10. Пространственное строение органических соединений

Свойства органических веществ зависят не только от их состава, но и от порядка соединения атомов в молекуле. Это явление было открыто А.М. Бутлеровым и названо – изомерией, а различные вещества с одинаковым составом – изомерами. Изомерами называются вещества, имеющие одинаковый состав и одинаковую молекулярную массу, но различными сВиды изомерии представлены в виде графологической структуры (схема 2).

ИЗОМЕРИЯ

СТРУКТУРНАЯ

ПРОСТРАНСТВЕННАЯ

СТЕРЕОИЗОМЕРИЯ

Изомерия-углеродногоскелета

Изомерия положения

кратность связи, функциональных групп и т.д.

энантиомерия

диастереомерия

Схема 2. Графологическая структура изомерии.

10.1. Структурная изомерия

Структурная изомерия возникает в результате различий в химическом строении. К этому типу относят:

1. Изомерия углеводородной цепи (углеродного скелета).

Изомерия углеродного скелета, обусловленная различным порядком связи атомов углерода. Простейший пример — бутан СН₃-СН₂-СН₂-СН₃ и 2-метилпропан (изобутан)(СН₃)₂СН-СН₃.

2. Изомерия функциональной группы.

Различается характером функциональной группы; например, этанол (CH₃-CH₂-OH) и диметиловый эфир (CH₃-O-CH₃).

3. Изомерия положения:

а) кратных связей. Тип структурной изомерии, характеризующийся различием положения двойных и тройных связей при одинаковом углеродном скелете. Например, бутен-1 и бутен-2.

б) функциональных групп. Тип структурной изомерии, характеризующийся различием положения одинаковых функциональных групп.

10.2. Стереоизомерия. Хиральные молекулы. Энантиомеры молекул с одним и более хиральными центрами

Стереоизомерами называются изомеры, различающиеся только расположением атомов и групп атомов в пространстве. Имеются органические молекулы, не обладающие плоскостью симметрии, и такие молекулы оказывается совместимыми со своим зеркальным изображением. Это свойство называется хиральностью, а сами молекулы хиральными («хирос» - рука). Среди органических соединений наибольшее значение имеют соединения с хиральным атомом углерода. В связи с тем, что у такого атома отсутствуют симметрии, его также называют асимметрический. Стереоизомеры делятся на два вида: 1) энантиомеры; 2) диастереомеры. Энантиомеры – это стереоизомеры, обладающие одинаковыми физическими (кроме знака вращения) и химическими свойствами и относящиеся друг к другу как предмет к своему зеркальному отражению. Диастереомеры – это стереоизомеры, не являющиеся зеркальным отражением один другого и имеющие различные физические и химические свойства. Энантиомеры способны вращать плоскость поляризации света, т.е. обладают оптической активностью. Отсюда и название - оптическая изомерия. Величину и знак угла вращения нельзя предсказать; они определяются экспериментально с помощью прибора – поляриметра. Примером природной пары энантиомеров с одним центром хиральности служит глицериновый альдегид, который является конфигурационным стандартом.

H - C = O H - С = O

Н - С* - ОН НО - С* - Н

СН₂ОН СН₂ОН

D (+) – глицериновый альдегид. L (-) – глицериновый альдегид

В молекуле этого соединения содержится один ассиметрический атом углевода. Когда хотят обозначить не только конфигурацию, но и вращение, при наименовании веществ ставят не только букву D- или L-, но и знак (+) или (-), обозначающий, соответственно, правое и левое вращение. Многие биологически важные вещества содержат в молекуле более одного центра хиральности. Представителем соединения с несколькими хиральными центрами являются глюкоза. Глюкоза содержит четыре асимметрических атомов углевода, следовательно, она может существовать в виде 16 изомеров (8 энантиомеров и 8 диастереомеров).