Классификация изомерии

кратных связей

Структурная изомерия

Она делится:

1. Изомерия цепи

   С4Н10	СН3 – СН2 – СН2 – СН3
   	Бутан	2-Метилпропан

2. Изомерия положения кратной связи и функциональных групп

   С4Н8	СН2 = СН – СН2 – СН3	СН3 – СН = СН – СН3
   	Бутен-1	Бутен-2
   С3Н7ОН	СН3 – СН2 – СН2 – ОН
   	Пропанол-1	Пропанол-2

3. Изомерия функциональных групп (межклассовая изомерия)

С3Н6О
	Пропаналь	Пропанон-2

Пространственная изомерия (стереоизомерия)

Это существование изомеров, имеющих одинаковый состав и порядок соединения атомов, но отличающихся характером расположения атомов или групп атомов в пространстве.

Этот вид изомерии описали Л. Пастер (1848), Я. Вант-Гофф, Ле Бель (1874).

Пространственные изомеры делятся на два вида: конформационные и конфигурационные.

Конформационными наз-ся изомеры, формы молекул которых переходят друг в друга за счет свободного вращения атомов и групп атомов вокруг одной или нескольких 6-связей.

Первое соединение, для которого известно существование конформационных изомеров, является этан. Его строение в пространстве изображается перспективной формулой или формулой Ньюмена:

С₂Н₆

Заслонённая конформация Заторможенная конформация

более энергетически выгодная

Формулы Ньюмена

С₆Н₁₂

Циклогексан

«Кресло»	«Ванна»

Форма «кресла» более энергетически выгодна, чем «ванна».

Конфигурационные изомеры.

Это стереоизомеры, молекулы которых имеют различное расположение атомов в пространстве без учета конформаций.

По типу симметрии все стереоизомеры делятся на энантиомеры и диастереомеры.

Энантиомеры (оптические изомеры, зеркальные изомеры, антиподы) – это стереоизомеры, молекулы которых относятся между собой как предмет и несовместимое с ним зеркальное отображение. Это явление наз-ся энантиомерией. Все химические и физические св-ва энантиомеров одинаковы, кроме двух: вращение плоскости поляризованного света (в приборе поляриметре) и биологическая активность. Условия энантиомерии: 1) атом С находится в состоянии sp³-гибридизации; 2) отсутствие всякой симметрии; 3) наличие асимметрического (хирального) атома С, т.е. атома, имеющего четыре разных заместителя.

Многие окси- и аминокислоты обладают способностью вращать плоскость поляризации луча света влево или вправо. Это явление наз-ся оптической активностью, а сами молекулы оптически активными. Отклонение луча света вправо отмечают знаком «+», влево – «–» и указывают угол вращения в градусах.

Абсолютную конфигурацию молекул определяют сложными физико-химическими методами.

Относительную конфигурацию оптически активных соединений определяют путем сравнения со стандартом глицеринового альдегида. Оптически активные вещ-ва, имеющие конфигурацию правовращающего или левовращающего глицеринового альдегида (М. Розанов, 1906), наз-ся вещ-вами D- и

L-ряда. Равная смесь право- и левовращающих изомеров одного соединения наз-ся рацематом и оптически неактивна.

Исследования показали, что знак вращения света нельзя связывать с принадлежностью вещ-ва к D- и L-рядам, его определяют только экспериментально в приборах – поляриметрах. Например, L-молочная к-та имеет угол вращения +3,8 ^о, D- молочная к-та - 3,8 ^о.

Энантиомеры изображают с помощью формул Фишера.

L-ряд D-ряд

Количество изомеров определяются по формуле 2ⁿ, где n – число асимметрических атомов углерода. Пример:

Молочная кислота

`L -ряд D –ряд

Среди энантиомеров могут быть симметричные молекулы, не обладающие оптической активностью, и наз-ся мезоизомерами.

Например: Винная к-та

D – (+) – ряд L – (–) – ряд

Мезовинная к-та

Рацемат – виноградная к-та

Оптические изомеры, не являющиеся зеркальными изомерами, отличающиеся конфигурацией нескольких, но не всех асимметрических атомов С, обладающие различными физическими и химическими св-вами, наз-ся -диастереоизомерами.

-Диастереомеры (геометрические изомеры) – это стереомеры, имеющие в молекуле -связь. Они встречаются у алкенов, непредельных высших карбоновых к-т, непредельных дикарбоновых к-т. Например:

Цис-бутен-2 Транс-бутен-2

Биологическая активность органических вещ-в связана с их строением.

Например:

Цис-бутендиовая к-та, Транс-бутендиовая к-та,

малеиновая к-та – фумаровая к-та – не ядовита,

очень ядовита содержится в организме

Все природные непредельные высшие карбоновые к-ты являются цис-изомерами.

Контрольные вопросы к теме «Изомерия»

1. Что такое изомерия?

2. Виды изомерии

3. Что такое структурная изомерия. Её виды.

4. Пространственные изомеры. Приведите примеры.

5. Что такое конформационные изомеры?

6. С помощью каких формул изображаются заслонённая и заторможенная конформации.

7. Оптические изомеры. Требования, предъявляемые к оптическим изомерам.

8. Какой атом углерода называется ассиметричным (хиральным)?

9. Какие изомеры являются энантиомерами, а какие диастереомерами. Приведите примеры.

10. Какие изомеры назывютсярацематами

.

Упражнения и ситуационные задачи:

1. Вигабатрин (4-амино-гексен-5-овая кислота) назначается в качестве противосудорожного средства при эпилепсии. Напишите все её изомеры общей формулы С₅Н₁₂ и назовите их по международной номенклатуре (м.н.)

2. Напишите изомеры общей формулы С₄Н₉ОН, назовите их по м.н. и определите класс соединения.

3. Напишите заслонённую и заторможенную конформации С₂Н₅ОН. Какая из них наиболее выгодная?

4. Изобразите проекционные формулы Фишера 2,3-дигидроксипропаналя. Определите наличие ассиметричного атома углерода.

5. Винная кислота в смеси с NaНСО₃ применяется как слабительное средство. Изобразите изомеры винной кислоты (2,3-дигидроксибутандиовая кислота). Укажите энантиомеры и диастереомеры.

6. Мепробамат (2-метил-2-пропил-пропандиол-1,3) применяется в медицинской практике как успокатвающее средство в начальной стадии гипертонии. Напишите все его изомеры.

7. При приёме аминалона (4-амино-бутановая кислота) усиливаются энергетические процессы и повышается дыхательная активность тканей головного мозга, облегчается удаление из мозга токсических продуктов обмена и улучшается память. Напишите все изомеры этой кислоты и назовите их по международной номенклатуре.

8. 6-амино-гексановая кислота оказывает системный гемостатический эффект при кровотечениях, обусловленных повышенной фибринолитиче

ской активностью плазмы. Напишите все её структурные изомеры и назовите по международной номенклатуре.

9. Вальпроевая кислота (2-пропил-пентановая кислота) применяется при эпилептических состояниях в качестве противосудорожного средства. Напишите все её изомеры и назовите по международной номенклатуре.

10. Пеницилламин (2-амино-3-меркапто-3 метил-бутановая кислота) применяется как антидот при отравлениях соединениями тяжелых металлов. Напишите формулу этого соединения.

Л и т е р а т у р а:

1. Тюкавкина Н.А., Бауков Ю.И. Биоорганическая химия, - М., Медицина, 1991. С. 52-80.