Isomerisme
Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den version , der blev gennemgået den 13. januar 2022; checks kræver 9 redigeringer .Isomerisme (fra andet græsk ἴσος - lige + μέρος - andel, del) - et fænomen bestående i eksistensen af kemiske forbindelser - isomerer - identiske i atomsammensætning og molekylvægt, men forskellig i strukturen eller arrangementet af atomer i rummet og pga. hertil efter ejendomme.
Historisk information
Som et resultat af diskussionen mellem J. Liebig og F. Wöhler i 1823, blev det fastslået, at der er to stoffer med AgCNO sammensætning, som er skarpt forskellige i egenskaber - cyanat ( AgNCO) og fulminat ( AgONC ) sølv . Et andet eksempel var vinsyre og vinsyre , efter undersøgelsen af hvilken J. Berzelius introducerede udtrykket "isomerisme" i 1830 og foreslog, at forskellene opstår på grund af "den forskellige fordeling af simple atomer i et komplekst atom" (det vil sige i moderne termer, molekyle).
Den sande forklaring på isomerisme blev først modtaget i 2. halvdel af det 19. århundrede på grundlag af teorien om den kemiske struktur af A. M. Butlerov (strukturel isomerisme) og den stereokemiske lære af J. G. van't Hoff (rumlig isomerisme).
Strukturel isomerisme
Strukturel isomeri er resultatet af forskelle i kemisk struktur. Denne type omfatter:
Isomerisme af kulstofkæden (kulstofskelet)
Isomerisme af kulstofskelettet på grund af kulstofatomernes forskellige bindingsrækkefølge. Det enkleste eksempel er butan CH3 - CH2 - CH2 - CH3 og isobutan ( CH3 ) 3CH . Andre eksempler: anthracen og phenanthren (henholdsvis formel I og II), cyclobutan og methylcyclopropan (III og IV).
Valensisomerisme
Valensisomerisme er en særlig type strukturel isomerisme, hvor isomerer kun kan omdannes til hinanden på grund af omfordelingen af bindinger. For eksempel er valensisomererne af benzen (V) bicyclo[2.2.0]hexa-2,5-dien (VI, "Dewars benzen"), prisman (VII, "Ladenburgs benzen"), benzvalen (VIII).
Funktionel gruppe isomerisme (interclass isomerism)
Den adskiller sig i karakteren af den funktionelle gruppe; for eksempel ethanol (CH3 - CH2 - OH) og dimethylether (CH3 - O-CH3 ) .
Positionisomerisme
En type strukturel isomeri karakteriseret ved en forskel i positionen af de samme funktionelle grupper eller multiple bindinger med det samme kulstofskelet. Eksempel: 2-chlorbutansyre og 4-chlorbutansyre.
Metamerisme
Metamerisme er en form for strukturel isomeri , som er karakteriseret ved en forskellig fordeling af kulstofatomer mellem flere kulbrinteradikaler adskilt i et molekyle af et heteroatom . Metamerisme er kendt i rækken af alifatiske ethere , estere , thioalkoholer og aminer . Udtrykket bruges nu sjældent.
A. M. Butlerov påpegede også denne type isomerisme og kaldte den "isomerisme af ikke-faste strukturer".
Eksempel : CH3CH2OCH2CH3 - diethylether og CH3OCH2CH2CH3 - methylpropylether . _ _ _ _ _ _ _ _ _
Rumlig isomerisme (stereoisomerisme)
Rumlig isomerisme (stereoisomerisme) opstår som følge af forskelle i den rumlige konfiguration af molekyler, der har samme kemiske struktur. For at udpege rumlige isomerer af forskellige typer er der udviklet en stereokemisk nomenklatur, samlet i afsnit E i IUPAC nomenklaturreglerne for kemi .
Denne type isomerisme er underopdelt i enantiomerisme (optisk isomerisme) og diastereomerisme .
Enantiomerisme (optisk isomerisme)
Enantiomerer (optiske isomerer, spejlisomerer) er par af optiske antipoder - stoffer karakteriseret ved modsat fortegn og lige store rotationer af lysets polariseringsplan med identiteten af alle andre fysiske og kemiske egenskaber (med undtagelse af reaktioner med andre optisk aktive stoffer og fysiske egenskaber i et chiralt medium). Den nødvendige og tilstrækkelige årsag til fremkomsten af optiske antipoder er, at molekylet tilhører en af følgende punktsymmetrigrupper : C n , D n , T, O eller I ( chiralitet ). Oftest taler vi om et asymmetrisk carbonatom, det vil sige et atom forbundet med fire forskellige substituenter.
Andre atomer kan også være asymmetriske, såsom atomer af silicium , nitrogen , phosphor , svovl . Tilstedeværelsen af et asymmetrisk atom er ikke den eneste grund til enantiomerer. Så derivater af adamantan (IX), ferrocen (X), 1,3-diphenylallen (XI), 6,6'-dinitro-2,2'-diphensyre (XII) har optiske antipoder. Årsagen til den optiske aktivitet af sidstnævnte forbindelse er atropisomerisme , det vil sige rumlig isomerisme forårsaget af manglen på rotation omkring en enkeltbinding. Enantiomerisme optræder også i de spiralformede konformationer af proteiner , nukleinsyrer , i hexahelycen (XIII).
Diastereomerisme
Enhver kombination af rumlige isomerer, der ikke danner et par optiske antipoder, betragtes som diastereomere. Der er σ- og π-diastereomerer.
σ—diastereomerismeσ-diastereomerer adskiller sig fra hinanden i konfigurationen af nogle af de chiralitetselementer, de indeholder. Så diastereomerer er (+)- vinsyre og meso-vinsyre, D-glucose og D-mannose, for eksempel:
π—diastereomerisme (geometrisk isomerisme)π-diastereomerer, også kaldet geometriske isomerer , adskiller sig fra hinanden i det forskellige rumlige arrangement af substituenter i forhold til planet for dobbeltbindingen (oftest C=C og C=N) eller ringen. Disse omfatter for eksempel malein- og fumarsyrer (henholdsvis formlerne XIV og XV), (E)- og (Z)-benzaldoximer (XVI og XVII), cis- og trans-1,2-dimethylcyclopentaner (XVIII og XIX) .
Isomerisering
Kemiske transformationer, som et resultat af hvilke strukturelle isomerer omdannes til hinanden, kaldes isomerisering . Sådanne processer er vigtige i industrien. Så for eksempel udføres isomerisering af normale alkaner til isoalkaner for at øge oktantallet i motorbrændstoffer; isomeriser pentan til isopentan for efterfølgende dehydrogenering til isopren . Intramolekylære omlejringer er også isomeriseringer, hvoraf for eksempel Beckmann-omlejringen er af stor betydning - omdannelsen af cyclohexanonoxim til caprolactam (råmateriale til fremstilling af capron ).
Processen med interkonvertering af enantiomerer kaldes racemisering : den fører til forsvinden af optisk aktivitet som følge af dannelsen af en ækvimolær blanding af (−)- og (+)-former, det vil sige et racemat. Interkonverteringen af diastereomerer fører til dannelsen af en blanding, hvor den termodynamisk mere stabile form dominerer. I tilfælde af π-diastereomerer er dette normalt trans-formen. Interkonverteringen af konformationelle isomerer kaldes konformationel ligevægt.
Fænomenet isomerisme bidrager i høj grad til væksten i antallet af kendte (og i endnu højere grad antallet af potentielt mulige) forbindelser. Således er det mulige antal strukturelle isomere decylalkoholer mere end 500 (hvoraf ca. 70 er kendte), der er mere end 1500 rumlige isomerer.
I den teoretiske betragtning af isomerismens problemer bliver topologiske metoder mere og mere udbredte; matematiske formler er afledt til at beregne antallet af isomerer[ hvad? ] .
Se også
- Tautomerisme
- Kiralitet
- asymmetrisk atom
- Orbital modeller
- Enantiomer krystallisation
Litteratur
- Fizer L., Fizer M. Organisk kemi. Avanceret kursus. bind 1. pr. fra engelsk, red. x. n. N.S. Vulfson. Ed. "Kemi". M., 1969.
- Palm V. A. Introduktion til teoretisk organisk kemi, M., 1974;
- Sokolov V. I. Introduktion til teoretisk stereokemi, M., 1979;
- Slanina 3. Teoretiske aspekter af fænomenet isomerisme i kemi, trans. fra Czech, M., 1984;
- Potapov V. M. Stereochemistry M., 1988.
- Stor encyklopædisk ordbog. Kemi. Udgiver: Great Russian Encyclopedia, 2003, ISBN 5-85270-253-6
 Ordbøger og encyklopædier |
|
|---|---|
| I bibliografiske kataloger |
| Strukturkemi | |
|---|---|
| kemisk binding | |
| Struktur display | |
| Elektroniske egenskaber | |
| Stereokemi | |