الايزومرية لموقف البدائل. تاريخ اكتشاف الايزومرية

مكاني

هيكل عظمي من الكربون

إعدادات

مطابق

الوضع الوظيفي

بصري

بين الطبقات

هندسي

1. الايزومرية الهيكلية

الايزومرات الهيكليةتختلف في التركيب الكيميائي، أي. طبيعة وتسلسل الروابط بين الذرات في الجزيء. يتم عزل الايزومرات الهيكلية إلى شكل نقي. إنها موجودة كمواد فردية ومستقرة، ومن أجل تحولها المتبادل فمن الضروري طاقة عالية- حوالي 350 - 400 كيلوجول/مول. فقط الأيزومرات الهيكلية - التوتومرات - هي في حالة توازن ديناميكي. Tautomerism هي ظاهرة شائعة في الكيمياء العضوية. يمكن تحقيق ذلك من خلال نقل ذرة هيدروجين متحركة في الجزيء (مركبات الكربونيل، الأمينات، الحلقات غير المتجانسة، إلخ)، والتفاعلات داخل الجزيئات (الكربوهيدرات).

يتم عرض جميع الأيزومرات الهيكلية في شكل صيغ هيكلية ويتم تسميتها وفقًا لتسمية IUPAC. على سبيل المثال، التركيبة C 4 H 8 O تتوافق مع الايزومرات الهيكلية:

أ)مع هيكل الكربون مختلفة

سلسلة C غير متفرعة - CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH=O (بوتانال، ألدهيد) و

سلسلة C متفرعة -

(2-ميثيل بروبانال، ألدهيد) أو

دورة - (سيكلوبوتانول، كحول دوري)؛

ب)مع موقف مختلف للمجموعة الوظيفية

بيوتانون -2، كيتون؛

الخامس)مع تكوين مختلفالمجموعة الوظيفية

3-بيوتينول-2، كحول غير مشبع؛

ز)metamerism

قد يتم تضمين مجموعة وظيفية من ذرة مغايرة في هيكل الكربون (دورة أو سلسلة). أحد الأيزومرات المحتملة لهذا النوع من الأيزومرية هو CH 3 -O-CH 2 -CH=CH 2 (3-methoxypropene-1, ether)؛

د)توتوميريزم (كيتو-إنول)

شكل انول شكل كيتو

Tautomers في حالة توازن ديناميكي، مع الشكل الأكثر استقرارًا، وهو شكل الكيتو، الذي يسود في الخليط.

بالنسبة للمركبات العطرية، يتم أخذ الأيزومرية الهيكلية في الاعتبار فقط بالنسبة للسلسلة الجانبية.

2. الأيزومرية المكانية (الأيزومرية الفراغية)

الأيزومرات المكانية لها نفس التركيب الكيميائي وتختلف في الترتيب المكاني للذرات في الجزيء. وهذا الاختلاف يخلق اختلافًا في الخواص الفيزيائية والكيميائية. يتم تصوير الأيزومرات المكانية في شكل إسقاطات مختلفة أو صيغ كيميائية مجسمة. فرع الكيمياء الذي يدرس البنية المكانية وتأثيرها على الخواص الفيزيائية والكيميائية للمركبات، وعلى اتجاه ومعدل تفاعلاتها، يسمى الكيمياء المجسمة.

أ)الايزومرية المطابقة (الدورية).

بدون تغيير زوايا الرابطة أو أطوال الرابطة، يمكن للمرء أن يتخيل العديد من الأشكال الهندسية (التشكلات) للجزيء، تختلف عن بعضها البعض في الدوران المتبادل لرباعي الأسطح الكربوني حول الرابطة σ-CC-C التي تربطها. ونتيجة لهذا الدوران تنشأ الأيزومرات الدوارة (المطابقات). إن طاقة المواد المطابقة المختلفة ليست هي نفسها، ولكن حاجز الطاقة الذي يفصل بين الأيزومرات المطابقة المختلفة يكون صغيرًا بالنسبة لمعظم المركبات العضوية. لذلك، في ظل الظروف العادية، كقاعدة عامة، من المستحيل تثبيت الجزيئات في شكل واحد محدد بدقة. عادةً ما تتحول العديد من الأيزومرات المطابقة بسهولة إلى بعضها البعض وتتعايش في حالة توازن.

يمكن النظر في طرق التصوير وتسميات الأيزومرات باستخدام مثال جزيء الإيثان. من أجل ذلك يمكننا التنبؤ بوجود مطابقتين تختلفان إلى الحد الأقصى في الطاقة، والتي يمكن تصويرها بالشكل توقعات المنظور(١) ("ماعز المنشرة") أو الإسقاطات رجل جديد(2):

التشكل المحظور التشكل الكسوف

في الإسقاط المنظوري (1) يجب تخيل اتصال CC-C وهو يسير في المسافة؛ ذرة الكربون الموجودة على اليسار قريبة من الراصد، وذرة الكربون الموجودة على اليمين أبعد عنه.

في إسقاط نيومان (2)، يعتبر الجزيء على طول اتصالات SS. تشير ثلاثة خطوط متباعدة بزاوية 120 درجة من مركز الدائرة إلى روابط ذرة الكربون الأقرب إلى الراصد؛ الخطوط "الخارجة" من خلف الدائرة هي روابط ذرة الكربون البعيدة.

يسمى التشكل الموضح على اليمين مشوشة . يذكرنا هذا الاسم بأن ذرات الهيدروجين في مجموعتي CH 3 متقابلتان. لقد أدى التشكل المكسوف إلى زيادة الطاقة الداخلية وبالتالي فهو غير مناسب. يسمى التشكل الموضح على اليسار تثبط ، مما يعني ضمناً أن الدوران الحر حول رابطة CC "مُمنع" في هذا الموضع، أي. يوجد الجزيء في الغالب في هذا التشكل.

يُطلق على الحد الأدنى من الطاقة اللازمة لتدوير جزيء ما حول رابطة معينة اسم حاجز الدوران لتلك الرابطة. يمكن التعبير عن حاجز الدوران في جزيء مثل الإيثان من حيث التغيير الطاقة الكامنةالجزيئات كدالة للتغيرات في زاوية ثنائي السطوح (الالتواء - τ) للنظام. يظهر الشكل 1 ملف الطاقة للدوران حول رابطة CC في الإيثان. يبلغ حاجز الدوران الذي يفصل بين شكلي الإيثان حوالي 3 كيلو كالوري / مول (12.6 كيلو جول / مول). يتوافق الحد الأدنى لمنحنى الطاقة المحتملة مع المطابقات المثبطة، ويتوافق الحد الأقصى مع المطابقات المغطاة. نظرًا لأن طاقة بعض التصادمات الجزيئية في درجة حرارة الغرفة يمكن أن تصل إلى 20 كيلو كالوري/مول (حوالي 80 كيلوجول/مول)، فإن هذا الحاجز البالغ 12.6 كيلوجول/مول يمكن التغلب عليه بسهولة ويعتبر الدوران في الإيثان حرًا. في خليط من جميع المطابقات الممكنة، تسود المطابقات المثبطة.

رسم بياني 1. مخطط الطاقة المحتملة لمطابقات الإيثان.

للمزيد من جزيئات معقدةيزداد عدد المطابقات المحتملة. نعم لاجل ن-يمكن بالفعل تصوير البوتان في ستة أشكال تنشأ عند الدوران حول الرابطة المركزية C 2 - C 3 وتختلف الموقف النسبيالفصل 3 - المجموعة. تختلف المطابقات المختلفة والمكسوفة للبيوتان في الطاقة. المطابقات المانعة هي أكثر ملاءمة بقوة.

يظهر شكل الطاقة للدوران حول الرابطة C 2 - C 3 في البيوتان في الشكل 2.

الصورة 2. مخطط الطاقة المحتملة لمطابقات n- البوتان.

بالنسبة للجزيء ذو السلسلة الكربونية الطويلة، يزداد عدد الأشكال المطابقة.

يتميز جزيء المركبات الحلقية بأشكال مختلفة من الدورة (على سبيل المثال، الهكسان الحلقي كرسي ذو ذراعين, حمام, إلتواء-نماذج).

لذا، فإن التطابقات هي أشكال مكانية مختلفة لجزيء له تكوين معين. المطابقات عبارة عن هياكل أيزومرية مجسمة تتوافق مع الحد الأدنى من الطاقة في مخطط الطاقة المحتملة، وهي في حالة توازن متحرك وقادرة على التحويل البيني عن طريق الدوران حول روابط σ بسيطة.

إذا أصبح الحاجز أمام مثل هذه التحولات مرتفعا بما فيه الكفاية، فمن الممكن فصل الأشكال الفراغية (على سبيل المثال، ثنائي الفينيل النشط بصريا). في مثل هذه الحالات، لم نعد نتحدث عن المطابقات، ولكن عن الأيزومرات المجسمة الموجودة بالفعل.

ب) الايزومرية الهندسية

تنشأ الأيزومرات الهندسية نتيجة لغياب في الجزيء:

1. إن دوران ذرات الكربون بالنسبة لبعضها البعض هو نتيجة لصلابة الرابطة المزدوجة C=C أو البنية الدورية؛

2. مجموعتان متماثلتان عند ذرة كربون واحدة من رابطة أو حلقة مزدوجة.

الأيزومرات الهندسية، على عكس المطابقات، يمكن عزلها في شكل نقي وتوجد كمواد فردية ومستقرة. للتحول المتبادل بينهما، هناك حاجة إلى طاقة أعلى - حوالي 125-170 كيلو جول/مول (30-40 كيلو كالوري/مول).

هناك أيزومرات cis-trans-(Z,E)؛ رابطة الدول المستقلة- الأشكال هي أيزومرات هندسية تقع فيها البدائل المتطابقة على نفس الجانب من مستوى الرابطة أو الحلقة، نشوة- الأشكال عبارة عن أيزومرات هندسية تقع فيها البدائل المتطابقة على جوانب متقابلة من مستوى الرابطة أو الحلقة.

أبسط مثال هو أيزومرات البيوتين -2، والتي توجد في شكل أيزومرات cis- وعبر هندسية:

رابطة الدول المستقلة - البيوتين -2 ​​عبر البيوتين -2

درجة حرارة الانصهار

138.9 0 درجة مئوية - 105.6 0 درجة مئوية

درجة حرارة الغليان

3.72 0 ج 1.00 0 ج

كثافة

1،2 - يوجد ثنائي كلورو حلقي البروبان في شكل أيزومرات رابطة الدول المستقلة وترانس:

رابطة الدول المستقلة-1،2-ثنائي كلورو حلقي البروبان العابر-1،2 ثنائي كلورو حلقي البروبان

في الحالات الأكثر تعقيدا يتم استخدامه ز،التسميات الإلكترونية (Kanna، Ingold، Prelog nomenclature - KIP، تسميات أقدمية النواب). في اتصال

1-برومو-2-ميثيل-1-كلوروبوتين-1 (Br)(CI)C=C(CH 3) - CH 2 -CH 3 جميع البدائل الموجودة على ذرات الكربون ذات الرابطة المزدوجة مختلفة؛ لذلك فإن هذا المركب موجود على شكل أيزومرات هندسية Z-,E:

E-1-برومو-2-ميثيل-1-كلوروبوتين-1 Z-1-برومو-2-ميثيل-1-كلوروبوتين-1.

للإشارة إلى تكوين الأيزومر، قم بالإشارة ترتيب البدائل العليا في الرابطة المزدوجة (أو الحلقة) هو Z- (من Zusammen الألمانية - معًا) أو E- (من Entgegen الألمانية - المعاكس).

في نظام Z,E، تعتبر البدائل ذات العدد الذري الكبير من العناصر الأقدم. إذا كانت الذرات المرتبطة مباشرة بذرات الكربون غير المشبعة هي نفسها، فانتقل إلى "الطبقة الثانية"، إذا لزم الأمر - إلى "الطبقة الثالثة"، وما إلى ذلك.

في الإسقاط الأول تكون المجموعات العليا متقابلة بالنسبة لبعضها البعض بالنسبة للرابطة المزدوجة، لذلك فهي أيزومر E. وفي الإسقاط الثاني، تكون المجموعات العليا على نفس الجانب من الرابطة المزدوجة (معًا)، لذا فهي أيزومر Z.

الأيزومرات الهندسية منتشرة على نطاق واسع في الطبيعة. على سبيل المثال، البوليمرات الطبيعيةالمطاط (cis-isomer) وguta-percha (trans-isomer)، الفوماريك الطبيعي (حمض trans-butenedioic) وأحماض الماليك الاصطناعية (cis-butenedioic acid)، في تكوين الدهون - أحماض cis-oleic، اللينوليك، اللينولينيك.

الخامس)الايزومرية البصرية

يمكن أن تكون جزيئات المركبات العضوية حلزونية وغير حلزونية. Chirality (من اليد اليونانية - اليد) هو عدم توافق الجزيء مع صورته المرآة.

المواد اللولبية قادرة على تدوير مستوى استقطاب الضوء. وتسمى هذه الظاهرة بالنشاط البصري، والمواد المقابلة لها هي نشطة ضوئيا. المواد الفعالة بصريا تحدث في أزواج الأضداد البصرية- الأيزومرات، التي تكون خواصها الفيزيائية والكيميائية هي نفسها في الظروف العادية، باستثناء شيء واحد - علامة دوران مستوى الاستقطاب: أحد الأضداد الضوئية ينحرف مستوى الاستقطاب إلى اليمين (+، أيزومر dextrorotatory)، والآخر - إلى اليسار (-، أيزومر دوار). يمكن تحديد تكوين الأضداد الضوئية بشكل تجريبي باستخدام جهاز - مقياس الاستقطاب.

تظهر الأيزومرية الضوئية عندما يحتوي الجزيء على ذرة الكربون غير المتماثلة(هناك أسباب أخرى لعدم تناظر الجزيء). هذا هو الاسم الذي يطلق على ذرة الكربون في sp 3 - التهجين ويرتبط بأربعة بدائل مختلفة. من الممكن وجود ترتيبين رباعي السطوح للبدائل حول ذرة غير متماثلة. وفي هذه الحالة لا يمكن الجمع بين شكلين مكانيين بأي دوران؛ أحدهما صورة مرآة للآخر:

يشكل كلا الشكلين المرآة زوجًا من الأضداد الضوئية أو متصاوغات ضوئية .

تم تصوير الأيزومرات الضوئية في شكل صيغ إسقاطية بواسطة E. Fischer. يتم الحصول عليها عن طريق إسقاط جزيء به ذرة كربون غير متماثلة. في هذه الحالة، يتم تحديد ذرة الكربون غير المتماثلة نفسها على المستوى بنقطة، على خط أفقيتشير إلى رموز البدائل البارزة أمام مستوى الرسم. يشير الخط العمودي (متقطع أو متصل) إلى البدائل التي تمت إزالتها خارج مستوى الرسم. فيما يلي طرق مختلفة لكتابة معادلة الإسقاط المقابلة للنموذج الأيسر في الشكل السابق:

في العرض، يتم تصوير سلسلة الكربون الرئيسية عموديًا؛ تتم الإشارة إلى الوظيفة الرئيسية، إذا كانت في نهاية السلسلة، في الجزء العلوي من الإسقاط. على سبيل المثال، يتم عرض الصيغ الكيميائية المجسمة والإسقاطية لـ (+) و (-) ألانين - CH 3 - * CH(NH 2)-COOH كما يلي:

يُطلق على الخليط الذي يحتوي على نفس محتوى المتصاوغات الضوئية اسم Racemate. ليس لدى Racemate نشاط بصري ويتميز بخصائص فيزيائية مختلفة عن المتصاوغات الضوئية.

قواعد تحويل صيغ الإسقاط.

1. يمكن تدوير الصيغ 180 درجة في مستوى الرسم دون تغيير معناها الكيميائي المجسم:

2. اثنان (أو أي رقم زوجي) إعادة ترتيب البدائل على ذرة واحدة غير متماثلة لا تغير المعنى الكيميائي المجسم للصيغة:

3. واحد (أو أي عدد فردي) تؤدي إعادة ترتيب البدائل في المركز غير المتماثل إلى صيغة النقيض البصري:

4. يؤدي الدوران بمقدار 90 درجة في مستوى الرسم إلى تحويل الصيغة إلى نقيض.

5. إن دوران أي ثلاثة بدائل في اتجاه عقارب الساعة أو عكس اتجاه عقارب الساعة لا يغير المعنى الكيميائي الفراغي للصيغة:

6. لا يمكن استخلاص صيغ الإسقاط من مستوى الرسم.

تمتلك المركبات العضوية نشاطًا بصريًا تكون ذرات أخرى في جزيئاتها، مثل السيليكون والفوسفور والنيتروجين والكبريت، عبارة عن مراكز حلزونية.

توجد مركبات ذات عدة ذرات كربون غير متماثلة في الشكل diastereomers ، أي. أيزومرات مكانية لا تشكل أضدادًا بصرية مع بعضها البعض.

تختلف الدياستيريومرات عن بعضها البعض ليس فقط في الدوران البصري، ولكن أيضًا في جميع الثوابت الفيزيائية الأخرى: فهي تمتلك نقاط انصهار وغليان مختلفة، وقابليات ذوبان مختلفة، وما إلى ذلك.

يتم تحديد عدد الأيزومرات المكانية بواسطة صيغة فيشر N=2 n، حيث n هو عدد ذرات الكربون غير المتماثلة. قد ينخفض ​​عدد الأيزومرات الفراغية بسبب ظهور التناظر الجزئي في بعض الهياكل. تسمى diastereomers غير النشطة بصريا meso-نماذج.

تسميات الايزومرات الضوئية:

أ) D-، L- التسميات

لتحديد السلسلة D أو L لأيزومر، تتم مقارنة التكوين (موضع مجموعة OH عند ذرة الكربون غير المتماثلة) مع تكوينات enantiomers من الجلسرالديهيد (مفتاح الجلسرين):

L- جلسرالديهيد د- جلسرالديهيد

يقتصر استخدام التسميات D- وL حاليًا على ثلاث فئات من المواد النشطة بصريًا: الكربوهيدرات والأحماض الأمينية وأحماض الهيدروكسي.

ب) R -، S-nomenclature (تسميات Kahn وIngold وPrelog)

لتحديد تكوين R (يمين) أو S (يسار) لأيزومر بصري، من الضروري ترتيب البدائل في رباعي السطوح (الصيغة الكيميائية المجسمة) حول ذرة الكربون غير المتماثلة بطريقة تجعل البديل الأصغر (عادة الهيدروجين) لديه الاتجاه "بعيدا عن المراقب". إذا حدث انتقال البدائل الثلاثة المتبقية من الأقدمية العليا إلى المتوسطة والأصغر في اتجاه عقارب الساعة، فهذا هو أيزومر R (يتزامن انخفاض الأقدمية مع حركة اليد عند كتابة الجزء العلوي من الحرف R). إذا حدث الانتقال عكس اتجاه عقارب الساعة، فهو S - متصاوغ (تناقص الأسبقية يتزامن مع حركة اليد عند كتابة أعلى حرف S).

لتحديد تكوين R أو S لأيزومر بصري باستخدام صيغة الإسقاط، من الضروري ترتيب البدائل بعدد زوجي من التباديل بحيث يكون أصغرها في أسفل الإسقاط. يتوافق الانخفاض في أقدمية البدائل الثلاثة المتبقية في اتجاه عقارب الساعة مع التكوين R، وعكس اتجاه عقارب الساعة مع التكوين S.

يتم الحصول على الأيزومرات الضوئية بالطرق التالية:

أ) العزل من المواد الطبيعية التي تحتوي على مركبات نشطة بصريا، مثل البروتينات والأحماض الأمينية والكربوهيدرات والعديد من أحماض الهيدروكسي (طرطريك، الماليك، اللوز)، هيدروكربونات التربين، كحولات التربين والكيتونات، الستيرويدات، القلويدات، إلخ.

ب) تقسيم زملاء السباق.

ج) التوليف غير المتماثل.

د) الإنتاج الكيميائي الحيوي للمواد الفعالة بصريا.

هل تعرف أن

ظاهرة الايزومرية (من اليونانية - أنااستغاثة - مختلفة و meros - حصة، جزء) افتتح في عام 1823. J. Liebig وF. Wöhler باستخدام مثال أملاح اثنين من الأحماض غير العضوية: الزراقي H-O-C≡N والمتفجر H-O-N= C.

في عام 1830، قام ج. دوماس بتوسيع مفهوم الأيزومرية ليشمل المركبات العضوية.

في عام 1831 تم اقتراح مصطلح "الأيزومر" للمركبات العضوية بواسطة J. Berzelius.

تتميز الأيزومرات الفراغية للمركبات الطبيعية بأنشطة بيولوجية مختلفة (الأحماض الأمينية والكربوهيدرات والقلويدات والهرمونات والفيرومونات والمواد الطبية ذات الأصل الطبيعي وما إلى ذلك).

مثال آخر هو أحماض الطرطريك والعنب، وبعد دراسة قدم J. Berzelius هذا المصطلح ايزومرياواقترح أن الاختلافات تنشأ من «التوزيع المختلف للذرات البسيطة في ذرة معقدة» (أي الجزيء). تلقت الأيزومرية تفسيرا حقيقيا فقط في النصف الثاني من القرن التاسع عشر. بناءً على نظرية التركيب الكيميائي لـ A. M. Butlerov (الايزومرية الهيكلية) والنظرية الكيميائية المجسمة لـ J. G. Van't Hoff (الايزومرية المكانية).

الايزومرية الهيكلية

الأيزومرية الهيكلية هي نتيجة الاختلافات في التركيب الكيميائي. يشمل هذا النوع:

ايزومرية السلسلة الهيدروكربونية (الهيكل العظمي الكربوني)

إيزومرية الهيكل الكربوني، بسبب اختلاف ترتيب ذرات الكربون. أبسط مثال هو البوتان CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 3 والأيزوبيوتان (CH 3) 3 CH. دكتور. أمثلة: الأنثراسين والفينانثرين (الصيغتان الأولى والثانية، على التوالي)، وسيكلوبوتان وميثيل سيكلوبروبان (الثالثة والرابعة).

ايزومرية التكافؤ

إيزومرية التكافؤ (نوع خاص من الأيزومرية الهيكلية)، حيث لا يمكن تحويل الأيزومرات إلى بعضها البعض إلا من خلال إعادة توزيع الروابط. على سبيل المثال، أيزومرات التكافؤ للبنزين (V) هي ثنائي سيكلوهيكسا-2،5-دين (VI، "بنزين ديوار")، والبريسمان (VII، "بنزين لادنبورج")، والبنزفالين (VIII).

ايزومرية المجموعة الوظيفية

وهي تختلف في طبيعة المجموعة الوظيفية. مثال: الإيثانول (CH 3 -CH 2 -OH) وثنائي ميثيل الأثير (CH 3 -O-CH 3)

موقف الايزومرية

نوع من الأيزومرية الهيكلية يتميز باختلاف مواضع المجموعات الوظيفية المتطابقة أو الروابط المزدوجة على نفس الهيكل الكربوني. مثال: حمض 2-كلوروبوتانويك وحمض 4-كلوروبوتانويك.

الأيزومرية المكانية (الأيزومرية الفراغية)

التماثلية الضوئية (التصاوغ البصري)

تحدث الأيزومرية المكانية (الأيزومرية الفراغية) نتيجة للاختلافات في التكوين المكاني للجزيئات التي لها نفس التركيب الكيميائي. وينقسم هذا النوع من الايزومرات إلى enantiomerism(الايزومرية البصرية) و diastereomerism.

المتصاوغات الضوئية (أيزومرات بصرية، أيزومرات مرآة) هي أزواج من الأضداد الضوئية للمواد التي تتميز بعلامة معاكسة ودورات متطابقة لمستوى استقطاب الضوء مع هوية جميع الخواص الفيزيائية والكيميائية الأخرى (باستثناء التفاعلات مع المواد النشطة بصريًا والفيزيائية الأخرى) الخصائص في البيئة اللولبية). السبب الضروري والكافي لظهور الأضداد الضوئية هو تخصيص الجزيء لإحدى مجموعات نقاط التماثل التالية C ن،د ن، ت، يا، أنا (الشيرالية). في أغلب الأحيان نتحدث عن ذرة كربون غير متماثلة، أي ذرة متصلة بأربعة بدائل مختلفة، على سبيل المثال:

يمكن أن تكون الذرات الأخرى أيضًا غير متماثلة، على سبيل المثال، ذرات السيليكون والنيتروجين والفوسفور والكبريت. إن وجود ذرة غير متماثلة ليس هو السبب الوحيد للمضادات الحيوية. وبالتالي، فإن مشتقات الأدمانتان (IX)، الفيروسين (X)، 1،3-ثنائي فينيل ألين (XI)، و6،6"-دينيترو-2،2"-حمض ثنائي الفينيك (XII) لها أضداد بصرية. سبب النشاط البصري للمركب الأخير هو الأيزومرية الأتروبية، أي الأيزومرية المكانية الناتجة عن غياب الدوران حول رابطة بسيطة. تظهر التماثلية التماثلية أيضًا في التشكلات الحلزونية للبروتينات والأحماض النووية والهيكساجيليسين (XIII).

(R)-، (S)- تسمية الأيزومرات الضوئية (قاعدة التسمية)

يتم تعيين أسبقية مختلفة للمجموعات الأربع المرتبطة بذرة الكربون غير المتماثلة C abcd، والتي تتوافق مع التسلسل: a>b>c>d. في أبسط الحالات، يتم تحديد الأسبقية من خلال الرقم التسلسلي للذرة المرتبطة بذرة الكربون غير المتماثلة: Br(35)، Cl(17)، S(16)، O(8)، N(7)، C(6) ) ،ح(1) .

على سبيل المثال، في حمض البروموكلوروسيتيك:

أقدمية البدائل في ذرة الكربون غير المتماثلة هي كما يلي: Br(a)، Cl(b)، المجموعة C COOH (c)، H(d).

في البيوتانول -2، الأكسجين هو البديل الرئيسي (أ)، والهيدروجين هو البديل الأصغر (د):

من الضروري حل مشكلة البدائل CH 3 و CH 2 CH 3 . في هذه الحالة، يتم تحديد الأقدمية من خلال العدد الذري أو أعداد الذرات الأخرى في المجموعة. وتبقى الأولوية لمجموعة الإيثيل، حيث أن ذرة C الأولى فيها متصلة بذرة C(6) أخرى وبذرات H(1) أخرى، بينما في مجموعة الميثيل يرتبط الكربون بثلاث ذرات H برقم تسلسلي 1 وفي الحالات الأكثر تعقيدا يستمرون في مقارنة جميع الذرات حتى يصلوا إلى ذرات ذات أرقام تسلسلية مختلفة. إذا كانت هناك روابط مزدوجة أو ثلاثية، فإن الذرات الموجودة فيها تعتبر ذرتين وثلاث ذرات على التوالي. وبالتالي، تعتبر المجموعة -COOH كـ C (O، O، H)، وتعتبر المجموعة -COOH كـ C (O، O، OH)؛ مجموعة الكربوكسيل أقدم من مجموعة الألدهيدات لأنها تحتوي على ثلاث ذرات عددها الذري 8.

في D-جليسرالديهيد، المجموعة الأكبر هي OH(a)، تليها CHO(b)، CH 2 OH(c) وH(d):

والخطوة التالية هي تحديد ما إذا كان ترتيب المجموعة هو اليد اليمنى، R (خط العرض المستقيم)، أو أعسر، S (خط العرض. شرير). بالانتقال إلى النموذج المقابل، يتم توجيهه بحيث تكون المجموعة الثانوية (د) في صيغة المنظور في الأسفل، ثم يتم عرضها من الأعلى على طول المحور الذي يمر عبر الوجه المظلل لرباعي الأسطح والمجموعة (د). في مجموعة D-جليسرالديهيد

تقع في اتجاه الدوران الأيمن، وبالتالي فهي تحتوي على تكوين R:

(R)-جليسرالديهيد

وعلى النقيض من تسميات D,L، فإن تسميات الأيزومرات (R) و(S) موضوعة بين قوسين.

دياستيريوميريسم

σ-diastereomerism

أي مجموعة من الأيزومرات المكانية التي لا تشكل زوجًا من الأضداد الضوئية تعتبر انكسارية. هناك σ و π diastereomers. تختلف σ-diasteriomers عن بعضها البعض في تكوين بعض العناصر اللولبية التي تحتوي عليها. وبالتالي، فإن الدياستيريومرات هي (+) - حمض الطرطريك وحمض الطرطريك المتوسط، وD-جلوكوز، وD-مانوز، على سبيل المثال:

بالنسبة لبعض أنواع diastereomerism، ​​تم تقديم تسميات خاصة، على سبيل المثال، threo- و erythro-isomers - وهي عبارة عن diastereomerism مع ذرتين ومساحات كربون غير متماثلة، وترتيب البدائل على هذه الذرات، يذكرنا بالثلاثي المقابل (البدائل ذات الصلة موجودان على طرفي نقيض في صيغ إسقاط فيشر) والإريثروز ( البدائل - على جانب واحد):

تسمى الأيزومرات الحمراء، التي ترتبط ذراتها غير المتماثلة ببدائل متطابقة، بالأشكال المتوسطة. وهي، على عكس غيرها من σ-diastereomers، غير نشطة بصريًا بسبب التعويض الجزيئي للمساهمات في دوران مستوى استقطاب الضوء من مركزين متماثلين غير متماثلين لهما تكوينات متقابلة. أزواج من diastereomers التي تختلف في تكوين واحدة من عدة ذرات غير متماثلة تسمى epimers، على سبيل المثال:

يشير مصطلح "أنومرات" إلى زوج من السكريات الأحادية ثنائية الأسطر التي تختلف في تكوين ذرة الجليكوسيد في الشكل الدوري، على سبيل المثال شذوذ الجلوكوز α-D و β-D.

π-diastereomerism (الإيزومرية الهندسية)

تختلف π-diasteriomers، والتي تسمى أيضًا المتصاوغات الهندسية، عن بعضها البعض من خلال الترتيبات المكانية المختلفة للبدائل بالنسبة لمستوى الرابطة المزدوجة (في أغلب الأحيان C=C وC=N) أو الحلقة. وتشمل هذه، على سبيل المثال، أحماض الماليك والفوماريك (الصيغتان XIV وXV، على التوالي)، و(E)- و(Z)-بنزالدوكسيم (XVI وXVII)، وcis- وtrans-1,2-dimethylcyclopentanes (XVIII وXIX) .

المطابقون. توتومرز

ترتبط هذه الظاهرة ارتباطًا وثيقًا بظروف درجة الحرارة الخاصة بملاحظتها. على سبيل المثال، يوجد الكلوروسيكلوهكسان في درجة حرارة الغرفة في شكل خليط متوازن من مطابقتين - مع اتجاه استوائي ومحوري لذرة الكلور:

ومع ذلك، عند درجة حرارة 150 درجة مئوية تحت الصفر، يمكن عزل شكل A فردي، والذي يتصرف في ظل هذه الظروف كأيزومر مستقر.

ومن ناحية أخرى، فإن المركبات التي تكون أيزومرات في الظروف العادية قد تتحول إلى توتومرات في حالة توازن عندما ترتفع درجة الحرارة. على سبيل المثال، 1-بروموبروبان و2-بروموبروبان عبارة عن أيزومرات هيكلية، ولكن عندما ترتفع درجة الحرارة إلى 250 درجة مئوية، يتم إنشاء خاصية توازن التوتومرات بينهما.

يمكن اعتبار الأيزومرات التي تتحول إلى بعضها البعض عند درجات حرارة أقل من درجة حرارة الغرفة جزيئات غير صلبة.

يُشار أحيانًا إلى وجود المطابقات باسم "الايزومرية الدورانية". من بين الديينات، هناك أيزومرات s-cis وs-trans، وهي في الأساس مطابقة ناتجة عن الدوران حول رابطة واحدة (s-single):

الأيزومرية هي أيضًا سمة من سمات مركبات التنسيق. وبالتالي فإن المركبات التي تختلف في طريقة تنسيق الروابط (أيزومرية التأين) هي متصاوغة، على سبيل المثال ما يلي متصاوغ:

SO 4 - و + Br -

هنا، في جوهره، هناك تشابه مع الايزومرية الهيكلية للمركبات العضوية.

تسمى التحولات الكيميائية الناتجة عن تحويل الأيزومرات الهيكلية إلى بعضها البعض الأيزومرية. مثل هذه العمليات مهمة في الصناعة. على سبيل المثال، يتم إجراء أيزومرة الألكانات العادية إلى ألكانات متساوية لزيادة عدد الأوكتان في وقود المحركات؛ يتصاوغ البنتان إلى الأيزوبنتان لإزالة الهيدروجين لاحقًا إلى الأيزوبرين. تتضمن الأيزومرية أيضًا إعادة ترتيب داخل الجزيئات، والتي لها أهمية كبيرة، على سبيل المثال، تحويل أوكسيم سيكلوهكسانون إلى كابرولاكتام، المادة الخام لإنتاج الكابرون.

تسمى عملية التحويل البيني للمضادات بالسباق: فهي تؤدي إلى اختفاء النشاط البصري نتيجة لتكوين خليط متساوي الأضلاع من (-) - و (+) - الأشكال، أي زميل السباق. يؤدي التحويل البيني للدياستريومرات إلى تكوين خليط يسود فيه الشكل الأكثر استقرارًا من الناحية الديناميكية الحرارية. في حالة π-diastereomers، عادة ما يكون الشكل المتحول. يسمى التحويل البيني للأيزومرات المطابقة بالتوازن المطابق.

تساهم ظاهرة الأيزومرية بشكل كبير في زيادة عدد الكائنات المعروفة (وحتى في إلى حد كبيرعدد الاتصالات المحتملة). وبالتالي، فإن العدد المحتمل من كحولات الديسيل الأيزومرية الهيكلية هو أكثر من 500 (حوالي 70 منها معروفة)، وهناك أكثر من 1500 فراغ وأيزومرات.

في هذه المقالة سنتحدث عن الأيزومرات الهيكلية وخصائص بنيتها وأنواع الأيزومرية. سنحلل بالتفصيل ظاهرة الأيزومرية نفسها، وسنقدم أيضًا أمثلة على استخدامها في الحياة.

ظاهرة الايزومرية

الايزومرية - ظاهرة خاصة، التحديد المسبق لوجود المواد الكيميائية. المركبات، نفس الأيزومرات، المواد ذات التركيب المتماثل للذرات و الأوزان الجزيئية، وجود اختلاف فقط في الموقع الذري في الفضاء أو في بنيتها، مما يؤدي إلى تغييرها واكتساب خصائص جديدة مختلفة. الأيزومرات الهيكلية هي مواد تشكلت نتيجة لهذا التغيير في موضع ذراتها في الفضاء، والتي سيتم مناقشتها بمزيد من التفصيل أدناه.

عند الحديث عن الأيزومرية، يجدر بنا أن نتذكر وجود عملية مثل الأيزومرية، وهي عملية انتقال أيزومر إلى آخر نتيجة التفاعلات الكيميائية. التحولات.

أنواع الايزومرية

إيزومرية التكافؤ هي نوع من بنية الأيزومرات التي يمكن فيها نقل الأيزومرات نفسها (واحدة إلى أخرى) نتيجة لإعادة توزيع روابط التكافؤ.

الأيزومرية الموضعية هي نوع من المواد ذات هيكل كربوني متطابق ولكن موقع مختلف للمجموعات الوظيفية. ومن الأمثلة الصارخة على ذلك الأحماض 2 و 4 من كلوروبيوتان.

تخفي الأيزومرية بين الطبقات اختلافها بين الأيزومرات في طبيعة المجموعات الوظيفية.

Metamerism هو توزيع موضع ذرات الكربون بين عدد معين من جذور الكربون، حيث تعمل الذرة غير المتجانسة للجزيء كفاصل. هذا النوع من الأيزومرية نموذجي للأمينات والكحوليات الثيولية والإيثرات، البسيطة والمعقدة.

إيزومرية الهيكل الكربوني هي الاختلاف في مواقع ذرات الكربون، أو بالأحرى ترتيبها. على سبيل المثال: يوجد فينانثرين وأنثراسين صيغة عامة C14H10، ولكن نوع مختلفإعادة توزيع سندات التكافؤ.

الايزومرات الهيكلية

الأيزومرات الهيكلية هي مواد لها صيغة مماثلة لبنية المادة، ولكنها تختلف في صيغة الجزيء. الأيزومرات الهيكلية هي تلك التي تتطابق مع بعضها البعض من حيث الكمية والقيمة تركيبات الجودةلكن ترتيب الروابط الذرية (التركيب الكيميائي) يختلف.

يتم تصنيف الأيزومرات الهيكلية حسب نوع البنية المتساوية القياس، والتي ترد أنواعها أعلاه في الفقرة الخاصة بأنواع الأيزومرية.

الصيغة الهيكلية لأيزومر المادة لها مدى واسعالتعديلات. بعض الأمثلة على الأيزومرية هي مواد مثل حمض البيوتانويك، وحمض 2-ميثيل بروبانويك، وبروبيونات الميثيل، والديوكسان، وأسيتات الإيثيل، وفورمات الأيزوبروبيل، والتي لها نفس التركيب لجميع أنواع الذرات الثلاثة في المادة، ولكنها تختلف في موضع الذرات في المجمع نفسه.

آخر مثال ساطعالأيزومرية هي وجود البنتان والنيوبنتان والإيزوبنتان.

أسماء الايزومرات

كما ذكرنا سابقًا، فإن الأيزومرات الهيكلية هي مواد لها صيغة مماثلة في بنية المادة، ولكنها تختلف في صيغة الجزيء. هذه المركبات لها تصنيف يتوافق مع خصائص خصائصها، وبنية وموقع الذرات في جزيء الأيزومر، والاختلافات في عدد المجموعات الوظيفية، سندات التكافؤ، وجود ذرات عنصر معين في مادة ما، الخ. تتم تسمية الايزومرات الهيكلية طرق مختلفة. دعونا نفكر في ذلك باستخدام مثال 3-ميثيل بيوتانول 1، كممثل للكحولات.

في حالة الكحولات، عند الحصول على اسم الكحولات، يبدأ كل شيء باختيار سلسلة الكربون المهيمنة، ويتم إجراء الترقيم، والغرض منه هو تعيين أقل عدد ممكن لمجموعة OH، مع الأخذ في الاعتبار حساب النظام. يبدأ الاسم نفسه ببديل في سلسلة الكربون، ثم يليه اسم السلسلة الرئيسية، ومن ثم تضاف اللاحقة -ol، ويدل الرقم على ذرة الكربون المرتبطة بمجموعة OH.