Лекція 2. Ізомерія
Ізомерія - явище, що полягає в існуванні сполук,
однакових за якісним і кількісним складом, але
відрізняються порядком зв'язування атомів в молекулі або
розташуванням їх у просторі, а внаслідок цього мають
різні фізико-хімічні властивості.
Вперше термін «ізомери» запровадив 1830 р.
шведський хімік Й.Я. Берцеліус.
Розрізняють два основні види ізомерії – структурну (ізомерію
будови) та просторову (стереоізомерію).
Типи ізомерій
Структурна ізомерія поділяється на:
ізомерію вуглецевого ланцюга (наприклад, С5Н12 – нпентан, 2-метилбутан, 2,2-диметилпропан):
ізомерію положення (наприклад, C6H4(CH3)2 – 1,2диметилбензен, 1,3-диметилбензен, 1,4-диметилбензен):
Ізомерія положення заступників у циклопентані
Ізомерія із зміною розміру циклу
Ізомерія положення кратного зв'язку
Ізомерія функціональних груп (міжкласова)
Альдегід – кетон – ненасичений спирт
Міжкласова ізомерія: алкени – циклоалкани
Дієни – алкіни – циклоалкени
Міжкласова ізомерія: альдегіди – кетони
Альдегід – ненасичений спирт – ненасичений простий ефір
Валентна ізомерія
Валентна – особливий вид структурної ізомерії, коли він ізомери
можна перевести друг в друга лише рахунок перерозподілу зв'язків.
Наприклад, валентними ізомерами бензолу (V) (формула Кекуле) є
біцикло[2.2.0]гекса-2,5-дієн (VI, «бензол Дьюара»), призман (VII,
«бензол Ладенбурга»), бенвален (VIII).
Схема синтезу валентних ізомерів бензолу
Просторова ізомерія
Речовини, що мають однаковий склад і порядок зв'язування
атомів у молекулі, але відрізняються один від одного їх розташуванням
у просторі, називаються просторовими ізомерами або стереоізомерами.
Для характеристики пространственных различий в стереоизомерии
используют понятия конфигурация и конформация.
Конфігурація – те чи інше відносне розташування атомів у
просторі.
Метан
Етилен
Ацетилен
Тетраэдрическая
конфигурация,
угол Н–С–Н = 109º28´
Плоскостная
конфигурация,
угол Н–С–Н = 120º
Линейная
конфигурация,
угол Н–С–С = 180º
Конформація – різне просторове розташування атомів чи
атомних груп у молекулах певної конфігурації, обумовлене обертанням
навколо σ-зв'язків.
Наприклад, у молекулі етану Н3С–СН3 внаслідок обертання навколо С–С-зв'язку
змінюється просторове положення однієї метильної групи щодо іншої. При цьому
молекула приймає множину конформацій (конформаційна ізомерія).
Конформаційна ізомерія молекули циклогексану
Геометрична (цис-, транс-) ізомерія
Цис-, транс-ізомерія 1,2-дихлоретилену та 1,2-диброметилену
Оптична ізомерія
Явище оптичної ізомерії обумовлено асиметрією молекул – хіральністю, що
може бути пов'язані з асиметрією вуглецевого атома (атомів), чи асиметрією молекули
загалом. Асиметричний вуглецевий атом – це атом, пов'язаний із чотирма різними
замісниками (позначається *), наприклад, C*H(CH3)(C2H5)NH2.
Хіральні молекули немає елементів симетрії
(площини, центру чи осі симетрії) і може бути
поєднані зі своїм дзеркальним зображенням.
Оптична ізомерія циклоалканів
Оптична ізомерія й у циклоалканов, молекули яких немає
площині симетрії.
Схема утворення поляризованого світла та обертання площини
поляризації оптично активною речовиною
1 – звичайне світло; 2 – призма Ніколя; 3 – площина
поляризації; 4 – поляризоване світло; 5 – оптично активна
речовина.
Хіральні молекули виявляють оптичну активність,
тобто. обертають площину поляризації поляризованого
світла вправо (+) або вліво (–).