Пространственная изомерия - Виды изомерии органических соединений

Пространственная изомерия (стереоизомерия) возникает в результате различий в пространственной конфигурации молекул, имеющих одинаковое химическое строение.

Существование энантиомерных форм связано с наличием у молекулы хиральности -- свойства не совпадать в пространстве со своим зеркальным отражением.

Молекула должна быть асимметричной, в ней должны отсутствовать центр инверсии, плоскость симметрии и зеркально поворотные оси симметрии.

В том случае, когда у углеродного атома все четыре заместителя различны, возникают две формы - два изомера - молекулы, которые нельзя совместить в пространстве. Это оптические изомеры. Если в молекуле имеется несколько (n) ассиметрических центров, то в общем случае число оптических изомеров будет равно 2N, но если молекула обладает какими-либо элементами симметрии, то это число может быть меньше.

А) оптическая изомерия

Энантиомеры -- пара стереоизомеров, представляющих собой зеркальные отражения друг друга, не совмещаемые в пространстве

(S)-(+)-Молочная кислота (слева) и (R)-(-)-молочная кислота (справа)

Что за обозначения S - и R-?

R и S различия по абсолютной конфигурации, т. е. в зависимости от расположения четырех заместителей. необходимо расположить тетраэдр заместителей вокруг асимметрического углеродного атома таким образом, чтобы младший заместитель (обычно это водород) имел направление "от наблюдателя". Тогда если движение при переходе по кругу трех остальных заместителей от старшего к среднему по старшинству и затем к самому младшему происходит против часовой стрелки - это S-изомер), если по часовой стрелке - это R-изомер.

Энантиомеры различаются по оптической активности. Энантиомер именуется по направлению, в котором его раствор вращает плоскость поляризации света. Если вращение происходит по часовой стрелке, то такой энантиомер называется (+), или правовращающим. Его оптический антипод именуется (-), или левовращающим.

По расположению функциональной группы нижнего стереоцентра различают D и L энантиомеры. Если функциональная группа располагается слева от углеродного скелета, то такой энантиомер обозначают символом l (лат. lжvus -- левый), если же она располагается справа, то это d-энантиомер (лат. dexter -- правый)

Отнесение к d- или l-ряду других родственных по структуре оптически активных соединений производится путем сравнения конфигурации их асимметрического атома с конфигурацией d- или l-глицеринового альдегида.

Энантиомеры идентичны по физическим свойствам, например, они имеют одинаковую температуру кипения или плавления, показатель преломления, плотность и т. д. Они могут быть различены лишь при взаимодействии с хиральной средой, например, световым излучением.

Энантиомеры одинаково ведут себя в химических реакциях с ахиральными реагентами в ахиральной среде. Однако, если реагент, катализатор либо растворитель хиральны, реакционная способность энантиомеров, как правило, различается.

    Б) геометрическая изомерия 1. цис, транс-изомеры

Геометрические изомеры отличаются друг от друга различным пространственным расположением заместителей относительно плоскости двойной связи (чаще всего С=С и С=N) или цикла.

X1V-Цис-бутендиовая кислота.

XV-транс-бутендиовая кислота.

XV1-(Е) бензальдоксим

XV11-(Z) Бензальдоксим

ХХ-цис-бутен-2

ХХ1 транс-бутен-2

(В Z, E-системе старшими считаются заместители с большим атомным номером. Расставив их атомные номера, получим, что старшие заместители каждой пары находятся в транс-положении, отсюда следует стереохимические обозначение Е)

В Z, E-системе использут правила старшинства, которые применяются в R, S-номенклатуре.

XV111- цис-1,2 диметилциклопентан

X1X - транс 1,2 диметилциклопентан

В соединениях XVII и XIX имеется 2 ассиметрических атома углерода.

Энантиомеры имеет транс-1,2 диметилциклопентан, потому что если наложить на него его зеркальное отражение, то они не совпадут.

2. Поворотные изомеры (конформеры)

Различные пространственные формы молекулы, переходящие друг в друга путем вращения вокруг s-связей С-С, называют Конформациями или поворотными изомерами (конформерами).

Какая из этих конформаций этана наиболее энергетически выгодна?

В конформации А атомы водорода сближены, заслоняют друг друга, в таком положении атомы отталкиваются, энергия максимальна, значит это энергетически невыгодная конформация. В положении Б расстояние между атомами водорода максимально, отталкивание атомов происходит в меньшей степени. Конформация под буквой Б энергетически выгодна.

Конформации циклогексана:

    1) "кресло" 2) "полукресло" 3) "твист" 4) "ванна" 5) "твист"

Какие ароматические углеводороды определяют названия узких фракций при разгонке и почему

Температура кипения Фракции, ОС

Название фракции

УВ

Температура кипения, ОС

От начала кипения до 60

Метановая (условно)

60-95

Бензольная

Бензол

80

95-122

Толуольная

Толуол

110

122-150

Ксилольная

Ксилол

144

150-200

Цимольная

П-цимол

177

Фракции так названы, потому что температуры кипения этих веществ (бензол, толуол и т. д.) лежат в соответствующем промежутке

Напиши структурные формулы:

Бензол

Толуол

Ксилол

Изомерные ксилолы:

    1) Орто-ксилол ТКип=144,4 ОС 2) Мета-ксилол ТКип=139, 1ОС 3) Пара-ксилол ТКип= 138, 4 оС

Этилбензол Ткип=136, 2 оС

П-Цимол (1-метил-4-изопропилбензол)

Пара-цимол Ткип=176 oC

Формула: СН3С6Н4СН(СН3)2

Изомер цимола - орто-цимол

О

Напишите структурную формулу простейшего алкана, который будет обладать оптической активностью, и назовите его. Напишите формулу структурного изомера этого алкана, который также имеет ассиметрический атом углерода

3-метилгексан

Формула структурного изомера этого алкана, который также имеет ассиметрический атом углерода:

2, 3-диметилпентан

Изомерия геометрический алкан формула

Похожие статьи




Пространственная изомерия - Виды изомерии органических соединений

Предыдущая | Следующая