Izomerie

Aktuální verze stránky ještě nebyla zkontrolována zkušenými přispěvateli a může se výrazně lišit od verze recenzované 13. ledna 2022; kontroly vyžadují 9 úprav .

Izomerie (z jiného řeckého ἴσος  - rovný + μέρος  - podíl, část) - jev spočívající v existenci chemických sloučenin - izomerů - identických atomovým složením a molekulovou hmotností, lišících se však strukturou nebo uspořádáním atomů v prostoru a v důsledku toho k tomu podle vlastností.

Historické informace

V důsledku diskuse mezi J. Liebigem a F. Wöhlerem v roce 1823 bylo zjištěno, že existují dvě látky složení AgCNO, které se svými vlastnostmi výrazně liší - kyanát ( AgNCO) a fulminátové ( AgONC ) stříbro . Dalším příkladem byla kyselina vinná a vinná , po jejichž studiu J. Berzelius v roce 1830 zavedl termín „izomerie“ a navrhl, že rozdíly vznikají „odlišným rozložením jednoduchých atomů ve složitém atomu“ (tedy v moderním termíny, molekula).

Skutečného vysvětlení izomerie se dostalo až ve 2. polovině 19. století na základě teorie chemické struktury A. M. Butlerova (strukturní izomerie) a stereochemického učení J. G. van't Hoffa (prostorová izomerie).

Strukturní izomerie

Strukturní izomerie je výsledkem rozdílů v chemické struktuře. Tento typ zahrnuje:

Izomerie uhlíkového řetězce (uhlíkové kostry)

Izomerie uhlíkového skeletu v důsledku odlišného pořadí vazeb atomů uhlíku. Nejjednodušším příkladem je butan CH3 - CH2 - CH2 - CH3 a isobutan ( CH3 ) 3CH . Další příklady: antracen a fenantren (vzorce I a II), cyklobutan a methylcyklopropan (III a IV).

Valenční izomerie

Valenční izomerie je zvláštním typem strukturní izomerie, kdy se izomery mohou vzájemně převádět pouze díky redistribuci vazeb. Například valenční izomery benzenu (V) jsou bicyklo[2.2.0]hexa-2,5-dien (VI, "Dewarův benzen"), prisman (VII, "Ladenburgův benzen"), benzvalen (VIII).

Izomerie funkčních skupin (mezitřídní izomerie)

Liší se povahou funkční skupiny; například ethanol (CH3 - CH2 - OH) a dimethylether ( CH3-0 -CH3 ) .

Polohová izomerie

Typ strukturní izomerie charakterizovaný rozdílem v poloze stejných funkčních skupin nebo vícenásobných vazeb se stejným uhlíkovým skeletem. Příklad: kyselina 2-chlorbutanová a kyselina 4-chlorbutanová.

Metamerismus

Metamerie je typ strukturní izomerie , která se vyznačuje odlišnou distribucí atomů uhlíku mezi několika uhlovodíkovými radikály oddělenými v molekule heteroatomem . Metamerismus je znám v řadě alifatických etherů , esterů , thioalkoholů a aminů . Termín se nyní používá zřídka.

A. M. Butlerov také poukázal na tento typ izomerie a nazval jej „izomerie nepevných struktur“.

Příklad : CH3CH2OCH2CH3 - diethylether a CH3OCH2CH2CH3 - methylpropylether  . _ _ _  _ _ _ _ _ _

Prostorová izomerie (stereoizomerie)

Prostorová izomerie (stereoizomerie) vzniká v důsledku rozdílů v prostorové konfiguraci molekul, které mají stejnou chemickou strukturu. Pro označení prostorových izomerů různých typů byla vyvinuta stereochemická nomenklatura shromážděná v sekci E pravidel nomenklatury IUPAC pro chemii . .

Tento typ izomerie se dělí na enantiomerii (optická izomerie) a diastereomerii .

Enantiomerie (optická izomerie)

Enantiomery (optické izomery, zrcadlové izomery) jsou páry optických antipodů - látky charakterizované opačným znaménkem a stejnou velikostí rotací roviny polarizace světla s identitou všech ostatních fyzikálních a chemických vlastností (s výjimkou reakcí s jinými opticky aktivní látky a fyzikální vlastnosti v chirálním prostředí). Nezbytným a dostatečným důvodem pro výskyt optických antipodů je, že molekula patří do jedné z následujících skupin bodové symetrie : Cn , Dn , T, O nebo I ( chiralita ). Nejčastěji mluvíme o asymetrickém atomu uhlíku, tedy atomu spojeném se čtyřmi různými substituenty.

Jiné atomy mohou být také asymetrické, jako jsou atomy křemíku , dusíku , fosforu , síry . Přítomnost asymetrického atomu není jediným důvodem pro enantiomery. Takže deriváty adamantanu (IX), ferrocenu (X), 1,3-difenylallenu (XI), kyseliny 6,6'-dinitro-2,2'-difenové (XII) mají optické antipody. Důvodem optické aktivity posledně jmenované sloučeniny je atropoizomerie , tj. prostorová izomerie způsobená nedostatkem rotace kolem jednoduché vazby. Enantiomerie se také objevuje v helikálních konformacích proteinů , nukleových kyselin , v hexahelycenu (XIII).

Diastereomerie

Jakákoli kombinace prostorových izomerů, které netvoří pár optických antipodů, je považována za diastereomerní. Existují σ- a π-diastereomery.

σ—diastereomerie

σ-diastereomery se navzájem liší v konfiguraci některých prvků chirality, které obsahují. Diastereomery jsou tedy kyselina (+)- vinná a kyselina meso-vinná, D-glukóza a D-manóza, například:

π—diastereomerie (geometrický izomerismus)

π-diastereomery, nazývané také geometrické izomery , se od sebe liší různým prostorovým uspořádáním substituentů vzhledem k rovině dvojné vazby (nejčastěji C=C a C=N) nebo kruhu. Patří sem například kyseliny maleinová a fumarová (vzorce XIV a XV), (E)- a (Z)-benzaldoximy (XVI a XVII), cis- a trans-1,2-dimethylcyklopentany (XVIII a XIX) .

Izomerizace

Chemické přeměny, v jejichž důsledku dochází k přeměně strukturních izomerů na sebe navzájem, se nazývá izomerizace . Takové procesy jsou důležité v průmyslu. Tak například izomerace normálních alkanů na izoalkany se provádí za účelem zvýšení oktanového čísla motorových paliv; izomerizuje pentan na isopentan pro následnou dehydrogenaci na isopren . Intramolekulární přesmyky jsou také izomerizace, z nichž velký význam má např. Beckmannův přesmyk  - přeměna cyklohexanonoximu na kaprolaktam (surovina pro výrobu kapronu ).

Proces vzájemné přeměny enantiomerů se nazývá racemizace : vede k zániku optické aktivity v důsledku tvorby ekvimolární směsi (-)- a (+)-forem, tj. racemátu. Vzájemná konverze diastereomerů vede ke vzniku směsi, ve které převažuje termodynamicky stabilnější forma. V případě π-diastereomerů je to obvykle trans forma. Vzájemná konverze konformačních izomerů se nazývá konformační rovnováha.

Fenomén izomerie výrazně přispívá k růstu počtu známých (a v ještě větší míře potenciálně možných) sloučenin. Možný počet strukturních izomerních decylalkoholů je tedy více než 500 (z nichž je známo asi 70), existuje více než 1500 prostorových izomerů.

V teoretickém uvažování o problémech izomerie se stále více rozšiřují topologické metody; jsou odvozeny matematické vzorce pro výpočet počtu izomerů[ co? ] .

Viz také

Literatura

  • Fizer L., Fizer M. Organická chemie. Pokročilý kurz. díl 1. za z angličtiny, ed. X. n. N. S. Vulfson. Ed. "Chemie". M., 1969.
  • Palm V. A. Úvod do teoretické organické chemie, M., 1974;
  • Sokolov V. I. Úvod do teoretické stereochemie, M., 1979;
  • Slanina 3. Teoretické aspekty fenoménu izomerie v chemii, přel. z češtiny, M., 1984;
  • Potapov V. M. Stereochemistry M., 1988.
  • Velký encyklopedický slovník. Chemie. Vydavatel: Velká ruská encyklopedie, 2003, ISBN 5-85270-253-6
  Přejděte na položku Wikidata  Slovníky a encyklopedie
V bibliografických katalozích
 Strukturní chemie
chemická vazba
Zobrazení struktury
Elektronické vlastnosti
Stereochemie