyklohexanonoxim till kaprolaktam (råvara för framställning av kapron ).

Processen för interomvandling av enantiomerer kallas racemisering : den leder till att optisk aktivitet försvinner som ett resultat av bildandet av en ekvimolär blandning av (−)- och (+)-former, det vill säga ett racemat. Interomvandlingen av diastereomerer leder till bildandet av en blandning i vilken den termodynamiskt mer stabila formen dominerar. När det gäller π-diastereomerer är detta vanligtvis trans-formen. Interomvandlingen av konformationella isomerer kallas konformationell jämvikt.

Fenomenet isomerism bidrar i hög grad till ökningen av antalet kända (och i ännu större utsträckning, antalet potentiellt möjliga) föreningar. Således är det möjliga antalet strukturella isomera decylalkoholer mer än 500 (av vilka cirka 70 är kända), det finns mer än 1500 rumsliga isomerer.

I det teoretiska övervägandet av problem med isomerism blir topologiska metoder mer och mer utbredda; matematiska formler härleds för att beräkna antalet isomerer[ vad? ] .

Se även

Litteratur

  • Fizer L., Fizer M. Organisk kemi. Avancerad kurs. vol. 1. per. från engelska, red. x. n. N. S. Vulfson. Ed. "Kemi". M., 1969.
  • Palm V. A. Introduktion till teoretisk organisk kemi, M., 1974;
  • Sokolov V. I. Introduction to theoretical stereochemistry, M., 1979;
  • Slanina 3. Teoretiska aspekter av fenomenet isomerism i kemi, övers. från Czech, M., 1984;
  • Potapov V. M. Stereochemistry M., 1988.
  • Stor encyklopedisk ordbok. Kemi. Utgivare: Great Russian Encyclopedia, 2003, ISBN 5-85270-253-6
  Gå till Wikidata-objektet  Ordböcker och uppslagsverk
I bibliografiska kataloger
 Strukturkemi
kemisk bindning
Strukturdisplay
Elektroniska egenskaper
Stereokemi