Стереоизомерия

Изомерия – это явление, при котором вещества имеют одинаковый количественный и качественный состав, молекулярную массу, но отличаются химическим строением или пространственным расположением атомов или групп атомов в молекуле.

Изомерия делится на 2 вида: структурную и пространственную.

Структурная изомерия подразделяется:

1. изомерия углеродной цепи, например: СН₃-СН₂-СН₂-СН₃ – бутан и изобутан.

2. изомерия положения кратных связей, например: СН₂=СН-СН₂-СН₂-СН₃ – пентен-1и СН₃-СН=СН-СН₂СН₃ – пентен-2.

3. изомерия положения функциональных групп, например: СН₃-СН₂-СН₂-ОН – пропанол-1 и пропанол-2.

4. межклассовая изомерия. Это вид изомерии, при котором одной и той же эмпирической формуле соответствуют представители разных классов органических соединений, например: эмпирической формуле С₂Н₆О соответствует СН₃-СН₂-ОН – этанол и СН₃-О-СН₃ – диметиловый эфир.

Пространственная изомерия или стереоизомерия – это вид изомерии, при котором изомеры или стереоизомеры отличаются друг от друга пространственным расположением атомов или групп атомов в молекуле.

Стереоизомерия делится на виды:

1.конформационная

2.энантиомерия (оптическая изомерия)

3.диастереомерия (геометрическая изомерия). Они в свою очередь подразделяются:

• -диастереомерия

• П-диастереомерия

Энантиомерия возможна у любых органических соединений, содержащих асимметричный атом углерода. Асимметричным называется атом углерода, соединённый с четырьмя различными группировками, например -углеродный атом в молекуле молочной кислоты. Асимметричный атом углерода обозначается звёздочкой (*).

Молекулы веществ, содержащих асимметричный атом углерода, называются хиральными, а асимметричный атом углерода называется хиральным центром.

Энантиомерия – это вид изомерии, при котором стереоизомеры, называемые энантиомерами относятся между собой, как предмет и несовместимое с ним зеркальное изображение.

Например: пара энантиомеров молочной кислоты.

Для обозначения степеней конфигурации энантиомеров вводится понятие о D и L формах, т.е. устанавливают принадлежность каждого энантиомера к определённому D и L стехиометрическому ряду.

В D-формах заместитель, соединённый с хиральным центром, записывается справа по отношению к углеродной цепи, а в L-форме слева по отношению к углеродной цепи.

Энантиомеры обладают оптической активностью, они способны вращать плоскость поляризации света. Оптическая активность энантиомеров определяется на приборе поляриметре, в котором, луч света пройдя через специальную призму, колеблется к одной плоскости, становится плоскополяризованным. Энантиомеры способны отклонять такой луч либо влево, либо вправо.

У энантиомеров угол вращения плоскости поляризации света одинаковый, но направление вращения противоположное. Один энантиомер – левовращающий (знак“-“), а другой – правовращающий (знак”+”), например у молочной кислоты D(-), =–2,6⁰; L(+), =+2,6⁰ (при 22⁰С в 25% растворе).

Знак вращения в плоскости поляризации света не связан с принадлежностью к D или L ряду, он определяется экспериментально. Энантиомеры сходны между собой по физическим и химическим свойствам. Они являются оптическими антидотами. Смесь равных количеств энантиомеров называют рацемат. Он не обладает оптической активностью. Многие биологические соединения содержат 2 и более центра хиральности. Количество стереоизомеров для них рассчитывается по формуле Z=2ⁿ, где n- число хиральных центров, например: 2,3,4-тригидроксобутаналь,

n=2, Z=2²=4, следовательно этот альдегид образует 4 стереоизомера.

Пара 1и3, 1и4, 2и3, 2и4 – не являются энантиомерами. У них проявляется другой вид стереоизомерии – диастереоизомерия. Диастереоизомеры – изомеры, которые не являются энантиомерами.

У вышеперечисленных пар стереоизомеров проявляется -диастереомерия, т.к. заменители соединены с хиральными центрами -связями. Стереоизомер, у которого заместители, соединённые с хиральными центрами, располагаются по одну сторону от углеродной цепи, называется эритроформа, а по разные стороны – треоформа.

У -диастереомеров конфигурация одного хирального центра одинаковая, а по другую сторону – противоположная. Пара -диастереомеров (эритроформа, треоформа).

Понятие энантиомерии и -диастереомерии взаимоисключающие. Если пара стереоизомера является энантиомерами, то они не будут -диастереомерами и наоборот.

П-диастереомерия – это вид стереоизомерии, при котором стереоизомеры отличаются друг от друга пространственным расположением одинаковых заместителей относительно плоскости П-связи, например: (бутеидиновая кислота, её цис- и трансизомеры).

Транс-П-диастереомеры более стабильны и поэтому более распространены в природе. В частности фумаровая кислота является в организме промежуточным продуктом обмена углеводов в анаэробных условиях.