Stereoizomery (z jiného řeckého στερεός "hromadný, prostorový"), také prostorové izomery - chemické sloučeniny mající stejnou strukturu, lišící se však prostorovým uspořádáním atomů [1] [2] . Stereoizomery mají stejnou konstituci, ale odlišnou konfiguraci a/nebo konformaci [3] .
V klasické stereochemii byly stereoizomery rozděleny na optické izomery, diastereomery a geometrické izomery. Moderní klasifikace navržená Mislowem v roce 1965 je založena na symetrii a energetických parametrech.
Podle energetického kritéria se stereoizomery dělí [4] na:
Existují také stereoizomery intermediárního typu, které se při zvýšené teplotě, ale pomalu při ochlazení na sebe snadno převádějí. V tomto případě se hovoří o reziduální stereoizomerii [4] .
Tyto klasifikace se vzájemně nevylučují: enantiomery a diastereomery mohou být konfigurační nebo konformační stereoizomery v závislosti na tom, zda je odděluje vysokoenergetická nebo nízkoenergetická bariéra [4] . Zpravidla se při zvažování enantiomerů a diastereomerů berou v úvahu konfigurační rozdíly a konformery jsou považovány za samostatný typ prostorových izomerů.
Enantiomery (optické izomery, zrcadlové izomery, optické antipody) jsou stereoizomery, které jsou navzájem zrcadlovými obrazy, které nejsou kompatibilní v prostoru [5] .
Protože objekt může mít pouze jeden zrcadlový obraz, enantiomery existují v párech ( epimery ). Enantiomerní molekuly mají vlastnost chirality , to znamená, že se v prostoru neshodují se svým zrcadlovým obrazem. Typicky je prvkem chirality v molekule centrum chirality, tj. atom uhlíku navázaný na čtyři různé substituenty. Například kyselina mléčná CH 3 CH (OH) COOH má atom uhlíku spojený s atomem vodíku , methylovými , karboxylovými a hydroxylovými skupinami , takže může existovat ve formě dvou enantiomerů: kyseliny (+)-mléčné, která vzniká ve svalové tkáni jako výsledek biochemických procesů a kyselina (-)-mléčná, produkt anaerobní fermentace glukózy [6] .
Většina fyzikálních vlastností enantiomerů je stejná, například se vaří a tají při stejné teplotě, mají stejnou rozpustnost , hustotu , index lomu , UV, IR, NMR spektra [6] .
Charakteristickou vlastností enantiomerů je optická aktivita - schopnost otáčet rovinu polarizace světla . Pro opačné enantiomery je velikost specifické optické rotace stejná v absolutní hodnotě, ale v opačném směru (z tohoto důvodu se jim také říká optické izomery nebo optické antipody ). V poslední době se však tyto názvy staly méně běžnými, protože některé enantiomery (například R- nebo S - n -butyl-n- hexyl - n - propylethylmethan ) nevykazují výraznou optickou rotaci ( kryptochirálnost ) [7] .
Enantiomery lze také rozlišit podle jejich reaktivity v přítomnosti chirálních činidel nebo katalyzátorů, podle NMR spekter v chirálních rozpouštědlech a v některých případech podle tvaru krystalů [8] .
Diastereoizomery zahrnují všechny stereoizomery, které nejsou enantiomery, tj. vzájemné zrcadlové obrazy [9] . Diastereomery molekuly vznikají, když obsahuje několik stereocenter (nebo jiných prvků chirality). V tomto případě stereoisomery, ve kterých se liší konfigurace všech odpovídajících stereocenter, jsou enantiomery. Pokud se stereoizomery liší v konfiguracích pouze některých stereocenter, pak se jedná o diastereomery. Takové diastereomery se nazývají σ-diastereomery [10] .
Diastereomery také zahrnují stereoizomery, které se liší konfigurací dvojné vazby (π-diastereomery nebo geometrické izomery) [11] .
Na rozdíl od enantiomerů se diastereomery liší fyzikálními vlastnostmi, včetně optické aktivity . To je způsobeno skutečností, že enantiomery jsou identické ve všech skalárních vlastnostech, to znamená, že vzdálenost mezi libovolnými dvěma atomy v nich je stejná. Diastereomery v tomto smyslu nejsou totožné, proto se jejich vlastnosti liší [10] .
Obecně n stereocenter v jedné molekule poskytne 2n stereoizomerů. Někdy se počet stereoizomerů snižuje v důsledku skutečnosti, že jeden ze stereoizomerů má takovou symetrii, že se shoduje s jeho odrazem (je mezoformou ). V tomto případě jsou tedy dva enantiomery stejné sloučeniny [12] .
Stereoizomery, které se liší pouze konformací, se nazývají konformery [13] . Zvláštním případem takových stereoizomerů jsou rotamery-konformery vznikající v důsledku obtížné rotace kolem jednoduché chemické vazby [14] .
Pojem reziduální stereoizomerie uvažuje stereoizomerní formy molekuly, které lze rozlišit zkoumáním molekuly určitými metodami a za zvláštních podmínek, zatímco za běžných podmínek jsou tyto stereoizomery nerozlišitelné, protože se rychle přeměňují jeden na druhý. Například chlorcyklohexan má dva stereoizomery s axiální a ekvatoriální polohou atomu chloru, které se odlišují při analýze IR spektroskopií nebo NMR spektroskopií při -100 °C. Při izolaci nebo analýze pomocí NMR při teplotě místnosti je chlorcyklohexan jednou sloučeninou, a proto nemá stereoisomery v obvyklém smyslu [15] .
| Stereochemie | |
|---|---|
| Chirální molekuly | |
| Nomenklatura | |
| Zobrazit | |
| Stereochemické modely | |
| Analýza |
|
| Racemátové štěpení |
|
| Reakce |
|