Изомерия органических соединений.
Изомеры – вещества, отвечающие одной молекулярной формуле, но имеющие различное химическое строение (структурные изомеры) или различное расположение атомов или групп атомов в пространстве (пространственные или стереоизомеры). Для биоорганической и биологической химии изомерия является причиной разной биологической активности. То есть только определенные изомеры проявляют биологическую активность, которая может исчезнуть в процессе изомеризации, что вызывает патологические изменения в организме человека. Различают структурную и пространственную изомерию органических веществ. Виды структурной изомерии органических соединений Структурные изомеры отличаются друг от друга химическим строением и, следовательно, обладают разными химическими свойствами. Различают виды структурной изомерии: 1. Изомерия углеродного скелета Формуле С4 Н10 соответствуют: СН3-СН2-СН2-СН3 н-бутан СН3-СН(СН3)-СН3 изо-бутан, 2-метилпропан 2. Изомерия положения кратной связи Формуле С4Н8 соответствуют: СН2=СН-СН2-СН3 бутен-1 СН3-СН=СН-СН3 бутен-2 4. Изомерия положения функциональной группы Формуле С3Н7NН2 соответствуют: СН3-СН2-СН2-NН2 пропанамин-1 СН3-СН-СН3 пропанамин-2 ǀ NН2 5. Изомерия функциональной принадлежности (межклассовая изомерия) Формуле С2Н6О соответствуют: СН3-СН2-ОН этанол СН3-О-СН3 диметиловый эфир
Стереоизомерия органических соединений Стереоизомеры различаются пространственным расположением атомов или групп атомов. Различают виды стереоизомерии: 1. конформационная изомерия 2. энантиомерия 3. σ –диастереомерия 4. π- диастереомерия (геометрическая)
Конформа́ция молекулы (от лат.conformatio — форма, построение, расположение) — пространственное расположение атомов в молекуле определенной конфигурации, обусловленное поворотом вокруг одной или нескольких одинарных сигма-связей. Молекулы, отличающиеся только своими конформациями, называются конформерами, или поворотными изомерами. Существование конформации обусловлено пространственным взаимодействием (например, отталкиванием, притяжением, образованием водородных связей) не связанных между собой заместителей, в т.ч. и атомов водорода. Благодаря данному свойству органические молекулы с большим числом таких связей (например, белки) могут принимать различные конформации. Энергетически конформации различаются незначительно. Конформация с наименьшей энергией является наиболее устойчивой.
Например, на рис. a изображена заторможенная конформация этана, более устойчивая, чем заслоненная конформация, изображенная на рис. б.
Энантиомеры – это изомеры, которые относятся друг к другу как предмет и несовместимое с ним в пространстве зеркальное отражение. Энантиомерия возможна у любых органических соединений, имеющих центр хиральности (от греч.сhiro – рука). Хиральным центром называют sp3- гибридный атом углерода, соединенный с 4-мя разными заместителями (асимметрический атом углеродаC*). Хиральные молекулы не могут быть совмещены в пространстве. Например молекула молочной кислоты (2-гидроксипропановая кислота) СН3-СН(ОН)-СООН существует в виде двух энантиомеров.
Для изображения энантиомеров на плоскости используют проекционные формулы Фишера. В зависимости от конфигурации хирального центра различают D- и L- конфигурации (формы). В D-форме функциональная группа(-ОН) хирального центра располагается справа от углеродной цепи; в L-форме –функциональная группа хирального центра (-ОН) располагается слева от углеродной цепи.
СООН СООНǀ ǀ
СН3 СН3 D- молочная кислота L- молочная кислота Энантиомеры обладают оптической активностью. Они способны вращать плоскость поляризации света. Оптическая активность энантиомеров исследуется с помощью прибора – поляриметра, в котором луч света, пройдя через специальную призму Николя колеблется только в одной плоскости, т,е. становится плоскополяризованным. У энантиомеров угол вращения плоскости поляризации света одинаковый, но направление вращения противоположное. Один энантиомер – левовращающий, знак (-); другой правовращающий, знак (+).Знак вращения плоскости поляризации света не связан с принадлежностью к Д- или L-ряду, он определяется экспериментально. Таким образом, энантиомеры, обладают одинаковыми физическими и химическими свойствами, но являются оптическими антиподами, т.е. имеют противоположную оптическую активность и имеют различную физиологическую активность. σ-Диастереомерия возникает в молекулах с двумя и более центрами хиральности. σ-Диастереомеры – оптические изомеры, не являющиеся зеркальным изображением друг друга.Число стереоизомеров в хиральных структурах рассчитывают по формуле Фишера: Z =2n, где n-число центров хиральности. Например в молекуле 2,3,4–тригидроксибутаналя СН2(ОН)-СН(ОН)-СН(ОН)-СНО n=2; существует Z = 22 = 4 стереоизомера, т.е. две пары энантиомеров. D-, L-определяющим является гидроксил при нижнем асимметрическом атоме углерода. Если заместители в центрах хиральности находятся по одну сторону углеродной цепи, то такой стереоизомер называют эритро-формой, если по разные стороны, то трео-формой.
СН2ОН СН2ОН СН2ОН СН2ОН
Д – эритроза L-эритроза Д-треоза L-треоза
энантиомеры энантиомеры σ-Диастереомеры не являются зеркальными изображениями друг друга, они имеют разные физические и химические свойства. π-дастереомеры (цис- и транс-)- это стереоизомеры, отличающиеся друг от друга пространственным расположением одинаковых заместителей относительно плоскости π-связи. Бутендиовая кислота НООС-СН=СН-СООН образует 2 p -диастереомера:
Фумаровая кислота содержится как в растительных, так и животных организмах, где она образуется как промежуточный продукт обмена углеводов в анаэробных условиях.
Малеиновая кислота токсична, в природе не встречается, получается синтетическим путём. Таким образом,p-диастереомеры отличаются друг от друга по физическим и химическим свойствам, а также по физиологическому действию. Более устойчивыми являются транс-p-диастереомеры. Контрольные вопросы 1. Изомерия как специфическое явление органической химии. Структурная изомерия, ее виды. 2. Стереохимия как область химии, изучающая пространственное строение органических соединений. Конфигурация и конформация как важнейшие понятия стереохимии. 3. Конформации открытых цепей. Проекционные формулы Ньюмена. Энергетическая характеристика конформационных состояний. 4. Конформация циклических соединений. Аксиальные и экваториальные связи. 5. Энантиомерия. Оптическая активность. Д и L – система стереохимической номенклатуры. Проекционные формулы Фишера. Глицериновый альдегид как конфигурационный стандарт. Рацематы. 6. Диастереомерия. s - Диастереомерия. p - Диастереомерия как стереоизомерия в ряду соединений с двойной связью. 7. Связь пространственного строения органических соединений с их биологической активностью. Типовые задания
Воспользуйтесь поиском по сайту: ![]() ©2015 - 2025 megalektsii.ru Все авторские права принадлежат авторам лекционных материалов. Обратная связь с нами...
|