II.1. Конформации (ротационен изомеризъм)
Преходът от най-простия органичен въглеводород - метан, към неговия най-близък хомолог - етан - поставя проблеми на пространствената структура, за решаването на които не е достатъчно да се познават параметрите, разгледани в раздела. Всъщност, без да се променят нито ъглите на връзката, нито дължините на връзката, човек може да си представи много геометрични форми на молекулата на етана, различаващи се една от друга във взаимното въртене на въглеродните тетраедри около свързващата ги C-C връзка. В резултат на тази ротация, ротационни изомери (конформери) . Енергията на различните конформери не е еднаква, но енергийната бариера, разделяща различните ротационни изомери за повечето органични съединениямалък. Следователно, когато нормални условияКато правило е невъзможно да се фиксират молекули в една строго определена конформация: обикновено няколко ротационни форми, които лесно се трансформират една в друга, съществуват в равновесие.
Методите за графично изобразяване на конформациите и тяхната номенклатура са както следва. Да започнем с молекулата на етана. За него може да се предвиди съществуването на две конформации, които се различават максимално по енергия. Те са показани по-долу като перспективни проекции (1) („кози от дъскорезница“), странични проекции (2) и Формули на Нюман (3).
В перспективната проекция (1a, 1b) връзката C-C трябва да си представим отиваща в далечината; Въглеродният атом отляво е близо до наблюдателя, а въглеродният атом отдясно е по-далеч от него.
В страничната проекция (2а, 2b) четири Н-атома лежат в равнината на чертежа; Въглеродните атоми всъщност се простират донякъде извън тази равнина, но обикновено се смята, че те също лежат в равнината на чертежа. „Смелите“ клиновидни връзки чрез удебеляването на клина показват излизане от равнината към наблюдателя на атома, към който е обърнато удебелението. Прекъснатите клиновидни връзки маркират разстоянието от наблюдателя.
В проекцията на Нюман (3a, 3b) молекулата се разглежда по дължината на C-C връзката (в посоката, посочена от стрелката във формули 1a, b). Три линии, отклоняващи се под ъгъл 120° от центъра на кръга, показват връзките на въглеродния атом, който е най-близо до наблюдателя; линиите, които „стърчат“ зад кръга, са връзките на отдалечения въглероден атом.
Показаната вляво конформация се нарича затъмнен : Това име ни напомня, че водородните атоми на двете CH 3 групи са един срещу друг. Затъмнената конформация има повишена вътрешна енергия и следователно е неблагоприятна. Показаната вдясно конформация се нарича инхибиран , което означава, че свободното въртене около C-C връзката е „инхибирано“ в тази позиция, т.е. молекулата съществува предимно в тази конформация.
Минималната енергия, необходима за пълно завъртане на молекула около определена връзка, се нарича ротационна бариера за тази връзка. Ротационната бариера в молекула като етан може да бъде изразена по отношение на промяната потенциална енергиямолекулите като функции на промяната двустенен (усукващ) ъгъл системи. Двустенният ъгъл (означен като тау) е изобразен на фигурата по-долу:
Енергийният профил на въртене около C-C връзката в етан е показан на следващата фигура. Въртенето на "задния" въглероден атом е изобразено от промяната двустенен ъгълмежду двата показани водородни атома. За простота, останалите водородни атоми са пропуснати. Ротационната бариера, разделяща двете форми на етан, е само 3 kcal/mol (12,6 kJ/mol). Минимумите на кривата на потенциалната енергия съответстват на инхибирани конформации, а максимумите съответстват на оклудирани конформации. Тъй като при стайна температура енергията на някои молекулярни сблъсъци може да достигне 20 kcal/mol (около 80 kJ/mol), тази бариера от 12,6 kJ/mol се преодолява лесно и въртенето в етан се счита за свободно.
Подчертаваме, че всяка точка от кривата на потенциалната енергия съответства на специфична конформация. Точките, съответстващи на минимумите, съответстват на конформационни изомери, т.е преобладаващите компоненти в смес от всички възможни конформации .
Тъй като молекулата става по-сложна, броят на възможните конформации, които се различават значително по енергия, се увеличава. Да, за п-бутанът може да бъде изобразен в шест различни конформации относителна позицияСН 3 групи, т.е. въртене около централната връзка C-C. По-долу конформациите на n-бутан са изобразени като проекции на Нюман. Конформациите, показани вляво (защриховани), са енергийно неблагоприятни; практически се реализират само инхибираните.
Различните затъмнени и инхибирани конформации на бутана не са еднакви по отношение на енергията. Съответните енергии на всички конформации, образувани по време на въртене около централната C-C връзка, са представени по-долу:
Тъй като една молекула става по-сложна, броят на възможните конформации се увеличава.
И така, конформациите са различни, неидентични пространствени формимолекули, които имат специфична конфигурация. Конформерите са стереоизомерни структури, които са в подвижно равновесие и са способни на взаимно преобразуване чрез въртене около прости връзки.
Понякога бариерата за такива трансформации става достатъчно висока, за да се разделят стереоизомерните форми (пример: оптично активни бифенили;). В такива случаи те вече не говорят за конформери, а за действително съществуващи стереоизомери .
II.2. Геометрична изомерия
Важно следствие от твърдостта на двойната връзка (отсъствието на ротация около нея) е съществуването геометрични изомери . Най-често срещаните от тях са цис-транс изомери съединения от етиленовата серия, съдържащи неравномерни заместители при ненаситени атоми. Най-простият пример са изомерите на бутен-2.
Геометричните изомери имат същото химическа структура(същия ред химическа връзка), различаващи се в пространственото разположение на атомите, според конфигурации . Тази разлика създава разлика във физическото (както и химични свойства). Геометричните изомери, за разлика от конформерите, могат да бъдат изолирани в чиста формаи съществуват като отделни, стабилни вещества. Взаимната им трансформация обикновено изисква енергия от порядъка на 125-170 kJ/mol (30-40 kcal/mol). Тази енергия може да бъде придадена чрез нагряване или облъчване.
В най-простите случаи номенклатурата на геометричните изомери не създава никакви затруднения: цис- формите са геометрични изомери, в които идентични заместители лежат от една и съща страна на равнината на връзката pi, транс- изомерите имат идентични заместители на различни страниот равнината на връзката pi. В по-сложни случаи се използва Z,E-номенклатура . Неговият основен принцип: да посочи конфигурацията, да посочи цис-(Z, от немски Zusammen - заедно) или транс-(E, от немски Entgegen - срещуположно) местоположение висши зам с двойна връзка.
В системата Z,E заместителите с по-висок атомен номер се считат за старши. Ако атомите, директно свързани с ненаситените въглероди, са еднакви, тогава те преминават към „втория слой“, ако е необходимо - към „третия слой“ и т.н.
Нека разгледаме прилагането на правилата на Z,E-номенклатурата, използвайки два примера.
| аз | II |
Да започнем с формула I, където всичко се решава от атомите на „първия слой“. След като подредим техните атомни номера, откриваме, че старшите заместители на всяка двойка (бром в горната част на формулата и азот в долната част) са в транс-позиция, оттук и стереохимичното обозначение E:
Е-1-бромо-1-хлоро-2-нитроетен
За да се определи стереохимичното обозначение на структура II, е необходимо да се търсят разлики в „по-високите слоеве“. В първия слой групите CH 3, C 2 H 5, C 3 H 7 не се различават. Във втория слой CH групата има 3 суми атомни числае равно на три (три водородни атома), групите C 2 H 5 и C 3 H 7 имат по 8. Това означава, че групата CH 3 не се разглежда - тя е по-млада от другите две. По този начин, старшите групи са C 2 H 5 и C 3 H 7, той е в цис-позиция; стереохимично обозначение Z.
Z-3-метилхептен-3
Ако беше необходимо да се определи коя група е по-стара - C 2 H 5 или C 3 H 7, трябва да се отиде до атомите на „третия слой“; сумата от атомни номера в този слой за двете групи би била равна съответно на 3 и 8, т.е. C3H7 е по-стар от C2H5. При по-сложни случаи на определяне на приоритета трябва да се вземат предвид допълнителни условия, като: атом, свързан с двойна връзка, се брои два пъти, свързан с тройна връзка - три пъти; От изотопите по-тежкият е по-стар (деутерият е по-стар от водорода) и някои други.
Обърнете внимание, че нотацията Z не са синоними цис-обозначенията, като обозначенията E, не винаги съответстват на местоположението транс-, Например:
цис- 1,2-дихлоропропен-1 цис- 1,2-дихлоро-1-бромопропен-1
Z-1,2-дихлоропропен-1 E-1,2-дихлоро-1-бромопропен-1
Контролни задачи
1. Bombicol - феромон (сексуален атрактант) на копринената буба - е E-10-Z-12-hexadecadienol-1. Представете си го структурна формула.
2. Наименувайте следните съединения, използвайки Z,E номенклатурата:
II.3. Оптична изомерия (енантиомерия)
Сред органичните съединения има вещества, които могат да въртят равнината на поляризация на светлината. Това явление се нарича оптична активност, а съответните вещества са оптически активен . Оптично активните вещества се срещат по двойки оптични антиподи - изомери, чиито физични и химични свойства са идентични при нормални условия, с изключение на едно нещо - знакът на въртене на равнината на поляризация. (Ако един от оптичните антиподи има, например, специфично въртене [ЗАБЕЛЕЖКА 1] +20 o, тогава другият има специфично въртене от -20 o).
II.4. Проекционни формули
За конвенционално изображение на асиметричен атом върху равнина използвайте проекционни формули на Е. Фишер . Те се получават чрез проектиране върху равнина на атомите, към които е свързан асиметричният атом. В този случай самият асиметричен атом обикновено се пропуска, като се запазват само пресичащите се линии и заместващите символи. За да се запомни пространственото разположение на заместителите, често се запазва прекъсната вертикална линия в проекционните формули (горните и долните заместители се отстраняват извън равнината на чертежа), но това често не се прави. По-долу са различни начинизаписване на формулата на проекцията, съответстваща на левия модел на предишната фигура:
Ето няколко примера за проекционни формули:
(+)-аланин (-)-бутанол (+)-глицералдехид
Имената на веществата показват техните знаци на въртене: това означава например, че левият антипод на бутанол-2 има пространствена конфигурация , изразен точно с горната формула, и неговият огледален образ съответства на дясновъртящия бутанол-2. Определение на конфигурацията оптични антиподи се извършва експериментално [ЗАБЕЛЕЖКА 3].
По принцип всеки оптичен антипод може да бъде изобразен с дванадесет (!) различни проекционни формули – в зависимост от това как е позициониран моделът при проекцията и от коя страна го гледаме. За стандартизиране на проекционните формули са въведени определени правила за писането им. Така основната функция, ако е в края на веригата, обикновено се поставя отгоре, основната верига е изобразена вертикално.
За да сравните „нестандартни“ писмени проекционни формули, трябва да знаете следвайки правилататрансформации на проекционни формули.
1. Формулите могат да се завъртат на 180° в чертожната равнина, без да се променя тяхното стереохимично значение:
2. Две (или всеки четен брой) пренареждания на заместители на един асиметричен атом не променят стереохимичния смисъл на формулата:
3. Една (или произволен нечетен брой) пермутации на заместители в асиметричния център води до формулата за оптичния антипод:
4. Завъртане на 90° в чертожната равнина превръща формулата в антиподна, освен ако в същото време не се промени условието за разположението на заместителите спрямо чертожната равнина, т.е. не смятайте, че сега страничните заместители са разположени зад чертожната равнина, а горните и долните са пред нея. Ако използвате формула с пунктирана линия, тогава променената ориентация на пунктираната линия директно ще ви напомни за това:
5. Вместо пермутации, проекционните формули могат да бъдат трансформирани чрез завъртане на всеки три заместителя по или обратно на часовниковата стрелка; четвъртият заместител не променя позицията си (тази операция е еквивалентна на две пермутации):
6. Проекционните формули не могат да бъдат извлечени от равнината на чертежа (т.е. не можете, например, да ги разгледате „на светлина“ от гърба на хартията - в този случай стереохимичното значение на формулата ще се промени).
II.5. Рацемати
Ако формулата на дадено вещество съдържа асиметричен атом, това не означава, че такова вещество ще има оптична активност. Ако по време на нормална реакция възникне асиметричен център (заместване в СН2 групата, добавяне при двойна връзка и т.н.), тогава вероятността за създаване на двете антиподни конфигурации е еднаква. Следователно, въпреки асиметрията на всяка отделна молекула, полученото вещество се оказва оптически неактивно. Този вид оптически неактивна модификация, състояща се от равно количество от двата антипода, се нарича рацемати [БЕЛЕЖКА 4] .
II.6. Диастереомерия
Съединенията с няколко асиметрични атома имат важни характеристики, които ги отличават от обсъжданите по-рано по-прости оптически активни вещества с един център на асиметрия.
Да приемем, че в една молекула на определено вещество има два асиметрични атома; Нека ги наречем условно А и Б. Лесно се вижда, че са възможни молекули със следните комбинации:
Молекули 1 и 2 са двойка оптични антиподи; същото важи и за двойка молекули 3 и 4. Ако сравним молекулите една от друга една с друга различни двойкиантиподи - 1 и 3, 1 и 4, 2 и 3, 2 и 4, тогава ще видим, че изброените двойки не са оптични антиподи: конфигурацията на единия асиметричен атом е еднаква, конфигурацията на другия не е същата . Това са всички двойки диастереомери , т.е. пространствени изомери, не представляващи оптични антиподи помежду си.
Диастереомерите се различават един от друг не само по оптично въртене, но и по всички други физични константи: те имат различни точки на топене и кипене, различна разтворимост и т.н. Разликите в свойствата на диастереомерите често са не по-малки от разликите в свойствата между структурните изомери .
Пример за съединение от този тип е хлоромалова киселина
Неговите стереоизомерни форми имат следните проекционни формули:
еритро-форми трео-форми
Заглавия еритро- И трио- идват от наименованията на въглехидратите еритроза и треоза. Тези имена се използват за обозначаване на относителната позиция на заместителите в съединения с два асиметрични атома: еритро -изомерите са тези, за които два идентични странични заместителя се появяват в стандартната проекционна формула от едната страна (дясно или ляво); трио -изомериимат идентични странични заместители от различни страни на проекционната формула [ЗАБЕЛЕЖКА 5].
две еритро-изомерите са двойка оптични антиподи; когато се смесят, се образува рацемат. Двойка оптични изомери са и трео-форми; те също произвеждат рацемат при смесване, който се различава по свойства от рацемата еритро-форми. По този начин има общо четири оптично активни изомера на хлоромалова киселина и два рацемата.
С по-нататъшно увеличаване на броя на асиметричните центрове, броят на пространствените изомери се увеличава и всеки нов асиметричен център удвоява броя на изомерите. Определя се по формулата 2 n, където n е броят на асиметричните центрове.
Броят на стереоизомерите може да намалее поради частична симетрия, появяваща се в някои структури. Пример за това е винената киселина, в която броят на отделните стереоизомери е намален до три. Техните проекционни формули:
Формула I е идентична с формула Ia: тя се превръща в нея при завъртане на 180° в равнината на чертежа и следователно не представлява нов стереоизомер. Това е оптически неактивна модификация - мезо форма . За разлика от рацемат, който може да се раздели на оптичен антиподи, мезо-формата е фундаментално неразрушима: всяка от нейните молекули има един асиметричен център на една конфигурация, а вторият - противоположния. В резултат на това възниква вътрешномолекулна компенсация на въртенето на двата асиметрични центъра.
мезо-Всички оптично активни вещества имат форми с няколко идентични (т.е. свързани с идентични заместители) асиметрични центрове [ЗАБЕЛЕЖКА 6]. Проекционни формули мезо-формулярите винаги могат да бъдат разпознати по това, че винаги могат да бъдат разделени с хоризонтална линия на две половини, които, когато са написани на хартия, формално са идентични, но в действителност са огледални:
Формули II и III изобразяват оптичните антиподи на винената киселина; при смесването им се образува оптически неактивен рацемат - гроздова киселина.
II.7. Номенклатура на оптичните изомери
Най-простата, най-старата, но все още използвана система от номенклатура на оптични антиподи се основава на сравнение на проекционната формула на наречения антипод с проекционната формула на определено стандартно вещество, избрано като „ключ“. И така, за алфа хидрокси киселините и алфа аминокиселините ключът е горна часттяхната проекционна формула (в стандартна нотация):
Л-хидрокси киселини (X = OH) Д-хидрокси киселини (X = OH)
L-аминокиселини (X = NH 2) Д-аминокиселини (X = NH 2)
Конфигурацията на всички алфа-хидрокси киселини, които имат хидроксилна група вляво в стандартната писмена проекционна формула на Фишер, се обозначава със знака Л; ако хидроксилът е разположен в проекционната формула вдясно - знак г[БЕЛЕЖКА 7] .
Ключът за определяне на конфигурацията на захарите е глицералдехидът:
L-(-)-глицералдехид Д-(+)-глицералдехид
В захарните молекули обозначението Д-или Л-се отнася за конфигурация по-нискаасиметричен център.
система Д-,Л-обозначението има значителни недостатъци: първо, обозначението Д-или Л-показва конфигурацията само на един асиметричен атом, второ, за някои съединения се получават различни символи, в зависимост от това дали ключът на глицералдехид или хидроксикиселина е взет като ключ, например:
Тези недостатъци на ключовата система ограничават нейната употреба в момента до три класа оптически активни вещества: захари, аминокиселини и хидрокси киселини. Проектиран за обща употреба „R,S-система Кан, Инголд и Прелог [БЕЛЕЖКА 8].
За да се определи R- или S-конфигурацията на оптичния антипод, е необходимо да се подреди тетраедърът от заместители около асиметричния въглероден атом по такъв начин, че най-ниският заместител (обикновено водород) да има посока „далеч от наблюдателя“. Тогава ако настъпи движението по време на прехода в кръг на трите останали заместителя от най-възрастния към средния по старшинство и след това към най-младия обратно на часовниковата стрелка - Това Р -изомер (свързан със същото движение на ръката при писане на буквата R), ако по часовниковата стрелка - Това S- изомер (свързан със същото движение на ръката при писане на буквата S).
За да се определи старшинството на заместителите на асиметричен атом, се използват правилата за изчисляване на атомните номера, които вече разгледахме във връзка с Z,E номенклатурата на геометричните изомери (виж).
За да изберете R, S-нотации според проекционната формула, е необходимо чрез четен брой пермутации (които, както знаем, не променят стереохимичния смисъл на формулата), да подредите заместителите така, че най-младият от тях (обикновено водород) е в долната част на проекционната формула. Тогава старшинството на останалите три заместителя, падащи по посока на часовниковата стрелка, съответства на обозначението R, обратно на часовниковата стрелка - обозначението S [ЗАБЕЛЕЖКА 9]:
Контролни задачи
3. Определете конфигурацията на асиметричния център на аскорбиновата киселина (витамин С) (по R,S-номенклатура и в сравнение с глицералдехид):
4. Алкалоидът ефедрин има формулата:
Дайте име за тази връзка с помощта R,S- номенклатура.
5. Цистеин - неесенциална аминокиселина, участваща в регулирането на метаболитните процеси Л-1-амино-2-меркаптопропионова киселина. Начертайте неговата структурна формула и дайте името му R,S- номенклатура.
6. Левомицетин (широкоспектърен антибиотик) е г(-)-трео-1-пара-нитрофенил-2-дихлороацетиламино-пропандиол-1,3. Начертайте структурата му под формата на проекционната формула на Фишер.
7. Synestrol е синтетично естрогенно лекарство с нестероидна структура. Дайте името му, като посочите неговата стереохимична конфигурация:
II.8. Стереохимия на цикличните съединения
Когато верига от въглеродни атоми е затворена в планарен цикъл, ъглите на връзката на въглеродните атоми са принудени да се отклоняват от нормалната си тетраедрична стойност и големината на това отклонение зависи от броя на атомите в цикъла. Колкото по-голям е ъгълът на отклонение на валентните връзки, толкова по-голям е енергийният резерв на молекулата, толкова по-малко стабилен е цикълът. Въпреки това, само тричленен цикличен въглеводород (циклопропан) има плоска структура; Започвайки от циклобутана, молекулите на циклоалкана имат неравнинна структура, което намалява „напрежението“ в системата.
Молекулата на циклохексан може да съществува в няколко конформации, в които "нормалните" ъгли на връзката се запазват (за простота са показани само въглеродни атоми):
Енергийно най-изгодната конформация е конформация I – т.нар "фотьойли". Конформация II - "усукване" - заема междинна позиция: тя е по-малко благоприятна от конформацията на стола (поради наличието на затъмнени водородни атоми в нея), но по-благоприятна от конформация III. Конформация III - "баня" - най-неблагоприятният от трите поради значителното отблъскване на насочените нагоре водородни атоми.
Разглеждането на дванадесетте C-H връзки в конформацията на стола ни позволява да ги разделим на две групи: шест аксиален връзки, насочени последователно нагоре и надолу, и шест екваториален връзки, насочени към страните. В монозаместените циклохексани заместителят може да бъде в екваториална или аксиална позиция. Тези две конформации обикновено са в равновесие и бързо преминават една в друга чрез конформацията на усукване:
Екваториалната конформация (e) обикновено е по-бедна на енергия и следователно е по-изгодна от аксиалната конформация (a).
Когато заместители (странични вериги) се появяват в пръстени, в допълнение към проблема с конформацията на самия пръстен, изследователят също е изправен пред проблеми заместителни конфигурации : така, в случай на наличие на два еднакви или различни заместителя, цис-транс-изомер. Имайте предвид, че говорим за цис-транс-конфигурацията на заместителите има смисъл само когато се прилага към наситени малки и средни пръстени (до С 8): в пръстени с голям броймобилността на връзките вече става толкова значителна, че дискусиите за цис-или транс- позициите на депутатите губят смисъл.
така че класически примерса стереоизомерни циклопропан-1,2-дикарбоксилни киселини. Има две стереоизомерни киселини: едната от тях има т.т. 139 o C, е способен да образува цикличен анхидрид и следователно е цис-изомер. Друга стереоизомерна киселина с т.т. 175 o C, не образува цикличен анхидрид; това транс-изомер [БЕЛЕЖКА 10]:
Две стереоизомерни 1,2,2-триметилциклопентан-1,3-дикарбоксилни киселини са в същата връзка една с друга. Една от тях, камфорна киселина, т.т. 187 o C, образува анхидрид и следователно е цис-изомер. Другата е изокамфорна киселина, т.т. 171 o C, - не образува анхидрид, това транс-изомер:
цис-транс-
Въпреки че молекулата на циклопентана всъщност не е равнинна, за по-голяма яснота е удобно да се изобрази в плоска форма, както на фигурата по-горе, като се има предвид, че в цис-изомерът има два заместителя от едната страна на цикъла , и в транс-изомер - от противоположните страни на цикъла .
Дизаместените производни на циклохексан могат също да съществуват в цис или транс форма:
Въглеродният атом няма монопол върху създаването на хирални центрове в молекулите на органичните съединения. Центърът на хиралност може също да бъде силициев, калаен и тетраковалентен азотни атоми в кватернерни амониеви соли и третични аминооксиди:
В тези съединения центърът на асиметрия има тетраедрична конфигурация, като асиметричния въглероден атом. Съществуват обаче и съединения с различна пространствена структура на хиралния център.
Хиралните центрове, образувани от атоми на тривалентен азот, фосфор, арсен, антимон и сяра, имат пирамидална конфигурация. По принцип центърът на асиметрия може да се счита за тетраедричен, ако несподелената електронна двойка на хетероатома се приеме като четвърти заместител:
Може да възникне и оптична активност без хирален център, поради хиралността на структурата на цялата молекула като цяло ( молекулярна хиралност или молекулярна асиметрия ). Повечето типични примериса наличност хирална ос или хирална равнина .
Хиралната ос се появява, например, в алени, съдържащи различни заместители при sp 2-хибридни въглеродни атоми. Лесно е да се види, че съединенията по-долу са огледални изображения и следователно оптични антиподи:
Оста на хиралност е показана на фигурите със стрелка.
Друг клас съединения с хирална ос са оптично активни бифенили, които имат орто-позициите имат обемисти заместители, които затрудняват свободното въртене S-S връзкисвързване на ареновите пръстени:
Хирална равнина характеризира се с това, че може да се разграничи между „горна“ и „долна“, както и „дясна“ и „лява“ страна. Пример за съединения с хирална равнина е оптично активният транс-циклооктен и оптично активно производно на фероцен.
Изомериса съединения, които имат еднакъв качествен и количествен състав (молекулна формула), но се различават едно от друго по последователността на свързване на атомите или тяхното разположение в пространството, тъй като структурата на тези съединения е различна, химичните или физичните свойства на изомерите са различни.
Видове изомерия: структурна (структурни изомери) и стереоизомерия (пространствена).
Структурната изомерия може да бъде три вида:
– изомерия на въглеродния скелет (изомери според структурата на въглеродната верига), например бутан (съединение с неразклонена или нормална структура) и 2-метилпропан (съединение с разклонена структура);
– изомери на позицията на функционални групи (или множествени връзки), например 1-бутанол (хидроксилната група е свързана с 1-вия въглероден атом във веригата) и 2-бутанол (хидроксилната група е свързана с 2-рия въглероден атом във веригата );
– изомери на функционална група (или междукласова изомерия), например 1-бутанол (алкохол) и диетилов етер (етер).
Стереоизомерията се разделя на конформационна и конфигурационна.
Конформациите на една молекула представляват нейните различни геометрични форми, възникващи в резултат на въртене около прости -връзки.
Конфигурацията е подреждането на атомите в пространството, без да се вземат предвид разликите, възникващи поради въртене около прости -връзки.
Конформации на органични молекули.Въртене около -връзката C – C се извършва относително лесно, въглеводородната верига може да приеме различни форми. Конформационните форми лесно преминават една в друга и следователно не са различни съединения - те са различни нестабилни динамични форми на една и съща молекула. Енергийната разлика между конформерите е от същия порядък като енергията на топлинното движение (няколко kJ/mol). Следователно при обикновени температури отделните конформери не могат да бъдат изолирани.
Прави се разлика между затъмнени и инхибирани конформации (фиг. 2).
ориз. 2. Конформации на пентана: а – затъмнен; b – инхибиран
На фиг. Фигура 2 показва конформациите на пентана въз основа на връзката между втория и третия въглероден атом на веригата. Може да се види, че в затъмнената конформация водородните или въглеродните атоми изглежда се скриват един друг. Инхибираната конформация възниква в резултат на завъртане на един от атомите на 60 и разстоянието между несвързаните атоми леко се увеличава, отблъскващите сили на електронните орбитали на атомите намаляват и тази конфигурация е енергийно по-благоприятна. Молекулите на много органични съединения са смеси от конформери; в резултат на топлинно движение молекулите претърпяват непрекъснати конформационни трансформации.
Проекционни формули на Нюман.За изобразяване на конформации се използват проекционните формули на Нюман, които се получават чрез проектиране на молекулата С върху равнината – C – връзки. Като пример на фиг. Фигура 3 показва конформациите на пентана по отношение на C 2 –C 3 връзката.
Въглеродният атом, който е най-близо до наблюдателя (C 2), е обозначен с точка в центъра на кръга; кръгът символизира отстранения въглероден атом (C 3). Три връзки от атом са изобразени като линии, отклоняващи се от центъра на кръга - за близкия атом (C 2) или „стърчащи“ зад кръга - за далечен атом (C 3). въпросните въглеродни атоми сякаш се закриват един друг, конформацията се нарича затъмнена (фиг. 3. а), когато един от атомите се завърти спрямо другия с 60 °, получаваме енергийно по-благоприятна инхибирана конформация (фиг. 3. б).
ориз. 3. Проекционна формула на Нюман за a: засенчена конформация на пентан и b: инхибирана конформация на пентан.
Конформации на циклични съединения.Циклично не ароматни съединения, като правило, не са плоски. За да се намалят ъгловите и усукващи напрежения, които могат да възникнат поради разликата в стойностите на ъглите на свързване и ъглите на полигоните, един или повече атоми на пръстена могат да бъдат разположени в различна равнина по отношение на останалите атоми. Така петчленните цикли могат да имат формата на обвивка в пространството (фиг. 4), а шестчленните могат да имат формата на вана или стол (фиг. 5).
ориз. 4. Конформация на циклопентана
В конформацията на обвивката един от въглеродните атоми се измества от равнината, в която са разположени останалите четири атома. Всеки от петте атома може да излезе от равнината и следователно цикълът изглежда е в постоянно вълнообразно движение.
ориз. 5. Конформации на циклохексан: а – стол и б – баня.
В конформациите стол и баня 2 въглеродни атома са разположени извън равнината, в която са разположени още 4 атома.
В конформацията на стола на циклохексан няма затворени позиции на водородни и въглеродни атоми: разположението на водородните атоми върху всички въглеродни атоми е същото като в инхибираната конформация на етана.
Шест C облигации – H, успоредни на осите на симетрия на столообразната форма на циклохексан, насочени последователно нагоре и надолу, се наричат аксиални (символ А).Останалите шест C – Н връзките са разположени под ъгъл от 109,5° спрямо тази ос и също са алтернативно насочени нагоре и надолу. Тези връзки се наричат екваториални (символ д). Така всеки въглероден атом има една връзка с водороден атом, разположен аксиално, и една връзка екваториално. Конформацията на стола е енергийно по-благоприятна.
Конфигурационни изомери. Оптична изомерия. Конфигурационните са стереоизомери с различни подредби около определени атоми на други атоми, радикали или функционални групи в пространството един спрямо друг. Те включват предимно енантиомери - оптически активни вещества, които са огледални изображения едно на друго.
Какви вещества се наричат оптически активни? Това са съединения, способни да променят ъгъла на наклона на равнината на поляризация на равнинно поляризирана светлина. Спомнете си, че обикновената светлина (от слънцето или лампа) е електромагнитна вълна, в която частиците вибрират във всички посоки във взаимно перпендикулярни равнини и перпендикулярни на посоката на разпространение на вълната. В плоскополяризираната светлина вибрациите на частиците лежат в една и съща равнина. Ако лъч преминава през прозрачно вещество, което е способно да завърти равнината на колебанията на електрическото поле под определен ъгъл и да им даде нова посока, тогава се казва, че такова вещество има оптична активност.
Могат да се формулират два признака на оптична активност на органичните съединения: наличието на асиметричен въглероден атом и липсата на елементи на симетрия в молекулата.
Асиметричен въглероден атом е атом, свързан с четири различни атомиили групи, обикновено обозначени със звездичка: *C.
Нека разгледаме молекулата на аланин (2-аминопропанова киселина), аминокиселина, която е част от протеина (фиг. 6). Молекулата има един асиметричен въглероден атом (вторият, свързан с четири различни заместителя: аминогрупа, карбоксилна група, водороден атом и метилова група - CH3). Въглеродният атом на карбоксилната група не е асиметричен, т.к той няма 4, а само 3 заместителя. Третият въглероден атом (метиловъглерод) също не е асиметричен. Има 4 заместителя, но 3 от тях са еднакви (водородни атоми). Молекулата на това съединение е асиметрична, следователно аланинът е оптично активно съединение и може да съществува под формата на два енантиомера. Енантиомерите са обозначени с D,L номенклатура, която описва относителната конфигурация на изомерите (спрямо конфигурацията на глицералдехид).
За да се изобрази и назове енантиомер, е удобно да се позиционира въглеродната верига на молекулата вертикално, след което заместителите на асиметричния въглероден атом се появяват отдясно и отляво на него. Ако старшият заместител (в нашия случай аминогрупата) е разположен отляво, това е L-изомер, ако е отдясно, това е D-изомер (фиг. 6).
ориз. 6. Енантиомери на аланин.
Енантиомерите, за разлика от изомерите, имат едни и същи физични и химични свойства; те се различават само по това, че въртят равнината на поляризация на плоскополяризираната светлина под същия ъгъл, но в противоположни посоки (единият наляво, другият надясно) . Смес, състояща се от равни моларни количества енантиомери, се нарича рацемична смес или рацемат. Рацематът не е оптически активен.
Въпреки тази привидно малка разлика в свойствата, биологичната активност на енантиомерите е много различна. Например, протеините съдържат само L-енантиомери на аминокиселини, това обяснява особеностите на пространствената структура на протеините и определя селективността на каталитичното действие на ензимите, когато навлизането в тялото може да предизвика различни негативни процеси, следователно пространствената конфигурация на аминокиселините трябва да се вземе предвид при производството на лекарства и различни хранителни добавки.
Изомер на това съединение, -аланин (3-аминопропанова киселина), също присъства в нашето тяло. Това съединение не е част от протеините и не е оптически активно, т.к в него няма асиметрични атоми. Първият въглероден атом на карбоксилната група има само 3 заместителя, вторият и третият имат 2 еднакви заместителя (водородни атоми).
Нека продължим разглеждането на явлението оптичен изомеризъм. Веществата, характеризиращи се с това явление, често се наричат стереоизомери. Стереоизомерите са идентични по физични и физикохимични свойства, но се различават в две отношения:
1. Кристализирайте във форми, които нямат равнинна (равнинна) симетрия, но се отнасят един към друг като обект към неговия огледален образ, например два вида кристали на винена киселина, подчертавайки стереоизомерните винени киселини.
2. Стереоизомерите, както е отбелязано по-горе, поляризират светлината по различен начин. П 
Причината за оптичната стереоизомерия се дължи именно на разположението на заместващите групи върху въглеродния атом в състояние на sp3-хибридизация, тоест с наситения въглерод във върховете на тетраедъра (подреждането на атомите в пространството, което води до наличие на стереоизомерия, се нарича конфигурация).
И 
се обозначава по следния начин:
например,
L-алкохол,= –5,9
За тези вещества са възможни лява и дясна конфигурация.
Рацематът е смес от равни количества L- и D-изомери, оптически неактивни.
Какви конфигурации въртят равнината на поляризация на светлината надясно и наляво - специален въпрос. Тук не се разглежда.
Посочете въглерод - връзки, разположени над чертожната равнина, посочете заместител - под тази равнина.
Класически примери за стереоизомер са:
з 
Броят на асиметричните атоми в общия случай може да бъде няколко.
* – асиметричен атом. Броят на стереоизомерите е равен на 2n, където, както внимателният читател вече е разбрал, n е броят на асиметричните оптически активни атоми.
Геометрични (цис- и транс-) изомери.Те включват конфигурационни изомери, съдържащи връзка. Този тип диастереомерия е характерен по-специално за алкените. Спрямо равнината на връзката, идентични заместители на два въглеродни атома могат да бъдат разположени един по един (цис-) или различен (транс-) страни (фиг. 7). Основната причина за съществуването на цис- и транс изомери е невъзможността за въртене около връзката без нейното разкъсване.
ориз. 7. Геометрични изомери на 2-бутан.
цис- и транс изомерите имат една и съща атомна свързваща последователност, но се различават един от друг в пространственото разположение на заместителите и следователно са стереоизомери. От друга страна, техните молекули не съдържат асиметрични въглеродни атоми и не са оптически активни.
цис- и транс изомерите имат различни физични свойства и могат да претърпят реакции (например добавяне с различни скорости).
Геометричните изомери често се срещат сред природните съединения; по-специално, изомерът на ретинола (витамин А), в който всичките 4 двойни връзки са в транс конфигурация, е особено важен за осигуряване на зрителна острота. Въглеводородните радикали на ненаситените киселини, които изграждат течните мазнини, са в цис конфигурация спрямо двойните връзки.