реферат ізомери

1 Історичні відомості
2 Структурна ізомерія
- 2.1 Изомерия вуглеводневого ланцюга (вуглецевого скелета)
- 2.2 Валентна ізомерія
- 2.3 Изомерия функціональної групи
- 2.4 Изомерия положення
3 Просторова ізомерія (стереоізомерія)
- 3.1 Енантіомери (оптична ізомерія)
- 3.2 діастереомер
  - 3.2.1 σ-діастереомер
  - 3.2.2 π-діастереомери (геометрична ізомерія)
4 Ізомеризація Література

Не слід плутати з ізомерією атомних ядер.

Ізомерія (від грец. Ἴσος - «рівний», і μέρος - «частка, частина») - явище, що полягає в існуванні хімічних сполук (ізомерів), однакових за складом і молекулярною масою, але розрізняються за будовою або розташуванню атомів в просторі і, внаслідок цього, за властивостями.

1. Історичні відомості

В результаті дискусії Ю. Лібіха і Ф. Велера було встановлено (1823), що існують два різко різних за властивостями речовини складу AgCNO - ціановокислого (AgNCO) і гримуче (AgONC) срібло. Ще одним прикладом послужили винна і виноградна кислоти, після дослідження яких Й. Берцеліус в 1830 ввів термін «ізомерія» і висловив припущення, що відмінності виникають через «різного розподілу простих атомів в складному атомі» (тобто, в сучасних термінах, молекулі ).

Справжнє пояснення ізомерія отримала лише в 2-й половині XIX ст. на основі теорії хімічної будови А. М. Бутлерова (структурна ізомерія) і стереохімічні вчення Я. Г. Вант-Гоффа (просторова ізомерія).

2. Структурна ізомерія

Структурна ізомерія - результат відмінностей в хімічному будову. До цього типу відносять:

2.1. Ізомерія вуглеводневого ланцюга (вуглецевого скелета)

Ізомерія вуглецевого скелета, обумовлена різним порядком зв'язку атомів вуглецю. Найпростіший приклад - бутан СН3 -СН2 -СН2 -СН3 і ізобутан (СН 3) 3 СН. Інші приклади: антрацен і фенантрен (формули I і II, відповідно), циклобутану і метілціклопропан (III і IV).

2.2. валентна ізомерія

Валентна ізомерія - особливий вид структурної ізомерії, при якій ізомери можна перевести один в одного лише за рахунок перерозподілу зв'язків. Наприклад, валентними ізомерами бензолу (V) є бицикло [2.2.0] гекса-2,5-дієн (VI, «бензол Дьюара»), Прізман (VII, «Бензалі Ладенбурга»), бензвален (VIII).

2.3. Ізомерія функціональної групи

Різниться характером функціональної групи; наприклад, етанол (CH3 -CH2 -OH) і диметиловий ефір (CH3 -O-CH3).

2.4. ізомерія положення

Тип структурної ізомерії, що характеризується різницею положення однакових функціональних груп або кратних зв'язків при однаковому вуглецевому кістяку. Приклад: 2-хлорбутановая кислота і 4-хлорбутановая кислота.

3. Просторова ізомерія (стереоізомерія)

Просторова ізомерія (стереоізомерія) виникає в результаті відмінностей в просторової конфігурації молекул, що мають однакове хімічне будова. Для позначення просторових ізомерів різних типів розроблена стереохимическая номенклатура, зібрана в розділі E номенклатурних правил ІЮПАК по хімії.

Цей тип ізомерії поділяють на Енантіомери (оптичну изомерию) і діастереомер.

3.1. Енантіомери (оптична ізомерія)

Енантіомерами (оптичними ізомерами, дзеркальними ізомерами) є пари оптичних антиподів - речовин, що характеризуються протилежними за знаком і однаковими за величиною обертаннями площини поляризації світла при ідентичності всіх інших фізичних і хімічних властивостей (за винятком реакцій з іншими оптично активними речовинами і фізичних властивостей в хіральної середовищі ). Необхідна і достатня причина виникнення оптичних антиподів - приналежність молекули до однієї з наступних точкових груп симетрії: Cn. Dn. T, O або I (хіральність). Найчастіше мова йде про асиметричному атомі вуглецю, тобто про атом, пов'язаному з чотирма різними заступниками.

Асиметричними можуть бути і інші атоми, наприклад атоми кремнію, азоту, фосфору, сірки. Наявність асиметричного атома - не єдина причина Енантіомери. Так, мають оптичні антиподи похідні адамантану (IX), ферроцена (X), 1,3-діфенілаллена (XI), 6,6'-динитро-2,2'-діфеновой кислоти (XII). Причина оптичної активності останнього з'єднання - атропоізомерія. тобто просторова ізомерія, викликана відсутністю обертання навколо простий зв'язку. Енантіомери також проявляється в спіральних конформаціях білків, нуклеїнових кислот, в гексагеліцене (XIII).

3.2. діастереомер

Діастереомерних вважають будь-які комбінації просторових ізомерів, що не становлять пару оптичних антиподів. Розрізняють σ- і π-діастереомери.

3.2.1. σ-діастереомер

σ-діастереомери відрізняються один від одного конфігурацією частини наявних в них елементів хіральності. Так, діастереомер є (+) - винна кислота і мезо-винна кислота, D-глюкоза і D-маноза, наприклад:

3.2.2. π-діастереомери (геометрична ізомерія)

π-діастереомери, звані також геометричними ізомерами, відрізняються один від одного різним просторовим розташуванням заступників відносно площини подвійного зв'язку (найчастіше С = С і С = N) або циклу. До них відносяться, наприклад, малеїнова і фумарова кислоти (формули XIV і XV відповідно), (Е) - і (Z) -бензальдоксіми (XVI і XVII), цис- і транс-1,2-діметілціклопентани (XVIII і XIX).

4. Ізомеризація

Хімічні перетворення, в результаті яких структурні ізомери перетворюються один в одного, називається изомеризацией. Такі процеси мають важливе значення в промисловості. Так, наприклад, проводять изомеризацию нормальних алканів в ізоалкани для підвищення октанового числа моторних палив; ізомеризується пентан в ізопентан для подальшого дегідрірованія в ізопрен. Ізомеризацією є і внутрішньо-молекулярні перегрупування, з яких велике значення має, наприклад, перегрупування Бекмана - перетворення циклогексаноноксима в капролактам (сировина для виробництва капрону).

Процес взаємоперетворення енантіомерів називається рацемізації. вона призводить до зникнення оптичної активності в результаті освіти еквімолярної суміші (-) - і (+) - форм, тобто рацемату. Взаємоперетворенням діастереомерів призводить до утворення суміші, в якій переважає термодинамічно більш стійка форма. У разі π-діастереомерів це зазвичай транс-форма. Взаємоперетворенням конформаційних ізомерів називається конформаційним рівновагою.

Явище ізомерії у величезній мірі сприяє зростанню числа відомих (і ще більшою мірою - числа потенційно можливих) з'єднань. Так, можливе число структурно-ізомерних дециловий спиртів - більше 500 (відомо з них близько 70), просторових ізомерів тут понад 1500.

При теоретичному розгляді проблем ізомерії все більшого поширення набувають топологічні методи; для підрахунку числа ізомерів виведені математичні формули.