Изомер

В химии , изомеры являются молекулы или многоатомные ионы с одинаковыми молекулярными формулами - то есть, такое же количество атомов каждого элемента - но различных расположений атомов в пространстве. ^[1] Изомерия - это наличие или возможность изомеров.

Изомеры не обязательно обладают схожими химическими или физическими свойствами . Две основные формы изомерии - это структурная или конституциональная изомерия, при которой связи между атомами различаются; и стереоизомерия или пространственная изомерия, в которой связи одинаковы, но относительные положения атомов различаются.

Изомерные отношения образуют иерархию. Два химических вещества могут быть одним и тем же конституционным изомером, но при более глубоком анализе стереоизомерами друг друга. Две молекулы, которые представляют собой один и тот же стереоизомер, могут находиться в разных конформационных формах или быть разными изотопологами. Глубина анализа зависит от области исследования или интересующих химических и физических свойств.

Английское слово «изомер» ( / aɪ с əm ər / ) является обратно-образование из «изомерные», ^[2] , который был заимствован через немецкого isomerisch ^[3] из шведской isomerisk ; который, в свою очередь, произошел от греческого ἰσόμερoς isómeros , с корнями isos = "равный", méros = "часть". ^[4]

Типы изомеров.

Структурные изомеры [ править ]

Структурные изомеры имеют одинаковое количество атомов каждого элемента (отсюда одна и та же молекулярная формула ), но атомы связаны логически различными способами. ^[5]

Пример: C
₃ЧАС
₈O [ править ]

Например, есть три различных соединения с молекулярной формулой : ${\ displaystyle {\ ce {C3H8O}}}$

Первые два показанных изомера представляют собой пропанолы , то есть спирты, полученные из пропана . Оба имеют цепочку из трех атомов углерода, соединенных одинарными связями, при этом остальные валентности углерода заполнены семью атомами водорода и гидроксильной группой, включающей атом кислорода, связанный с атомом водорода. Эти два изомера различаются, с каким углеродом связан гидроксил: либо с концом углеродной цепи пропан-1-ола (1-пропанол, н- пропиловый спирт, н- пропанол; I ), либо с пропан-2 со средним углеродом. -ol ${\ displaystyle {\ ce {C3H8O}}}$ ${\ displaystyle {\ ce {-OH}}}$ (2-пропанол, изопропиловый спирт, изопропанол; II ). Их можно описать сжатыми структурными формулами и . ${\ Displaystyle {\ ce {H3C-CH2-CH2OH}}}$ ${\ Displaystyle {\ ce {H3C-CH (OH) -CH3}}}$

Третий изомер представляет собой эфир метоксиэтана (этилметиловый эфир). В отличие от двух других, в нем атом кислорода связан с двумя атомами углерода, а все восемь атомов водорода связаны непосредственно с атомами углерода. Его можно описать сжатой формулой . ${\ displaystyle {\ ce {C3H8O}}}$ ${\ Displaystyle {\ ce {H3C-O-CH2-CH3}}}$

Спирт «3-пропанол» не является другим изомером, так как разница между ним и 1-пропанолом не является реальной; это только результат произвольного выбора порядка атомов углерода в цепи. По той же причине «этоксиметан» не является другим изомером.

1-пропанол и 2-пропанол являются примерами позиционных изомеров , которые различаются положением, в котором определенные особенности, такие как двойные связи или функциональные группы , встречаются в «родительской» молекуле (в данном случае пропане).

Пример: C
₃ЧАС
₄[ редактировать ]

Также существует три структурных изомера углеводорода : ${\ce {C3H4}}$


Я Пропадиене	II Пропин	III Циклопропен

В двух изомерах три атома углерода соединены в открытую цепь, но в одном из них ( пропадиен , аллен; I ) атомы углерода связаны двумя двойными связями , а в другом ( пропин , метилацетилен, II ) они связаны одинарной связью и тройной связью . В третьем изомере ( циклопропен ; III ) три атома углерода соединены в кольцо двумя одинарными связями и двойной связью. Во всех трех остальных валентностях атомов углерода удовлетворяют четыре атома водорода.

Опять же, обратите внимание, что существует только один структурный изомер с тройной связью, потому что другое возможное размещение этой связи просто вытягивает три атома углерода в другом порядке. По той же причине существует только один циклопропен, а не три.

Таутомеры [ править ]

Таутомеры представляют собой структурные изомеры, которые легко превращаются друг в друга, так что два или более видов сосуществуют в равновесии, например

${\ce {H-X-Y=Z <=> X=Y-Z-H}}$ . ^[6]

Важными примерами являются кето-енольная таутомерия и равновесие между нейтральной и цвиттерионной формами аминокислоты .

Формы резонанса [ править ]

Структура некоторых молекул иногда описывается как резонанс между несколькими явно разными структурными изомерами. Классическим примером является 1,2-метилбензол ( о- ксилол), который часто описывается как смесь двух явно различных структурных изомеров:

Однако ни одна из этих двух структур не описывает реальное соединение; они являются фикциями изобретенных как способ описать (их «усреднение» или «резонанс») фактическая делокализованы зующих из о - ксилола, который является единственным изомером с бензольным ядром и два метильных группами в соседних положениях. ${\ce {C8H10}}$

Стереоизомеры [ править ]

Стереоизомеры имеют одинаковые атомы или изотопы, связанные связями одного типа, но различаются по своей форме - относительному положению этих атомов в пространстве, за исключением вращений и перемещений.

Теоретически можно представить себе, что любое пространственное расположение атомов молекулы или иона постепенно изменяется на любое другое бесконечным множеством способов, перемещая каждый атом по соответствующему пути. Однако изменения положения атомов обычно изменяют внутреннюю энергию молекулы, которая определяется углами между связями в каждом атоме и расстояниями между атомами (независимо от того, связаны они или нет).

Конформационный изомер является расположение атомов молекулы или иона , для которых внутренняя энергия является локальным минимумом ; то есть такое расположение, при котором любые небольшие изменения положения атомов увеличивают внутреннюю энергию и, следовательно, приводят к появлению сил, которые стремятся оттолкнуть атомы обратно в исходное положение. Изменение формы молекулы от такого минимума энергии к другому минимуму энергии , следовательно, потребует прохождения конфигураций, которые имеют более высокую энергию, чем и . То есть изомер конформации отделен от любого другого изомера энергетическим барьером ${\ce {A}}$ ${\ce {B}}$ ${\ce {A}}$ ${\ce {B}}$ : количество, которое должно быть временно добавлено к внутренней энергии молекулы, чтобы пройти все промежуточные конформации по «самому легкому» пути (тот, который минимизирует это количество).

Молекулярные модели циклогексана в конформациях лодка и кресло. Атомы углерода окрашены в янтарный или синий цвет в зависимости от того, находятся ли они выше или ниже средней плоскости кольца. Связи C – C на кольце светло-зеленые.

Классическим примером конформационной изомерии является циклогексан . Алканы обычно имеют минимальную энергию, когда углы близки к 110 градусам. Конформации молекулы циклогексана со всеми шестью атомами углерода в одной плоскости имеют более высокую энергию, потому что некоторые или все углы должны быть далеко от этого значения (120 градусов для правильного шестиугольника). Таким образом, конформации, которые являются локальными минимумами энергии, имеют кольцо, закрученное в пространстве, в соответствии с одним из двух паттернов, известных как стул (с углами поочередно выше и ниже их средней плоскости) и лодка (с двумя противоположными атомами углерода над плоскостью, а другой четыре под ним). ${\ce {C-C-C}}$ ${\ce {C-C-C}}$

Если энергетический барьер между двумя конформационными изомерами достаточно низок, его можно преодолеть за счет случайного ввода тепловой энергии, которую молекула получает от взаимодействий с окружающей средой или от собственных колебаний . В этом случае два изомера также могут считаться одним изомером, в зависимости от температуры и контекста. Например, две конформации циклогексана превращаются друг в друга довольно быстро при комнатной температуре (в жидком состоянии), так что в химии они обычно рассматриваются как один изомер. ^[7]

В некоторых случаях барьер может быть преодолен путем квантового туннелирования самих атомов. Это последнее явление предотвращает разделение стереоизомеров фторхлорамина или перекиси водорода , потому что две конформации с минимальной энергией взаимопревращаются за несколько пикосекунд даже при очень низких температурах. ^[8] ${\ce {NHFCl}}$ ${\ce {H2O2}}$

И наоборот, энергетический барьер может быть настолько высоким, что самый простой способ его преодоления потребует временного разрыва, а затем реформирования или большего количества связей в молекуле. В этом случае два изомера обычно достаточно стабильны, чтобы их можно было изолировать и рассматривать как отдельные вещества. Эти изомеры затем называют изомерами различных конфигураций или «конфигурациями» молекулы, а не просто двумя разными конформациями. ^[9] (Однако следует помнить, что термины «конформация» и «конфигурация» в значительной степени синонимичны вне химии, и их различие может быть спорным даже среди химиков. ^[7] )

Взаимодействие с другими молекулами того же или разных соединений (например, через водородные связи ) может значительно изменить энергию конформаций молекулы. Следовательно, возможные изомеры соединения в растворе или в его жидкой и твердой фазах могут сильно отличаться от изомеров изолированной молекулы в вакууме. Даже в газовой фазе некоторые соединения, такие как уксусная кислота, будут существовать в основном в форме димеров или более крупных групп молекул, конфигурация которых может отличаться от конфигурации изолированной молекулы.

Энантиомеры [ править ]

Два соединения называются энантиомерами, если их молекулы являются зеркальным отображением друг друга, и их нельзя заставить совпадать только вращением или перемещением - как левая и правая рука. Эти две формы называются хиральными .

Классический пример - бромхлорфторметан ( ). Два энантиомера можно различить, например, по тому, поворачивается ли путь по часовой стрелке или против часовой стрелки, если смотреть со стороны атома водорода. Чтобы изменить одну конформацию на другую, в какой-то момент эти четыре атома должны будут находиться в одной плоскости, что потребует серьезного напряжения или разрыва их связей с атомом углерода. Соответствующий энергетический барьер между двумя конформациями настолько высок, что конверсия между ними практически отсутствует при комнатной температуре, и их можно рассматривать как разные конфигурации. ${\ce {CHFClBr}}$ ${\ce {F->Cl->Br}}$

Соединение хлорфторметана , напротив, не является хиральным: зеркальное отображение его молекулы также получается путем поворота на пол-оборота вокруг подходящей оси. ${\ce {CH2ClF}}$

Другой пример хирального соединения - это 2,3-пентадиен, углеводород, содержащий две перекрывающиеся двойные связи. Двойные связи таковы, что три средних атома углерода находятся на прямой линии, а первые три и последние три лежат в перпендикулярных плоскостях. Молекула и ее зеркальное изображение не накладываются друг на друга, даже если молекула имеет ось симметрии. Два энантиомера можно различить, например, по правилу правой руки . Этот тип изомерии называется осевой изомерией . ${\ce {H3C-CH=C=CH-CH3}}$

Энантиомеры одинаково ведут себя в химических реакциях, за исключением реакции с хиральными соединениями или в присутствии хиральных катализаторов , таких как большинство ферментов . По этой последней причине два энантиомера большинства хиральных соединений обычно имеют заметно разные эффекты и роли в живых организмах. В биохимии и науке о продуктах питания два энантиомера хиральной молекулы, такие как глюкоза , обычно идентифицируются и рассматриваются как очень разные вещества.

Каждый энантиомер хирального соединения обычно вращает плоскость поляризованного света, который проходит через него. Вращение имеет одинаковую величину, но противоположные значения для двух изомеров, и может быть полезным способом различения и измерения их концентрации в растворе. По этой причине энантиомеры ранее назывались «оптическими изомерами». ^[10]^[11] Однако этот термин неоднозначен и не одобряется IUPAC . ^[12]^[13]

Стереоизомеры, не являющиеся энантиомерами, называются диастереомерами . Некоторые диастереомеры могут содержать хиральный центр , а некоторые нет. ^[14]

Некоторые пары энантиомеров (например, транс- циклооктена ) могут быть взаимно преобразованы внутренними движениями, которые лишь незначительно изменяют длину связей и углы. Другие пары (такие как CHFClBr) не могут быть преобразованы друг в друга без разрыва связей, и поэтому имеют разные конфигурации.

Цис-транс-изомерия [ править ]

Двойная связь между двумя атомами углерода заставляет оставшиеся четыре связи (если они одинарные) лежать в одной плоскости, перпендикулярной плоскости связи, определяемой ее π-орбиталью . Если две связи на каждом углероде соединяются с разными атомами, возможны две различные конформации, которые отличаются друг от друга поворотом одного из атомов углерода на 180 градусов относительно двойной связи.

Классическим примером является дихлорэтен , в частности структурный изомер, который имеет один хлор, связанный с каждым атомом углерода. Он имеет два конформационных изомера, причем два хлора находятся на одной стороне или на противоположных сторонах плоскости двойной связи. Их традиционно называют цис (от латинского - «на этой стороне») и транс («на другой стороне») соответственно; или Z и E в номенклатуре, рекомендованной ИЮПАК . Преобразование между этими двумя формами обычно требует временного разрыва связей (или превращения двойной связи в одинарную), поэтому они считаются разными конфигурациями молекулы. ${\ce {C2H2Cl2}}$ ${\ce {Cl-HC=CH-Cl}}$

В более общем смысле , цис - транс - изомерия (прежнее название «геометрическая изомерия») имеет место в молекулах , где относительная ориентация двух различимых функциональных групп ограничиваются несколько жесткими рамками других атомов. ^[15]

Например, в циклическом спирте инозите (шестикратный спирт циклогексана) шестиуглеродная циклическая основная цепь в значительной степени предотвращает смену местами гидроксила и водорода на каждом атоме углерода. Следовательно, у каждого из них есть разные конфигурационные изомеры в зависимости от того, находится ли каждый гидроксил «на этой стороне» или «на другой стороне» средней плоскости кольца. Не считая изомеров, которые эквивалентны при вращении, можно выделить девять изомеров, которые различаются по этому критерию и ведут себя как разные стабильные вещества (два из которых являются энантиомерами друг друга). Самый распространенный в природе ( мио- инозитол) имеет гидроксилы на атомах углерода 1, 2, 3 и 5 на одной стороне этой плоскости, и поэтому его можно назвать цис- 1,2,3,5- транс. ${\ce {(CHOH)6}}$ ${\ce {-OH}}$ ${\ce {-H}}$ -4,6-циклогексангексол. И каждый из этих цис - транс - изомеры могут , возможно , имеют стабильный «кресло» или «лодка» конформации (хотя барьеры между этими значительно ниже , чем между различными цис - транс - изомеры).

Два изомерных комплекса, цисплатин и трансплатин , являются примерами плоских квадратных молекул MX ₂ Y ₂ с M = Pt.

Цис- и транс- изомеры также встречаются в неорганических координационных соединениях , таких как плоские квадратные комплексы и октаэдрические комплексы. ${\ce {MX2Y2}}$ ${\ce {MX4Y2}}$

Для более сложных органических молекул цис- и транс- метки неоднозначны. IUPAC рекомендует более точную схему маркировки, основанную на приоритетах CIP для связей на каждом атоме углерода. ^[16]^[14]

Центры с неэквивалентными связями [ править ]

В более общем плане атомы или группы атомов, которые могут образовывать три или более неэквивалентных одинарных связи (например, переходные металлы в координационных соединениях), могут давать образование множественных стереоизомеров, когда разные атомы или группы присоединены в этих положениях. То же самое верно, если центр с шестью или более эквивалентными связями имеет два или более заместителей.

Например, в соединении связи атома фосфора с пятью галогенами имеют приблизительно тригональную бипирамидальную геометрию . Таким образом, возможны два стереоизомера с этой формулой, в зависимости от того, занимает ли атом хлора одно из двух «аксиальных» положений или одно из трех «экваториальных» положений. ${\ce {PF4Cl}}$

Для соединения возможны три изомера с нулем, одним или двумя хлорами в аксиальных положениях. ${\ce {PF3Cl2}}$

В качестве другого примера, комплекс с такой формулой, как , где центральный атом M образует шесть связей с октаэдрической геометрией , имеет по крайней мере два лицевых-меридиональных изомера , в зависимости от того, направлены ли три связи (и, следовательно, также три связи) на три угла одной грани октаэдра ( fac- изомер), либо лежат в одной экваториальной или «меридиональной» его плоскости ( mer- изомер). ${\ce {MX3Y3}}$ ${\ce {X}}$ ${\ce {Y}}$

Ротамеры и атропоизомеры [ править ]

Две части молекулы, соединенные одной одинарной связью, могут вращаться вокруг этой связи. Хотя сама связь безразлична к этому вращению, притяжение и отталкивание между атомами в двух частях обычно вызывают изменение энергии всей молекулы (и, возможно, также деформации двух частей) в зависимости от относительного угла поворота φ между две части. Тогда будет одно или несколько специальных значений φ, для которых энергия находится в локальном минимуме. Соответствующие конформации молекулы называются вращательными изомерами или ротамерами .

Так, например, в молекуле этана все валентные углы и длина узко ограничены, за исключением того, что две метильные группы могут независимо вращаться вокруг оси. Таким образом, даже если эти углы и расстояния считаются фиксированными, существует бесконечно много конформаций для молекулы этана, которые различаются относительным углом поворота φ между двумя группами. Слабое отталкивание между атомами водорода в двух метильных группах приводит к минимизации энергии для трех конкретных значений φ, разнесенных на 120 °. В этих конфигурациях шесть плоскостей или находятся на расстоянии 60 ° друг от друга. Не считая вращений всей молекулы, эта конфигурация представляет собой единственный изомер - так называемую ступенчатую конформацию. ${\ce {H3C-CH3}}$ ${\ce {C-C}}$ ${\ce {H-C-C}}$ ${\ce {C-C-H}}$

Вращение между двумя половинами молекулы 1,2-дихлорэтана ( также имеет три локальных минимумов энергии, но они имеют различную энергию из - за различия между , и взаимодействиями Поэтому Есть три ротамеров:. В трансе - изомер , где два являются атомами хлора в той же плоскости, что и два атома углерода, но с противоположно направленными связями; и два гош- изомера, зеркальные изображения друг друга, где две группы повернуты примерно на 109 ° от этого положения. Вычисленная разница в энергии между транс и гош составляет ~ 1,5 ккал / моль, барьер для поворота ~ 109 ° от транс к гош ${\ce {ClH2C-CH2Cl}}$ ${\ce {H-H}}$ ${\ce {Cl-Cl}}$ ${\ce {H-Cl}}$ ${\ce {-CH2Cl}}$ составляет ~ 5 ккал / моль, а поворот на ~ 142 ° от одного гоша к его энантиомеру составляет ~ 8 ккал / моль. ^[17] Ситуация для бутана аналогична, но с более низкими красивыми гошами энергиями и барьерами. ^[17]

Если две части молекулы, соединенные одинарной связью, громоздки или заряжены, энергетические барьеры могут быть намного выше. Например, в соединении бифенил - две фенильные группы, соединенные одинарной связью - отталкивание между атомами водорода, ближайшими к центральной одинарной связи, дает полностью плоскую конформацию с двумя кольцами в одной плоскости, более высокую энергию, чем конформации, в которых два кольца перекошены. Таким образом, в газовой фазе молекула имеет по крайней мере два ротамера с плоскостями кольца, закрученными на ± 47 °, которые являются зеркальным отображением друг друга. Барьер между ними довольно низкий (~ 8 кДж / моль). ^[18] Это стерическое препятствиеэффект более выражен, когда эти четыре атома водорода заменены более крупными атомами или группами, такими как хлор или карбоксилы . Если барьер достаточно высок для разделения двух ротамеров как стабильных соединений при комнатной температуре, их называют атропоизомерами .

Топоизомеры [ править ]

Большие молекулы могут иметь изомеры, которые различаются топологией их общего расположения в пространстве, даже если нет конкретных геометрических ограничений, разделяющих их. Например, длинные цепи могут скручиваться с образованием топологически различных узлов , при этом взаимное превращение предотвращается объемными заместителями или закрытием цикла (как в кольцевых плазмидах ДНК и РНК ). Некоторые узлы могут иметь зеркальные пары энантиомеров. Такие формы называются топологическими изомерами или топоизомерами.

Кроме того, две или более таких молекул могут быть связаны в цепочку такими топологическими связями, даже если между ними нет химической связи. Если молекулы достаточно большие, связывание может происходить несколькими топологически разными способами, составляя разные изомеры. Клеточные соединения , такие как гелий, заключенный в додекаэдран (He @ C
₂₀ЧАС
₂₀) и углеродные стручки , представляют собой аналогичный тип топологической изомерии, включающий молекулы с большими внутренними пустотами с ограниченными отверстиями или без них. ^[19]

Изотопы и спин [ править ]

Изотопомеры [ править ]

Различные изотопы одного и того же элемента могут рассматриваться как разные виды атомов при перечислении изомеров молекулы или иона. Замена одного или нескольких атомов их изотопами может создать несколько структурных изомеров и / или стереоизомеров из одного изомера.

Например, замена двух атомов обычного водорода ( ) дейтерием ( , или ) в молекуле этана дает два различных структурных изомера, в зависимости от того, происходят ли оба замещения на одном и том же атоме углерода (1,1-дидейтероэтан ) или по одному на каждом. углерод (1,2-дидейтероэтан, ); как если бы заместителем был хлор вместо дейтерия. Эти два соединения нелегко превращаются друг в друга и имеют разные свойства, такие как их микроволновый спектр . ^[20] ${\ce {^1 H}}$ ${\ce {^2 H}}$ ${\ce {D}}$ ${\ce {HD2C-CH3}}$ ${\ce {DH2C-CDH2}}$

Другим примером может быть замена одного атома дейтерия на один из атомов водорода в хлорфторметане ( ). Хотя исходное соединение не является хиральным и имеет единственный изомер, замещение создает пару хиральных энантиомеров , которые можно различить (по крайней мере, теоретически) по их оптической активности. ^[21] ${\ce {CH2ClF}}$ ${\ce {CHDClF}}$

Когда два изомера были бы идентичны, если бы все изотопы каждого элемента были заменены одним изотопом, они описаны как изотопомеры или изотопные изомеры. ^[22] В двух приведенных выше примерах, если бы все они были заменены на , два дидейтероэтана оба стали бы этаном, а два дейтерохлорфторметана стали бы . ${\ce {D}}$ ${\ce {H}}$ ${\ce {CH2ClF}}$

Концепция изотопомеров отличается от изотопологов или изотопных гомологов, которые различаются по своему изотопному составу. ^[22] Например, и являются изотопологами, а не изотопомерами, и поэтому не являются изомерами друг друга. ${\ce {C2H5D}}$ ${\ce {C2H4D2}}$

Спиновые изомеры [ править ]

Другой тип изомерии, основанный на ядерных свойствах, - это спиновая изомерия , когда молекулы различаются только относительными спинами составляющих атомных ядер. Это явление важно для молекулярного водорода, который можно частично разделить на два спиновых изомера: параводород, когда спины двух ядер направлены в противоположные стороны, и ортоводород, где спины указывают одинаково.

Ионизация и электронное возбуждение [ править ]

Один и тот же изомер может находиться в разных возбужденных состояниях , которые различаются квантовым состоянием своих электронов. Например, молекула кислорода может находиться в триплетном состоянии или в одном из двух синглетных состояний . Они не считаются различными изомерами, поскольку такие молекулы обычно спонтанно распадаются до состояния возбуждения с наименьшей энергией за относительно короткий промежуток времени.

Точно так же многоатомные ионы и молекулы, которые отличаются только добавлением или удалением электронов, такие как кислород или пероксидный ион , не считаются изомерами. ${\ce {O2}}$ ${\ce {O2^2-}}$

Изомеризация [ править ]

Изомеризация - это процесс, при котором одна молекула превращается в другую молекулу, которая имеет точно такие же атомы, но атомы перегруппированы. ^[23] В некоторых молекулах и при определенных условиях изомеризация происходит спонтанно. Многие изомеры равны или примерно равны по энергии связи и поэтому существуют примерно в равных количествах при условии, что они могут относительно свободно превращаться друг в друга, то есть энергетический барьер между двумя изомерами не слишком высок. Когда изомеризация происходит внутримолекулярно , это считается реакцией перегруппировки .

Примером металлоорганической изомеризации является получение декафенилферроцена, [(η ⁵ -C ₅Ph ₅ ) ₂ Fe] из его связующего изомера . ^[24]^[25]

Синтез фумаровой кислоты

Промышленный синтез фумаровой кислоты происходит путем цис-транс-изомеризации малеиновой кислоты :

Топоизомеразы - это ферменты, которые могут разрезать и преобразовывать кольцевую ДНК и, таким образом, изменять ее топологию.

Лечебная химия [ править ]

Изомеры, обладающие различными биологическими свойствами, являются обычными; например, размещение метильных групп . В замещенных ксантинах , теобромин , найденные в шоколаде, является сосудорасширяющее с некоторыми эффектами общего с кофеином ; но если одна из двух метильных групп перемещается в другое положение на двухкольцевом ядре, изомер представляет собой теофиллин , который имеет множество эффектов, включая бронходилатацию и противовоспалительное действие. Другой пример этого - стимуляторы на основе фенэтиламина . Фентермин не является хиральнымсоединение с более слабым действием, чем у амфетамина . Он используется как лекарство, снижающее аппетит, и обладает мягкими стимулирующими свойствами или не имеет их. Однако альтернативное расположение атомов дает декстрометамфетамин , который является более сильным стимулятором, чем амфетамин.

В медицинской химии и биохимии энантиомеры вызывают особую озабоченность, поскольку они могут обладать особой биологической активностью . Многие препаративные процедуры позволяют получить смесь равных количеств обеих энантиомерных форм. В некоторых случаях энантиомеры разделяют хроматографией с использованием хиральных неподвижных фаз. Их также можно разделить путем образования диастереомерных солей . В других случаях развит энантиоселективный синтез .

В качестве неорганического примера цисплатин (см. Структуру выше) является важным лекарством, используемым в химиотерапии рака, тогда как транс-изомер (трансплатин) не имеет полезной фармакологической активности.

История [ править ]

Изомерия была впервые обнаружена в 1827 году, когда Фридрих Велер приготовил цианат серебра и обнаружил, что, хотя его элементный состав был идентичен фульминату серебра (полученному Юстусом фон Либихом в предыдущем году) ^[26], его свойства были различными. Это открытие бросило вызов преобладающему химическому пониманию того времени, согласно которому химические соединения могут различаться только тогда, когда различаются их элементные составы. (Теперь мы знаем, что связывающие структуры фульмината и цианата можно приблизительно описать как ≡ и , соответственно.) ${\ce {AgCNO}}$ ${\ce {O- N+}}$ ${\ce {C-}}$ ${\ce {O=C=N-}}$

В последующие годы были обнаружены дополнительные примеры, такие как открытие Велера в 1828 году, что мочевина имеет тот же атомный состав ( ), что и химически отличный цианат аммония . (Их структуры теперь известны как и , соответственно.) В 1830 году Йонс Якоб Берцелиус ввел термин изомерия для описания этого явления. ^[4]^[27]^[28]^[29] ${\ce {CH4N2O}}$ ${\ce {(H2N-)2C=O}}$ ${\ce {[NH+4][O=C=N^{-}]}}$

В 1848 году Луи Пастер заметил, что кристаллы винной кислоты имеют два вида форм, которые являются зеркальным отображением друг друга. Разделив кристаллы вручную, он получил две версии винной кислоты, каждая из которых кристаллизовалась бы только в одной из двух форм, и повернул плоскость поляризованного света на ту же степень, но в противоположных направлениях. ^[30]^[31]

См. Также [ править ]

Хиральность (химия)
Цис-транс-изомерия
Конформация циклогексана
Электромерия
Изомерия (ботаника)
Изомерия лигандов
Ядерный изомер
Стереоцентр
Структурная изомерия
Таутомер
Витамер

Ссылки [ править ]

^ Петруччи, Ральф Х .; Харвуд, Уильям S .; Херринг, Ф. Джеффри (2002). Общая химия: принципы и современные приложения (8-е изд.). Река Аппер Сэдл, штат Нью-Джерси: Prentice Hall. п. 91]. ISBN 978-0-13-014329-7. LCCN 2001032331 . OCLC 46872308 .
^ Merriam-Webster: "isomer" онлайн словарь. Доступ осуществлен 26 августа 2020 г.
^ Merriam-Webster: "изомерный" онлайн словарь. Доступ осуществлен 26 августа 2020 г.
^ а б Як. Берцелиус (1830 г.): « Om sammansättningen af vinsyra och drufsyra (säure aus den Voghesen Джона), om blyoxidens atomvigt, samt allmänna anmärkningar om sådana kroppar som hafva lika sammansäjttakning (т. (Кислота Джона из Вогезов), о молекулярной массе оксида свинца, вместе с общими наблюдениями над телами, которые имеют тот же состав, но разные свойства "). Kongliga Svenska Vetenskaps Academiens Handling ( Труды Шведской королевской академии наук ), том 49, страницы 49–80
^ Смит, Дженис Горзински (2010). Общая, органическая и биологическая химия (1-е изд.). Макгроу-Хилл. п. 450. ISBN 978-0-07-302657-2.
^ «таутомерия» . Золотая книга ИЮПАК . ИЮПАК . Проверено 21 апреля 2019 года .
^ a b Анатолий М. Белостоцкий (2015): « Конформер и конформация », глава 2 Конформационной концепции для использования химиками- синтетиками: принципы и лабораторная эксплуатация . 580 страниц. ISBN 9789814730235 .
^ Ровена Болл и Джон Бриндли (2016): «История жизни перекиси водорода III: хиральность и физические эффекты на заре жизни». Истоки жизни и эволюция биосфер , том 46, страницы 81–93
^ Vallurupalli SR Rao (1998): " Методы конформационного анализа ". Глава 2 в Конформации углеводов . 409 страниц. ISBN 9789057023156
^ Петруччи, Харвуд & Herring 2002 , стр. 996-997.
^ Whitten KW, Gailey KD и Davis RE "Общая химия" (4е изд., Saunders College Publishing 1992), стр. 976-7 ISBN 978-0-03-072373-5
^ ИЮПАК , Сборник химической терминологии , 2-е изд. («Золотая книга») (1997). Исправленная онлайн-версия: (2006–) « оптические изомеры ». DOI : 10,1351 / goldbook.O04308
^ Эрнест Л. Элиэль и Сэмюэл Х. Вилен (1994). Стереохимия органических соединений . Wiley Interscience. п. 1203.
^ a b Эрнест Л. Элиэль и Сэмюэл Х. Вилен (1994). Стереохимия органических соединений . Wiley Interscience. С. 52–53.
^ ИЮПАК , Сборник химической терминологии , 2-е изд. («Золотая книга») (1997). Исправленная онлайн-версия: (2006–) « геометрическая изомерия ». DOI : 10,1351 / goldbook.G02620
^ ИЮПАК , Сборник химической терминологии , 2-е изд. («Золотая книга») (1997). Онлайн-исправленная версия: (2006–) « цис, транс ». DOI : 10,1351 / goldbook.C01092
^ a b Кеннет Б. Виберг и Марк А. Мурко (1987): "Вращательные барьеры. 1. 1,2-Дигалоэтаны". Журнал физической химии , том 91, выпуск 13, страницы 3616–3620. DOI : 10.1021 / j100297a030
^ АТН Ленстр, К. Ван Alsenoy, К. Ферхюльст и HJ Geise (1994): «Твердые частицы моделируемых кристаллического поля первопринципных методов 5. фазовые переходы в бифенила с молекулярной точки зрения.». Acta Crystallographica Раздел B , том B50, страницы 96-106. DOI : 10,1107 / S0108768193007931
^ Такахиро Ивамото, Йошики Ватанабе, Тацуя Садахиро, Такехару Хайно и Сигеру Ямаго (2011): «Селективное по размеру инкапсулирование C60 [10] циклопарафениленом: образование самого короткого фуллерен-стручка». Angewandte Chemie International Edition , том 50, выпуск 36, страницы 8342–8344. DOI : 10.1002 / anie.201102302
^ Эйзи Хирота (2012): «Микроволновая спектроскопия изотопно-замещенных неполярных молекул». Глава 5 в Молекулярной спектроскопии: современные исследования , том 3. 466 страниц. ISBN 9780323149327
^ Кэмерон, Роберт П .; Götte, Jörg B .; Барнетт, Стивен М. (8 сентября 2016 г.). «Хиральная вращательная спектроскопия» . Physical Review . Американское физическое общество (APS). 94 (3): 032505. DOI : 10,1103 / physreva.94.032505 . ISSN 2469-9926 .
^ a b Симан, Джеффри I .; Пейн, III, JB (7 декабря 1992 г.). «Письмо в редакцию:« Изотопомеры, изотопологи » » . Новости химии и машиностроения . Американское химическое общество. 70 (2) . Проверено 28 августа 2020 .
^ ИЮПАК , Сборник химической терминологии , 2-е изд. («Золотая книга») (1997). Онлайн-исправленная версия: (2006–) « изомеризация ». DOI : 10,1351 / goldbook.I03295
^ Браун, KN; Поле, ЛД; Lay, PA; Линдалл, СМ; Мастерс, АФ (1990). "(η ^5- пентафенилциклопентадиенил) {1- (η ^6- фенил) -2,3,4,5-тетрафенилциклопентадиенил} железо (II), [Fe (η ⁵ -C ₅ Ph ₅ ) {(η ⁶ -C ₆ H ₅ ) C ₅ Ph ₄ }], связывающий изомер декафенилферроцена ». J. Chem. Soc., Chem. Commun. (5): 408–410. DOI : 10.1039 / C39900000408 .
^ Поле, LD; Hambley, TW; Хамфри, Пенсильвания; Линдалл, СМ; Gainsford, GJ; Мастера, АФ; Stpierre, TG; Уэбб, Дж. (1995). «Декафенилферроцен». Aust. J. Chem . 48 (4): 851–860. DOI : 10,1071 / CH9950851 .
^ F. Kurzer (2000). «Фульминовая кислота в истории органической химии» . J. Chem. Educ. 77 (7): 851–857. Bibcode : 2000JChEd..77..851K . DOI : 10.1021 / ed077p851 .
^ JJ Берцелиуса (1831): " Über умереть Zusammensetzung дер Weinsäure унд Traubensäure (Джон Saure AUS ден Voghesen), über дас Atomengewicht де Bleioxyds, nebst Allgemeinen Bemerkungen über solche Körper, умирают gleiche Zusammensetzung, Абер ungleiche Eigenschaften besitzen ". Annalen der Physik und Chemie , том 19, страницы 305–335
^ JJ Берцелиус (1831): " Композиция де l'Acide tartarique и де l'Acide racémique (traubensäure); POIDS Atomique де l'Оксид де PLOMB, и др Замечания GENERALS сюры ль корпус дш ОНТ ли même композиция, и др possèdent де différentes Свойство ". Annales de Chimie et de Physique , том 46, страницы 113–147.
^ Эстебан, Соледад (2008). «Противоречие Либиха – Велера и концепция изомерии» . J. Chem. Educ . 85 (9): 1201. Bibcode : 2008JChEd..85.1201E . DOI : 10.1021 / ed085p1201 .
^ Л. Пастер (1848) «Воспоминание о связи, которая существует между кристаллической формой и химическим составом, и о причинах вращения поляризации» (Воспоминания о взаимосвязи, которая может существовать между кристаллической формой и химическим составом, и на причина вращательной поляризации), Comptes rendus de l'Académie des Sciences (Париж), том 26, страницы 535–538.
^ Л. Пастер (1848) «Sur les Relations qui peuvent exister entre la forme cristalline, laposition chimique et le sens de la polarization rotatoire» («Об отношениях, которые могут существовать между кристаллической формой, химическим составом и чувством вращения поляризация »), Annales de Chimie et de Physique , 3-я серия, том 24, выпуск 6, страницы 442–459.

Внешние ссылки [ править ]

В Викицитатнике есть цитаты, связанные с: Изомер

Викискладе есть медиафайлы по теме изомерии .

[1] Петруччи, Ральф Х .; Харвуд, Уильям S .; Херринг, Ф. Джеффри (2002). Общая химия: принципы и современные приложения (8-е изд.). Река Аппер Сэдл, штат Нью-Джерси: Prentice Hall. п. 91]. ISBN 978-0-13-014329-7. LCCN 2001032331 . OCLC 46872308 .

[MW.isomer-2] Merriam-Webster: "isomer" онлайн словарь. Доступ осуществлен 26 августа 2020 г.

[MW.isomeric-3] Merriam-Webster: "изомерный" онлайн словарь. Доступ осуществлен 26 августа 2020 г.

[berz1830-4] а б Як. Берцелиус (1830 г.): « Om sammansättningen af vinsyra och drufsyra (säure aus den Voghesen Джона), om blyoxidens atomvigt, samt allmänna anmärkningar om sådana kroppar som hafva lika sammansäjttakning (т. (Кислота Джона из Вогезов), о молекулярной массе оксида свинца, вместе с общими наблюдениями над телами, которые имеют тот же состав, но разные свойства "). Kongliga Svenska Vetenskaps Academiens Handling ( Труды Шведской королевской академии наук ), том 49, страницы 49–80

[5] Смит, Дженис Горзински (2010). Общая, органическая и биологическая химия (1-е изд.). Макгроу-Хилл. п. 450. ISBN 978-0-07-302657-2.

[6] «таутомерия» . Золотая книга ИЮПАК . ИЮПАК . Проверено 21 апреля 2019 года .

[belo2015-7] Анатолий М. Белостоцкий (2015): « Конформер и конформация », глава 2 Конформационной концепции для использования химиками- синтетиками: принципы и лабораторная эксплуатация . 580 страниц. ISBN 9789814730235 .

[ball2016-8] Ровена Болл и Джон Бриндли (2016): «История жизни перекиси водорода III: хиральность и физические эффекты на заре жизни». Истоки жизни и эволюция биосфер , том 46, страницы 81–93

[vrao-9] Vallurupalli SR Rao (1998): " Методы конформационного анализа ". Глава 2 в Конформации углеводов . 409 страниц. ISBN 9789057023156

[FOOTNOTEPetrucciHarwoodHerring2002996-997-10] Петруччи, Харвуд & Herring 2002 , стр. 996-997.

[11] Whitten KW, Gailey KD и Davis RE "Общая химия" (4е изд., Saunders College Publishing 1992), стр. 976-7 ISBN 978-0-03-072373-5

[12] ИЮПАК , Сборник химической терминологии , 2-е изд. («Золотая книга») (1997). Исправленная онлайн-версия: (2006–) « оптические изомеры ». DOI : 10,1351 / goldbook.O04308

[Eliel2-13] Эрнест Л. Элиэль и Сэмюэл Х. Вилен (1994). Стереохимия органических соединений . Wiley Interscience. п. 1203.

[Eliel-14] Эрнест Л. Элиэль и Сэмюэл Х. Вилен (1994). Стереохимия органических соединений . Wiley Interscience. С. 52–53.

[15] ИЮПАК , Сборник химической терминологии , 2-е изд. («Золотая книга») (1997). Исправленная онлайн-версия: (2006–) « геометрическая изомерия ». DOI : 10,1351 / goldbook.G02620

[16] ИЮПАК , Сборник химической терминологии , 2-е изд. («Золотая книга») (1997). Онлайн-исправленная версия: (2006–) « цис, транс ». DOI : 10,1351 / goldbook.C01092

[wibe1987-17] Кеннет Б. Виберг и Марк А. Мурко (1987): "Вращательные барьеры. 1. 1,2-Дигалоэтаны". Журнал физической химии , том 91, выпуск 13, страницы 3616–3620. DOI : 10.1021 / j100297a030

[lens1994-18] АТН Ленстр, К. Ван Alsenoy, К. Ферхюльст и HJ Geise (1994): «Твердые частицы моделируемых кристаллического поля первопринципных методов 5. фазовые переходы в бифенила с молекулярной точки зрения.». Acta Crystallographica Раздел B , том B50, страницы 96-106. DOI : 10,1107 / S0108768193007931

[iwam2011-19] Такахиро Ивамото, Йошики Ватанабе, Тацуя Садахиро, Такехару Хайно и Сигеру Ямаго (2011): «Селективное по размеру инкапсулирование C60 [10] циклопарафениленом: образование самого короткого фуллерен-стручка». Angewandte Chemie International Edition , том 50, выпуск 36, страницы 8342–8344. DOI : 10.1002 / anie.201102302

[hiro2012-20] Эйзи Хирота (2012): «Микроволновая спектроскопия изотопно-замещенных неполярных молекул». Глава 5 в Молекулярной спектроскопии: современные исследования , том 3. 466 страниц. ISBN 9780323149327

[21] Кэмерон, Роберт П .; Götte, Jörg B .; Барнетт, Стивен М. (8 сентября 2016 г.). «Хиральная вращательная спектроскопия» . Physical Review . Американское физическое общество (APS). 94 (3): 032505. DOI : 10,1103 / physreva.94.032505 . ISSN 2469-9926 .

[Seeman-22] Симан, Джеффри I .; Пейн, III, JB (7 декабря 1992 г.). «Письмо в редакцию:« Изотопомеры, изотопологи » » . Новости химии и машиностроения . Американское химическое общество. 70 (2) . Проверено 28 августа 2020 .

[23] ИЮПАК , Сборник химической терминологии , 2-е изд. («Золотая книга») (1997). Онлайн-исправленная версия: (2006–) « изомеризация ». DOI : 10,1351 / goldbook.I03295

[24] Браун, KN; Поле, ЛД; Lay, PA; Линдалл, СМ; Мастерс, АФ (1990). "(η ^5- пентафенилциклопентадиенил) {1- (η ^6- фенил) -2,3,4,5-тетрафенилциклопентадиенил} железо (II), [Fe (η ⁵ -C ₅ Ph ₅ ) {(η ⁶ -C ₆ H ₅ ) C ₅ Ph ₄ }], связывающий изомер декафенилферроцена ». J. Chem. Soc., Chem. Commun. (5): 408–410. DOI : 10.1039 / C39900000408 .

[25] Поле, LD; Hambley, TW; Хамфри, Пенсильвания; Линдалл, СМ; Gainsford, GJ; Мастера, АФ; Stpierre, TG; Уэбб, Дж. (1995). «Декафенилферроцен». Aust. J. Chem . 48 (4): 851–860. DOI : 10,1071 / CH9950851 .

[26] F. Kurzer (2000). «Фульминовая кислота в истории органической химии» . J. Chem. Educ. 77 (7): 851–857. Bibcode : 2000JChEd..77..851K . DOI : 10.1021 / ed077p851 .

[berz1831a-27] JJ Берцелиуса (1831): " Über умереть Zusammensetzung дер Weinsäure унд Traubensäure (Джон Saure AUS ден Voghesen), über дас Atomengewicht де Bleioxyds, nebst Allgemeinen Bemerkungen über solche Körper, умирают gleiche Zusammensetzung, Абер ungleiche Eigenschaften besitzen ". Annalen der Physik und Chemie , том 19, страницы 305–335

[berz1831b-28] JJ Берцелиус (1831): " Композиция де l'Acide tartarique и де l'Acide racémique (traubensäure); POIDS Atomique де l'Оксид де PLOMB, и др Замечания GENERALS сюры ль корпус дш ОНТ ли même композиция, и др possèdent де différentes Свойство ". Annales de Chimie et de Physique , том 46, страницы 113–147.

[29] Эстебан, Соледад (2008). «Противоречие Либиха – Велера и концепция изомерии» . J. Chem. Educ . 85 (9): 1201. Bibcode : 2008JChEd..85.1201E . DOI : 10.1021 / ed085p1201 .

[30] Л. Пастер (1848) «Воспоминание о связи, которая существует между кристаллической формой и химическим составом, и о причинах вращения поляризации» (Воспоминания о взаимосвязи, которая может существовать между кристаллической формой и химическим составом, и на причина вращательной поляризации), Comptes rendus de l'Académie des Sciences (Париж), том 26, страницы 535–538.

[31] Л. Пастер (1848) «Sur les Relations qui peuvent exister entre la forme cristalline, laposition chimique et le sens de la polarization rotatoire» («Об отношениях, которые могут существовать между кристаллической формой, химическим составом и чувством вращения поляризация »), Annales de Chimie et de Physique , 3-я серия, том 24, выпуск 6, страницы 442–459.

[1]