В стереохимии , стереоизомеризме или пространственной изомерии , является одной из форм изомерии , в котором молекулы имеют одинаковую молекулярную формулу и последовательность связанных атомов (конституция), но отличаются в трехмерных ориентации их атомов в пространстве. [1] [2] Это контрастирует со структурными изомерами , которые имеют одну и ту же молекулярную формулу, но связи связей или их порядок различаются. По определению, молекулы, которые являются стереоизомерами друг друга, представляют собой один и тот же структурный изомер.
Энантиомеры [ править ]
Энантиомеры , также известные как оптические изомеры , представляют собой два стереоизомера, которые связаны друг с другом посредством отражения: они являются зеркальными изображениями друг друга, которые не могут быть совмещены. Человеческие руки - макроскопический аналог этого. Каждый стереогенный центр в одном имеет противоположную конфигурацию в другом. Два соединения, которые являются энантиомерами друг друга, имеют одинаковые физические свойства, за исключением направления, в котором они вращают поляризованный свет, и того, как они взаимодействуют с различными оптическими изомерами других соединений. В результате разные энантиомеры соединения могут иметь существенно разные биологические эффекты. Чистые энантиомеры также обладают феноменом оптической активности.и могут быть разделены только с использованием хирального агента. В природе присутствует только один энантиомер большинства хиральных биологических соединений, таких как аминокислоты (за исключением глицина , который является ахиральным). Оптически активное соединение имеет две формы: D - (+) форма и L - (-) форма.
Диастереомеры [ править ]
Диастереомеры - это стереоизомеры, не связанные посредством операции отражения. Они не являются зеркальным отображением друг друга. Они включают в себя мезосоединений , цис - транс - изомеры , EZ - изомеры , а также энантиомерные не- оптические изомеры . Диастереомеры редко обладают одинаковыми физическими свойствами. В примере, показанном ниже, мезоформа винной кислоты образует диастереомерную пару как с лево, так и с правовинной кислотой, которые образуют энантиомерную пару.
|  |  |
(природная) винная кислота | D - (-) - винная кислота | мезо-винная кислота |
(1: 1) | ||
D - и L - маркировка изомеров выше, не является таким же , как д - и л - Этикетировочным чаще виден, объясняя , почему они могут переворачивается для тех , кто знаком только с последним именованием. [ требуется дальнейшее объяснение ]
Цис-транс и EZ изомерия [ править ]
Стереоизомерия двойных связей возникает из-за того, что вращение вокруг двойной связи ограничено, при этом заместители остаются фиксированными относительно друг друга. Если два заместителя по крайней мере на одном конце двойной связи одинаковы, то стереоизомер отсутствует и двойная связь не является стереоцентром, например, пропен, CH 3 CH = CH 2, где два заместителя на одном конце оба являются H .
Традиционно стереохимия двойной связи описывалась как цис (латинское, на этой стороне) или транс (латинское, поперек), в отношении относительного положения заместителей по обе стороны от двойной связи. Простейшие примеры цис - транс - изомерии являются 1,2-дизамещенных ethenes, как дихлорэтен (С 2 Н 2 Cl 2 ) изомеров показано ниже.
Молекула I - это цис- 1,2-дихлорэтен, а молекула II - транс- 1,2-дихлорэтен. Из-за случайной двусмысленности IUPAC принял более строгую систему, в которой заместителям на каждом конце двойной связи назначается приоритет на основе их атомного номера . Если заместители с высоким приоритетом находятся на одной стороне связи, ей присваивается Z (нем. Zusammen , вместе). Если они находятся на противоположных сторонах, это Е (нем. Entgegen , напротив). Поскольку хлор имеет больший атомный номер, чем водород, это группа с наивысшим приоритетом. Используя это обозначение для обозначения изображенных выше молекул, молекула I представляет собой (Z) -1,2-дихлорэтен, а молекула II - (E) -1,2-дихлорэтен. Это не тот случай, когда Z и цисили E и trans всегда взаимозаменяемы. Рассмотрим следующий фторметилпентен:
Правильное название этой молекулы - транс- 2-фтор-3-метилпент-2-ен, потому что алкильные группы, образующие основную цепь (то есть метил и этил), расположены через двойную связь друг от друга, или (Z) -2-фтор-3-метилпент-2-ен, потому что группы с наивысшим приоритетом на каждой стороне двойной связи находятся на одной стороне двойной связи. Фторо - это группа с наивысшим приоритетом на левой стороне двойной связи, а этил - это группа с наивысшим приоритетом на правой стороне молекулы.
Термины цис и транс также используются для описания относительного положения двух заместителей в кольце; цис, если на той же стороне, иначе транс .
Конформеры [ править ]
Конформационная изомерия - это форма изомерии, которая описывает явление молекул с одинаковой структурной формулой, но с разными формами из-за вращения вокруг одной или нескольких связей. Различные конформации могут иметь разные энергии, обычно могут взаимно преобразовываться и очень редко поддаются выделению. Например, циклогексан может существовать во множестве различных конформаций, включая конформацию кресла и конформацию лодочки, но для самого циклогексана их нельзя разделить. [ необходима цитата ] Форма лодки представляет собой максимум энергии на конформационном маршруте между двумя эквивалентными формами кресел; однако он не представляет собой переходное состояние для этого процесса, поскольку существуют пути с меньшей энергией.
Некоторые молекулы могут быть изолированы в нескольких конформациях из-за больших энергетических барьеров между различными конформациями. 2,2 ', 6,6'-Тетразамещенные бифенилы могут подпадать под эту последнюю категорию.
Аномеры [ править ]
Аномерия - это идентичность для односвязных кольцевых структур, где «цис» или «Е» и «транс» или «Z» (геометрическая изомерия) должны называть замены на атоме углерода, которые также демонстрируют идентичность хиральности; поэтому аномеры имеют атомы углерода, которые имеют геометрическую изомерию и оптическую изомерию ( энантиомерия) на одном или нескольких атомах углерода кольца. Аномеры называют «альфа» или «аксиальный» и «бета» или «экваториальный» при замещении циклической кольцевой структуры, которая имеет одинарные связи между атомами углерода кольца, например, гидроксильная группа, метильная гидроксильная группа, метоксильная группа. или другая пиранозная или фуранозная группа, которые являются типичными замещениями одинарной связи, но не ограничиваются ими. Осевая геометрическая изомерия будет перпендикулярна (90 градусов) плоскости отсчета, а экваториальная будет находиться под углом 120 градусов от осевого соединения или отклониться на 30 градусов от плоскости отсчета. [3]
Атропоизомеры [ править ]
Атропоизомеры представляют собой стереоизомеры, возникающие в результате затрудненного вращения вокруг одинарных связей, где стерический деформационный барьер для вращения достаточно высок, чтобы позволить изоляцию конформеров.
Дополнительные определения [ править ]
- Конфигурационный стереоизомер представл ет собой стереоизомер эталонной молекулы, имеющую конфигурацию в противоположной стереоцентру (например, R- против S- или E- против Z- ). Это означает, что конфигурационные изомеры могут быть взаимно преобразованы только путем разрыва ковалентных связей со стереоцентром, например, путем инвертирования конфигураций некоторых или всех стереоцентров в соединении.
- Эпимер является диастереоизомером , который имеет конфигурацию , противоположную только на одном из стереоцентров.
Правило Ле Бель-Ван'т Хоффа [ править ]
Правило Ле Бель-Ван'т Гоффа гласит, что для структуры с n асимметричными атомами углерода существует максимум 2 n различных стереоизомеров. Например, D- глюкоза представляет собой альдогексозу и имеет формулу C 6 H 12 O 6 . Четыре из его шести атомов углерода стереогенные, что означает, что D- глюкоза является одним из 2 4 = 16 возможных стереоизомеров.
Ссылки [ править ]
- ^ IUPAC , Сборник химической терминологии , 2-е изд. («Золотая книга») (1997). Онлайн-исправленная версия: (2006–) « стереоизомерия ». DOI : 10,1351 / goldbook.S05983
- ^ Колумбийская энциклопедия. «Стереоизомеры» в Encyclopedia.com , nl, 2005 , ссылка
- ^ Моррисон и Бойд Органическая химия Шестое изд. стр. 1170-1171 ISBN 0-13-643669-2
