Розділ 3 Ізомерія, класифікація органічних сполук та реакцій Ізомерія

Органічні сполуки, які мають однакову брутто-формулу, але проявляють різні хімічні властивості, називаються ізомерами, а явище їх існування – ізомерією.

Сполуки, з різною хімічною будовою молекули, створюють тип ізомерії, який називається структурною ізомерією.

Сполуки з однаковою будовою, які проявляють різні властивості, що пов’язано з різним розташуванням фрагментів їх молекул у просторі створюють тип ізомерії, який називається просторовою ізомерією або стереоізомерією.

Структурна ізомерія

Цей різновид ізомерії може бути зумовлений наступними причинами:

1. Різною будовою вуглецевого скелета молекули (ізомерія вуглецевого скелета), наприклад:

1. Різним положенням замісників або кратних зв’язків у ланцюгу (ізомерія положення), наприклад:

2. Різним взаємним розташуванням атомів або груп атомів у молекулі (ізомерія взаємного положення), наприклад:

Існують й інші різновиди структурної ізомерії, наприклад, метамерія, яка пов’язана з різним розташуванням у вуглецевому ланцюгу гетероатомів, наприклад:

Просторова ізомерія (стереоізомерія)

Стереоізомерія поділяється на такі різновиди:

1. Геометричну

2. Оптичну

3. Конформаційну

Геометрична ізомерія (цис-, транс-ізомерія або π-діастереоізомерія) характерна для алкенів і зумовлена неможливістю вільного обертання груп атомів довкола подвійного зв'язку. Якщо обидва атоми вуглецю при подвійному зв’язку сполучені з різними замісниками, як, наприклад у 2-бутені, то така молекула може існувати у вигляді двох геометричних ізомерів. Той ізомер, у якого два однакових замісника (Н або СН₃) розташовані по один бік від площини π-зв'язку, називається цис- а другий, той у якого однакові замісники розташовані по різні боки від площини π-зв'язку — відповідно транс-ізомером

цис-2-Бутен транс-2-Бутен

Геометрична ізомерія властива також аліциклічним сполукам при наявності в одному циклі двох замісників біля різних атомів вуглецю.

цис-1,З-Диметилциклобутан транс-1,3-Диметилциклобутан

Цис- і транс- позначення можна використовувати у випадку наявності двох однакових замісників при обох атомах карбону. При наявності чотирьох різних замісників, згідно з правилами IUPAC, застосовують Z,E-систему позначень. Для цього спочатку визначають старшого замісника при кожному атомі вуглецю. Старшість атома визначається його порядковим номером в періодичній системі елементів. Так, наймолодший замісник водень, за ним ідуть Lі, Ве, С, N, О, F і так далі. У випадку функціональних груп старшість визначається природою першого атому (—SО₃Н > —ОН > —NН₂ > —СН₃), а у випадку їх рівності — природою другого (—СН₂—СН₃ < —СН₂—NН₂ < —СН₂—OH < —CH₂—F) і так далі. При наявності груп з різними типами зв'язків старшість зростає в ряді:

.

Якщо обидва старших замісники при обох атомах вуглецю розміщені по один бік від подвійного зв'язку, то такий ізомер позначається Z (від німецького zusammen — разом). Якщо ж старші замісники розміщені по різні боки подвійного зв'язку, ізомер позначається Е (від німецького entgegen — навпроти). Символи Z і Е не потрібно змішувати з цис- і транс-.

Z-1-Бромо-2-хлоропропен Е-1-Бромо-2-хлоропропен