Izomerie

Versiunea actuală a paginii nu a fost încă examinată de colaboratori experimentați și poate diferi semnificativ de versiunea revizuită la 13 ianuarie 2022; verificările necesită 9 modificări .

Izomerie (din altă greacă ἴσος  - egal + μέρος  - cotă, parte) - fenomen constând în existența unor compuși chimici - izomeri - identici ca compoziție atomică și greutate moleculară, dar diferiți prin structura sau aranjarea atomilor în spațiu și, datorită la aceasta, prin proprietăți.

Informații istorice

Ca urmare a discuției dintre J. Liebig și F. Wöhler din 1823, s-a stabilit că există două substanțe din compoziția AgCNO care sunt puternic diferite ca proprietăți - cianat ( AgNCO) şi argint fulminat ( AgONC ) . Un alt exemplu au fost acizii tartric și tartric , după studiul căruia J. Berzelius a introdus termenul de „izomerie” în 1830 și a sugerat că diferențele apar din cauza „distribuției diferite a atomilor simpli într-un atom complex” (adică în termeni, moleculă).

Adevărata explicație a izomeriei a fost primită abia în a doua jumătate a secolului al XIX-lea pe baza teoriei structurii chimice a lui A. M. Butlerov (izomerie structurală) și a învățăturilor stereochimice ale lui J. G. van't Hoff (izomerie spațială).

Izomerie structurală

Izomeria structurală este rezultatul diferențelor de structură chimică. Acest tip include:

Izomeria lanțului de carbon (schelet de carbon)

Izomeria scheletului de carbon , datorită ordinii diferite a legăturilor atomilor de carbon. Cel mai simplu exemplu este butanul CH3 - CH2 - CH2 - CH3 şi izobutanul ( CH3 ) 3CH . Alte exemple: antracen și fenantren (formulele I și, respectiv, II), ciclobutan și metilciclopropan (III și IV).

Izomeria valenței

Izomeria de valență este un tip special de izomerie structurală, în care izomerii pot fi transformați unul în altul numai datorită redistribuirii legăturilor. De exemplu, izomerii de valență ai benzenului (V) sunt biciclo[2.2.0]hexa-2,5-dienă (VI, „benzenul lui Dewar”), prisman (VII, „benzenul lui Ladenburg”), benzvalena (VIII).

Izomerie de grup funcțional (izomerie interclasă)

Diferă prin natura grupului funcțional; de exemplu, etanol (CH3 - CH2 - OH) şi dimetil eter (CH3 - O-CH3 ) .

Izomerie de poziție

Un tip de izomerie structurală caracterizată printr-o diferență de poziție a acelorași grupări funcționale sau legături multiple cu același schelet de carbon. Exemplu: acid 2-clorbutanoic și acid 4-clorobutanoic.

Metamerism

Metamerismul este un tip de izomerie structurală , care se caracterizează printr-o distribuție diferită a atomilor de carbon între mai mulți radicali de hidrocarburi separați într-o moleculă de un heteroatom . Metamerismul este cunoscut în seria de eteri alifatici , esteri , tioalcooli și amine . Termenul este acum rar folosit.

A. M. Butlerov a subliniat și acest tip de izomerie, numind-o „izomerie a structurilor nesolide”.

Exemplu : CH3CH2OCH2CH3  - dietil eter și CH3OCH2CH2CH3  - metil propil eter . _ _ _ _ _ _

Izomerie spațială (stereoizomerie)

Izomeria spațială (stereoizomeria) apare ca urmare a diferențelor în configurația spațială a moleculelor care au aceeași structură chimică. Pentru a desemna izomerii spațiali de diferite tipuri, a fost elaborată o nomenclatură stereochimică, colectată în secțiunea E a regulilor de nomenclatură IUPAC pentru chimie .

Acest tip de izomerie este împărțit în enantiomerie (izomerie optică) și diastereomerie .

Enantiomerie (izomerie optică)

Enantiomerii (izomeri optici, izomeri oglindă) sunt perechi de antipozi optici - substanțe caracterizate prin rotații de semn opus și egale ca mărime ale planului de polarizare a luminii cu identitatea tuturor celorlalte proprietăți fizice și chimice (cu excepția reacțiilor cu alte substanțe optic active și proprietăți fizice într-un mediu chiral). Motivul necesar și suficient pentru apariția antipozilor optici este că molecula aparține uneia dintre următoarele grupe de simetrie punctuală : Cn , Dn , T, O sau I ( chiralitate ). Cel mai adesea vorbim despre un atom de carbon asimetric, adică un atom asociat cu patru substituenți diferiți.

Alți atomi pot fi, de asemenea, asimetrici, cum ar fi atomi de siliciu , azot , fosfor , sulf . Prezența unui atom asimetric nu este singurul motiv pentru enantiomeri. Deci, derivații ai adamantanului (IX), ferocenului (X), 1,3-difenilalenei (XI), acidului 6,6’-dinitro-2,2’-difenic (XII) au antipozi optici. Motivul activității optice a ultimului compus este atropisomerismul , adică izomeria spațială cauzată de lipsa de rotație în jurul unei singure legături. Enantiomerismul apare și în conformațiile elicoidale ale proteinelor , acizilor nucleici , în hexahelycene (XIII).

Diastereomerie

Orice combinație de izomeri spațiali care nu formează o pereche de antipozi optici este considerată diastereomerică. Există σ- și π-diastereomeri.

σ—diastereomerie

σ-diastereomerii diferă unul de altul prin configurația unora dintre elementele de chiralitate pe care le conțin. Deci, diastereomerii sunt (+)- acid tartric și acid mezo-tartric, D-glucoză și D-manoză, de exemplu:

π—diastereomerie (izomerie geometrică)

π-diastereomerii, numiți și izomeri geometrici , diferă între ei prin aranjarea spațială diferită a substituenților în raport cu planul dublei legături (cel mai adesea C=C și C=N) sau al inelului. Acestea includ, de exemplu, acizii maleic și fumaric (formulele XIV și, respectiv, XV), (E)- și (Z)-benzaldoxime (XVI și XVII), cis- și trans-1,2-dimetilciclopentani (XVIII și XIX) .

Izomerizare

Transformările chimice, în urma cărora izomerii structurali sunt transformați unul în altul, se numesc izomerizare . Astfel de procese sunt importante în industrie. Deci, de exemplu, izomerizarea alcanilor normali în izoalcani este efectuată pentru a crește numărul octanic al combustibililor; izomerizează pentanul în izopentan pentru dehidrogenarea ulterioară în izopren . Rearanjamentele intramoleculare sunt, de asemenea, izomerizări, dintre care, de exemplu, rearanjarea Beckmann este de mare importanță  - conversia ciclohexanon-oximei în caprolactamă (materie primă pentru producerea capronului ).

Procesul de interconversie a enantiomerilor se numește racemizare : duce la dispariția activității optice ca urmare a formării unui amestec echimolar de forme (-)- și (+)-, adică un racemat. Interconversia diastereomerilor conduce la formarea unui amestec în care predomină forma mai stabilă termodinamic. În cazul diastereomerilor π, aceasta este de obicei forma trans. Interconversia izomerilor conformaționali se numește echilibru conformațional.

Fenomenul de izomerie contribuie foarte mult la creșterea numărului de compuși cunoscuți (și, într-o măsură și mai mare, a numărului de potențial posibili). Astfel, numărul posibil de alcooli decilici izomeri structurali este mai mare de 500 (dintre care aproximativ 70 sunt cunoscuți), există mai mult de 1500 de izomeri spațiali.

În considerarea teoretică a problemelor de izomerie, metodele topologice devin din ce în ce mai răspândite; formulele matematice sunt derivate pentru a calcula numărul de izomeri[ ce? ] .

Vezi și

Literatură

  • Fizer L., Fizer M. Chimie organică. Curs avansat. vol. 1. per. din engleză, ed. X. n. N. S. Vulfson. Ed. "Chimie". M., 1969.
  • Palm V. A. Introducere în chimia organică teoretică, M., 1974;
  • Sokolov V. I. Introducere în stereochimia teoretică, M., 1979;
  • Slanina 3. Aspecte teoretice ale fenomenului de izomerie în chimie, trad. din cehă, M., 1984;
  • Potapov V. M. Stereochimie M., 1988.
  • Dicționar enciclopedic mare. Chimie. Editura: Great Russian Encyclopedia, 2003, ISBN 5-85270-253-6
  Accesați articolul Wikidata  Dicționare și enciclopedii
În cataloagele bibliografice
 Chimie structurală
legătură chimică
Afișarea structurii
Proprietăți electronice
Stereochimie