ruumiline

süsiniku skelett

Seadistamine

Konformatsiooniline

Funktsionaalne asend

Optiline

Klassidevaheline

Geomeetriline

1. Struktuurne isomeeria

Struktuuriisomeerid erinevad keemilise struktuuri poolest, s.t. molekulis olevate aatomite vaheliste sidemete olemus ja järjestus. Struktuursed isomeerid eraldatakse puhtal kujul. Need eksisteerivad üksikute stabiilsete ainetena, nende vastastikune muundumine nõuab suurt energiat - umbes 350 - 400 kJ/mol. Dünaamilises tasakaalus on ainult struktuursed isomeerid – tautomeerid. Tautomerism on orgaanilises keemias tavaline nähtus. See on võimalik liikuva vesinikuaatomi ülekande kaudu molekulis (karbonüülühendid, amiinid, heterotsüklid jne), molekulisiseste interaktsioonide (süsivesikud).

Kõik struktuursed isomeerid on esitatud struktuurivalemite kujul ja nimetatud vastavalt IUPAC nomenklatuurile. Näiteks koostis C 4 H 8 O vastab struktuursetele isomeeridele:

A)erineva süsiniku skeletiga

hargnemata C-ahel - CH3-CH2-CH2-CH=O (butanaal, aldehüüd) ja

hargnenud C-ahel -

(2-metüülpropanaal, aldehüüd) või

tsükkel - (tsüklobutanool, tsükliline alkohol);

b)funktsionaalrühma erineva positsiooniga

butanoon-2, ketoon;

V)funktsionaalrühma erineva koostisega

3-butenool-2, küllastumata alkohol;

G)metamerism

Heteroaatomi funktsionaalrühm võib sisalduda süsinikuskeletis (tsüklis või ahelas). Üks seda tüüpi isomeeride võimalikest isomeeridest on CH3-O-CH2-CH=CH2 (3-metoksüpropeen-1, eeter);

d)tautomeeria (keto-enool)

enooli vorm keto vorm

Tautomeerid on dünaamilises tasakaalus, kusjuures segus domineerib stabiilsem vorm, ketovorm.

Aromaatsete ühendite puhul arvestatakse struktuurset isomeeriat ainult kõrvalahela puhul.

2. Ruumiisomeeria (stereoisomeeria)

Ruumiisomeeridel on sama keemiline struktuur ja need erinevad molekulis olevate aatomite ruumilise paigutuse poolest. See erinevus loob erinevuse füüsilises ja keemilised omadused. Ruumiisomeere on kujutatud erinevate projektsioonide või stereokeemiliste valemite kujul. Keemia haru, mis uurib ruumilist struktuuri ja selle mõju ühendite füüsikalistele ja keemilistele omadustele, nende reaktsioonide suunale ja kiirusele, nimetatakse stereokeemiaks.

A)Konformatsiooniline (rotatsiooniline) isomeeria

Muutmata sideme nurki või sideme pikkust, võib ette kujutada paljusid molekuli geomeetrilisi kujundeid (konformatsioone), mis erinevad üksteisest süsiniktetraeedrite vastastikuse pöörlemise poolest neid ühendava σ-C-C sideme ümber. Selle pöörlemise tulemusena tekivad pöörlevad isomeerid (konformeerid). Erinevate konformeeride energia ei ole sama, kuid erinevaid konformatsioonilisi isomeere eraldav energiabarjäär on enamiku orgaaniliste ühendite puhul väike. Seetõttu on tavatingimustes reeglina võimatu molekule fikseerida ühes rangelt määratletud konformatsioonis. Tavaliselt muutuvad mitmed konformatsioonilised isomeerid kergesti üksteiseks tasakaalus.

Isomeeride kujutamismeetodeid ja nomenklatuuri saab käsitleda etaanimolekuli näitel. Selle jaoks võime ette näha kahe energia poolest maksimaalselt erineva konformatsiooni olemasolu, mida saab kujutada kujul perspektiivsed projektsioonid(1) (“saekitsed”) või väljaulatuvad osad Newman(2):

inhibeeritud konformatsioon varjutatud konformatsioon

Perspektiiviprojektsioonis (1) tuleb C-C ühendust kujutada kaugusesse minemas; Vasakpoolne süsinikuaatom on vaatlejale lähedal ja parempoolne süsinikuaatom temast kaugemal.

Newmani projektsioonis (2) vaadeldakse molekuli mööda S-S ühendused. Kolm joont, mis lahknevad ringi keskpunktist 120° nurga all, näitavad vaatlejale lähima süsinikuaatomi sidemeid; ringi tagant "torkavad" jooned on kauge süsinikuaatomi sidemed.

Paremal näidatud konformatsiooni nimetatakse varjatud . See nimi tuletab meile meelde, et mõlema CH 3 rühma vesinikuaatomid on üksteise vastas. Varjatud konformatsioon on suurendanud sisemist energiat ja on seetõttu ebasoodne. Vasakul näidatud konformatsiooni nimetatakse inhibeeritud , mis tähendab, et vaba pöörlemine C-C sideme ümber on selles asendis "inhibeeritud", st. molekul eksisteerib valdavalt selles konformatsioonis.

Minimaalset energiat, mis on vajalik molekuli täielikuks pööramiseks ümber konkreetse sideme, nimetatakse selle sideme pöörlemisbarjääriks. Pöörlemisbarjääri sellises molekulis nagu etaan saab väljendada molekuli potentsiaalse energia muutusena, mis on funktsioon süsteemi kahetahulise (torsioon - τ) nurga muutusest. Etaanis C-C sideme ümber pöörlemise energiaprofiil on näidatud joonisel 1. Kahte etaani vormi eraldav pöörlemisbarjäär on umbes 3 kcal/mol (12,6 kJ/mol). Potentsiaalse energia kõvera miinimumid vastavad inhibeeritud konformatsioonidele ja maksimumid ummistunud konformatsioonidele. Kuna toatemperatuuril võib mõnede molekulaarsete kokkupõrgete energia ulatuda 20 kcal/mol (umbes 80 kJ/mol), on see barjäär 12,6 kJ/mol kergesti ületatav ja pöörlemist etaanis peetakse vabaks.

Kõigi võimalike konformatsioonide segus domineerivad inhibeeritud konformatsioonid.

Joonis 1. Etaani konformatsioonide potentsiaalse energia diagramm. Keerulisemate molekulide puhul suureneb võimalike konformatsioonide arv. Jah, selleks n

-butaani saab kujutada juba kuue konformatsioonina, mis tekivad pöörlemisel ümber tsentraalse C2-C3 sideme ja erinevad CH3 rühmade omavahelise paigutuse poolest. Butaani erinevad varjutatud ja inhibeeritud konformatsioonid erinevad energia poolest. Inhibeeritud konformatsioonid on energeetiliselt soodsamad.

Pöörlemise energiaprofiil ümber C2-C3-sideme butaanis on näidatud joonisel 2.

Joonis 2. N-butaani konformatsioonide potentsiaalse energia diagramm.

Pika süsinikuahelaga molekuli puhul konformatsiooniliste vormide arv suureneb. Alitsükliliste ühendite molekuli iseloomustavad tsükli erinevad konformatsioonilised vormid (näiteks tsükloheksaani puhul, tugitool, vann väänata

-vormid).

Seega on konformatsioonid teatud konfiguratsiooniga molekuli erinevad ruumilised vormid. Konformeerid on stereoisomeersed struktuurid, mis vastavad potentsiaalse energia diagrammi energiamiinimumidele, on liikuvas tasakaalus ja on võimelised lihtsate σ-sidemete ümber pöörlemise teel omavahel muutuma.

b)Kui selliste transformatsioonide takistus muutub piisavalt kõrgeks, saab eraldada stereoisomeersed vormid (näiteks optiliselt aktiivsed bifenüülid). Sellistel juhtudel ei räägita enam konformeerijatest, vaid tegelikult olemasolevatest stereoisomeeridest.

Geomeetriline isomeeria

Geomeetrilised isomeerid tekivad selle tulemusena, et molekulis puuduvad:

2. kaksiksideme või tsükli ühe süsinikuaatomi juures kaks identset rühma.

Erinevalt konformeeridest saab geomeetrilisi isomeere eraldada puhtal kujul ja eksisteerida üksikute stabiilsete ainetena. Nende vastastikuseks muundamiseks on vaja suuremat energiat - umbes 125-170 kJ/mol (30-40 kcal/mol).

Seal on cis-trans-(Z,E) isomeerid; cis- vormid on geomeetrilised isomeerid, milles identsed asendajad asuvad π-sideme või tsükli tasandi ühel küljel, transs- Vormid on geomeetrilised isomeerid, milles π-sideme või tsükli tasandi vastaskülgedel asuvad identsed asendajad.

Lihtsaim näide on buteen-2 isomeerid, mis eksisteerivad cis-, trans-geomeetriliste isomeeride kujul:

cis-buteen-2-trans-buteen-2

sulamistemperatuur

138,9 0 C - 105,6 0 C

keemistemperatuur

3,72 0 С 1,00 0 С

tihedus

1,2 – diklorotsüklopropaan esineb cis-, trans-isomeeridena:

cis-1,2-diklorotsüklopropaan trans-1,2-diklorotsüklopropaan

Rohkem rasked juhtumid kehtib Z,E-nomenklatuur (Kanna, Ingold, Prelogi nomenklatuur - KIP, saadikute staaži nomenklatuur). Seoses

1-bromo-2-metüül-1-klorobuteen-1 (Br)(CI)C=C(CH3) - CH2-CH3 kõik kaksiksidemega süsinikuaatomite asendajad on erinevad; seetõttu eksisteerib see ühend Z-, E- geomeetriliste isomeeride kujul:

E-1-bromo-2-metüül-1-klorobuteen-1 Z-1-bromo-2-metüül-1-klorobuteen-1.

Isomeeri konfiguratsiooni näitamiseks märkige vanemate asendajate paigutus kaksiksidemes (või tsüklis) on Z- (saksa keelest Zusammen - koos) või E- (saksa keelest Entgegen - vastand).

Z,E süsteemis loetakse suure aatomarvuga asendajaid vanemateks. Kui küllastumata süsinikuaatomitega otseselt seotud aatomid on samad, liikuge edasi "teise kihi" juurde, vajadusel - "kolmandasse kihti" jne.

Esimeses projektsioonis on vanemad rühmad kaksiksideme suhtes üksteise vastas, seega on tegemist E-isomeeriga. Teises projektsioonis on vanemad rühmad kaksiksidet samal küljel (koos), seega on tegemist Z-isomeeriga.

Geomeetrilised isomeerid on looduses laialt levinud. Näiteks looduslikud polümeerid kautšuk (cis-isomeer) ja guttapertš (trans-isomeer), looduslikud fumaarhapped (trans-buteendioehape) ja sünteetilised maleiinhapped (cis-buteendioehape) rasvade koostises - cis-oleiinhape, linool-, linoleenhapped.

V)Optiline isomeeria

Orgaaniliste ühendite molekulid võivad olla kiraalsed ja akiraalsed. Kiraalsus (kreeka keelest cheir - käsi) on molekuli kokkusobimatus selle peegelpildiga.

Kiraalsed ained on võimelised pöörama valguse polarisatsioonitasapinda. Seda nähtust nimetatakse optiliseks aktiivsuseks ja vastavaid aineid nimetatakse optiliselt aktiivne. Optiliselt aktiivsed ained esinevad paarikaupa optilised antipoodid- isomeerid, mille füüsikalised ja keemilised omadused on tavatingimustes samad, välja arvatud üks asi - polarisatsioonitasandi pöörlemise märk: üks optilistest antipoodidest kaldub polarisatsioonitasandit paremale (+, paremale pöörav isomeer), teine ​​- vasakule (-, vasakule pöörav). Optiliste antipoodide konfiguratsiooni saab katseliselt määrata, kasutades seadet - polarimeetrit.

Optiline isomeeria ilmneb siis, kui molekul sisaldab asümmeetriline süsinikuaatom(molekuli kiraalsusel on ka teisi põhjuseid). Nii nimetatakse sp 3 süsinikuaatomit - hübridisatsioon ja see on seotud nelja erineva asendajaga. Asümmeetrilise aatomi ümber on võimalik asendajate kaks tetraeedrilist paigutust. Sel juhul ei saa kahte ruumivormi ühegi pööramisega kombineerida; üks neist on teise peegelpilt:

Mõlemad peegelvormid moodustavad optiliste antipoodide paari või enantiomeerid .

Optilisi isomeere on E. Fischer kujutanud projektsioonivalemite kujul. Need saadakse asümmeetrilise süsinikuaatomiga molekuli projitseerimisel. Sel juhul on asümmeetriline süsinikuaatom ise tasapinnal tähistatud punktiga ja horisontaaljoonel on tähistatud joonise tasandi ette ulatuvate asendajate sümbolitega. Vertikaalne joon (katkendlik või pidev) tähistab asendajaid, mis on eemaldatud joonise tasapinnast kaugemale. Allpool on erinevad võimalused eelmise joonise vasakpoolsele mudelile vastava projektsioonivalemi kirjutamiseks:

Projektsioonis on peamine süsinikuahel kujutatud vertikaalselt; põhifunktsioon, kui see on ahela lõpus, on näidatud projektsiooni ülaosas. Näiteks (+) ja (-) alaniini - CH 3 - * CH(NH 2)-COOH stereokeemilised ja projektsioonivalemid on esitatud järgmiselt:

Sama enantiomeeride sisaldusega segu nimetatakse ratsemaadiks. Ratsemaadil puudub optiline aktiivsus ja seda iseloomustavad enantiomeeridest erinevad füüsikalised omadused.

Projektsioonivalemite teisendamise reeglid.

1. Valemeid saab joonistustasandil pöörata 180°, muutmata nende stereokeemilist tähendust:

2. Ühe asümmeetrilise aatomi kaks (või paarisarv) asendajate ümberpaigutamist ei muuda valemi stereokeemilist tähendust:

3. Asendajate üks (või mis tahes paaritu arv) ümberpaigutamine asümmeetrilises keskmes annab optilise antipoodi valemi:

4. 90° pööramine joonistustasandil muudab valemi antipoodiks.

5. Kolme asendaja pööramine päri- või vastupäeva ei muuda valemi stereokeemilist tähendust:

6. Projektsioonivalemeid ei saa joonestustasandist tuletada.

Optilist aktiivsust omavad orgaanilised ühendid, mille molekulides on kiraalseteks tsentriteks teised aatomid, nagu räni, fosfor, lämmastik ja väävel.

Mitme asümmeetrilise süsinikuaatomiga ühendid eksisteerivad kujul diastereomeerid , st. ruumilised isomeerid, mis ei moodusta üksteisega optilisi antipoode.

Diastereomeerid erinevad üksteisest mitte ainult optilise pöörlemise, vaid ka kõigi teiste füüsikaliste konstantide poolest: neil on erinev sulamis- ja keemistemperatuur, erinev lahustuvus jne.

Ruumiisomeeride arv määratakse Fischeri valemiga N=2 n, kus n on asümmeetriliste süsinikuaatomite arv. Stereoisomeeride arv võib väheneda mõne struktuuri osalise sümmeetria tõttu. Optiliselt inaktiivseid diastereomeere nimetatakse meso-vormid.

Optiliste isomeeride nomenklatuur:

a) D-, L- nomenklatuur

Isomeeri D- või L-seeria määramiseks võrreldakse konfiguratsiooni (OH-rühma asend asümmeetrilise süsinikuaatomi juures) glütseraldehüüdi (glütserooli võtme) enantiomeeride konfiguratsioonidega:

L-glütseraldehüüd D-glütseraldehüüd

D-, L-nomenklatuuri kasutamine on praegu piiratud kolme optiliselt aktiivsete ainete klassiga: süsivesikud, aminohapped ja hüdroksühapped.

b) R -, S-nomenklatuur (Kahni, Ingoldi ja Prelogi nomenklatuur)

Optilise isomeeri R (parem) või S (vasak) konfiguratsiooni määramiseks on vaja asümmeetrilise süsinikuaatomi ümber paigutada asendajad tetraeedris (stereokeemiline valem) nii, et noorim asendaja (tavaliselt vesinik) oleks suund "vaatlejast eemale". Kui kolme ülejäänud asendaja üleminek vanemastmelt keskmisele ja juuniorile toimub päripäeva, on tegemist R-isomeeriga (vanemuse vähenemine langeb kokku käe liikumisega R-tähe ülemise osa kirjutamisel). Kui üleminek toimub vastupäeva, on see S - isomeer (kahanev tähtsus langeb kokku käe liikumisega S-tähe ülaosa kirjutamisel).

Optilise isomeeri R- või S-konfiguratsiooni määramiseks projektsioonivalemi abil on vaja asendajad paigutada paarisarvu permutatsioonidega nii, et noorim neist oleks projektsiooni allosas. Ülejäänud kolme asendaja vanemuse vähenemine päripäeva vastab R-konfiguratsioonile ja vastupäeva S-konfiguratsioonile.

Optilisi isomeere saadakse järgmistel meetoditel:

a) isoleerimine looduslikest materjalidest, mis sisaldavad optiliselt aktiivseid ühendeid, nagu valgud ja aminohapped, süsivesikud, paljud hüdroksühapped (viin-, õun-, mandel), terpeensüsivesinikud, terpeenalkoholid ja -ketoonid, steroidid, alkaloidid jne.

b) ratsemaatide lõhestamine;

c) asümmeetriline süntees;

d) optiliselt aktiivsete ainete biokeemiline tootmine.

KAS SA TEADSID SEDA

Isomerismi nähtus (kreeka keelest - isos - erinevad ja meros - aktsia, osa) avati 1823. aastal. J. Liebig ja F. Wöhler kahe anorgaanilise happe soolade näitel: tsüaanhappe H-O-C≡N ja plahvatusohtlik H-O-N= C.

1830. aastal laiendas J. Dumas isomeeria mõistet orgaanilistele ühenditele.

Aastal 1831 mõiste "isomeer" orgaaniliste ühendite kohta pakkus välja J. Berzelius.

Looduslike ühendite stereoisomeere iseloomustab erinev bioloogiline aktiivsus (aminohapped, süsivesikud, alkaloidid, hormoonid, feromoonid, looduslikku päritolu ravimained jne).

Okei, võib-olla mitte nii palju.

Et kõik läbi käia ja ühestki kahe silma vahele ei jääks, võite välja mõelda mitu lähenemist. Mulle meeldib see: võtke eteen (etüleen) CH2 = CH2. See erineb hepteenist 5 süsinikuaatomi poolest (C5H10). Kõigi võimalike isomeeride sorteerimiseks peate võtma eteenist ühe vesinikuaatomi ja andma selle fragmendile C5H10. Tulemuseks on alküül-C5H11 ja see tuleb lisada eteenijäägile (etenüül CH2=CH-) eemaldatud vesiniku asemel.

1) C5H11 alküülrühmal endal võib olla mitu isomeeri. Lihtsaim sirge ahelaga on CH2-CH2-CH2-CH2-CH3 (pentüül või amüül). Sellest ja etenüülist moodustub hepteen-1 (või 1-hepteen ehk hept-1-een), mida nimetatakse lihtsalt hepteeniks CH2=CH-CH2-CH2-CH2-CH2-CH3.

2a) Kui pentüülis liigutame ühe vesiniku C2-aatomilt C1-aatomile, saame pentüül-2 (või 2-pentüül- või pent-2-üül-) CH3-CH(-)-CH2-CH2-CH3. Sulgudes olev kriips tähendab, et pulk tuleb tõmmata üles või alla ja et siin on paaritu elektron ja see on koht, kus pentüül-2 kinnitub etenüüliga. Tulemuseks on CH2=CH-CH(CH3)-CH2-CH2-CH3 3-metüülhekseen-1 või 3-metüül-1-hekseen või 3-metüülheks-1-een. Loodan, et mõistate alternatiivsete nimede moodustamise põhimõtet, nii et allpool mainitud ühendite jaoks annan ainult ühe nime.

2b) Kui pentüülis liigutame ühe vesiniku C3 aatomilt C1 aatomile, saame pentüül-3 CH3-CH2-CH(-)-CH2-CH3. Kombineerides selle etenüüliga saame CH2=CH-CH(CH2-CH3)-CH2-CH3 3-etüülpenteen-1

3a, b) Pentüül isomeeritakse 4 süsinikuaatomiga ahelaks (butüül), millel on üks metüülrühm. See metüülrühm võib olla seotud butüülrühma C2 või C3 aatomiga. Saame vastavalt 2-metüülbutüül-CH2-CH(CH3)-CH2-CH3 ja 3-metüülbutüül-CH2-CH2-CH(CH3)-CH3 ning lisades need etenüülile saame veel kaks isomeeri C7H14 CH2=CH- CH2-CH(CH3)-CH2-CH3 4-metüülhekseen-1 ja CH2=CH-CH2-CH2-CH(CH3)-CH3 5-metüülhekseen-1.

4a, b) Nüüd butüülis viime joone C2 aatomini, saame 2-butüül CH3-CH(-)-CH2-CH3. Kuid me peame lisama veel ühe süsinikuaatomi (asendage H CH3-ga). Kui lisame selle metüüli ühele terminaalsele aatomile, saame juba käsitletud pentüül-3 ja pentüül-2. Kuid metüüli lisamine ühele keskmisele aatomile annab kaks uut alküülrühma CH3-C(CH3)(-)-CH2-CH3 2-metüül-2-butüül- ja CH3-CH(-)-CH(CH3)- CH32-metüül-2-butüül-.

Lisades need etenüülile saame veel kaks isomeeri C7H14 CH2=CH-C(CH3)2-CH2-CH3 3,3-dimetüülpenteen-1 ja CH2=CH-CH(CH3)-CH(CH3)-CH3 3,4 -dimetüül -penteen-1.

5) Nüüd jätame alküüli ehitamisel 3 süsinikuaatomist koosneva ahela -CH2-CH2-CH3. Puuduvad 2 süsinikuaatomit saab lisada kas etüülina või kahe metüülina. Etüüli vormis lisamise korral saame juba kaalutud variandid. Kuid kaks metüülrühma võivad olla seotud kas mõlemad esimese või ühe esimese, ühe teise süsinikuaatomiga või mõlemad teise süsinikuaatomiga. Esimesel ja teisel juhul saame juba kaalutud variandid ning viimasel uue alküüli -CH2-C(CH3)2-CH3 2,2-dimetüülpropüüli ning etenüülile lisades CH2=CH-CH2 -C(CH3)2-CH3 4,4-dimetüülpenteen-1.

Seega on juba saadud 8 isomeeri. Pange tähele, et nendes isomeerides on kaksikside ahela lõpus, st. seob aatomeid C1 ja C2. Selliseid olefiine (mille otsas on kaksikside, nimetatakse terminalideks). Terminaalsetel olefiinidel ei ole cis-trans isomeeriat.

Järgmisena jagame C5H10 fragmendi kaheks fragmendiks. Seda saab teha kahel viisil: CH2 + C4H8 ja C2H4 + C3H6. CH2 ja C2H4 fragmentidest saab konstrueerida ainult ühe alküüli variandi (CH3 ja CH2-CH3). C3H6 fragmendist võib moodustada propüül-CH2-CH2-CH3 ja isopropüül-CH3-CH(-)-CH3.

C4H8 fragmendist saab konstrueerida järgmised alküülrühmad -CH2-CH2-CH2-CH3-butüül-1, CH3-CH(-)-CH2-CH3-butüül-2, -CH2-CH(CH3)-CH3-isobutüül (2-metüülpropüül) ja -C(CH3)2-CH3-tert-butüül (2,2-dimetüületüül).

Nende lisamiseks alküülidele eemaldame eteeni molekulist kaks vesinikuaatomit. Seda saab teha kolmel viisil: eemaldades mõlemad vesinikuaatomid samast süsinikuaatomist (see tekitab terminaalseid olefiine) või eemaldades mõlemast ühe. Teise võimaluse korral saab need kaks vesinikuaatomit eemaldada kaksiksideme samalt küljelt (saadakse cis-isomeerid) ja erinevatelt külgedelt (saadakse trans-isomeerid).

CH2=C(CH3)-CH2-CH2-CH2-CH3-2-metüülhekseen-1;

CH2=C(CH3)-CH(CH3)-CH2-CH3-2,3-dimetüülpenteen-1;

CH2=C(CH3)-CH2-CH(CH3)-CH3-2,4-dimetüülpenteen-1;

CH2=C(CH3)-C(CH3)2-CH3-2,3,3-trimetüülbuteen-1.

CH2=C(CH2CH3)-CH2-CH2-CH3-2-etüülpenteen-1 või 3-metüleenheksaan;

CH2=C(CH2CH3)-CH(CH3)-CH3-2-etüül-3-metüülbuteen-1 või 2-metüül-3-metüleenpentaan.

CH3-CH=CH-CH2-CH2-CH2-CH3 - hepteen-2 (cis- ja trans-isomeerid);

CH3-CH=CH-CH(CH3)-CH2-CH3-4-metüülhekseen-2 (cis- ja trans-isomeerid);

CH3-CH=CH-CH2-CH(CH3)-CH3-5-metüülhekseen-2 (cis- ja trans-isomeerid);

CH3-CH=CH-C(CH3)2-CH3-4,4-dimetüülpenteen-2 (cis- ja trans-isomeerid);

CH3-CH2-CH=CH-CH2-CH2-CH3 - hepteen-3 (cis- ja trans-isomeerid);

CH3-CH2-CH=CH-CH(CH3)-CH3 - 2-metüülhekseen-3 (cis- ja trans-isomeerid).

Noh, olefiinidega tundub kõik olevat. Järele jäävad tsükloalkaanid.

Tsükloalkaanides moodustavad mitmed süsinikuaatomid tsükli. Tavapäraselt võib seda pidada tasaseks tsükliks. Seega, kui tsükliga on seotud kaks asendajat (erinevatel süsinikuaatomitel), võivad nad paikneda tsükli tasapinna ühel küljel (cis-isomeerid) või vastaskülgedel (trans-isomeerid).

Joonistage seitsenurk. Asetage CH2 igasse tippu. Tulemuseks oli tsükloheptaan;

Nüüd joonistage kuusnurk. Kirjutage CH2 viie tippu ja CH-CH3 ühte. Tulemuseks oli metüültsükloheksaan;

Joonistage viisnurk. Joonistage ühte tippu CH-CH2-CH3 ja teistesse tippudesse CH2. etüültsüklopentaan;

Joonistage viisnurk. Joonistage CH-CH3 kahte tippu järjest ja CH2 ülejäänud tippudesse. Tulemuseks oli 1,2-dimetüülpentaan (cis- ja trans-isomeerid);

Joonistage viisnurk. Kahest tipust tõmmake CH-CH3 läbi ühe ja CH2 ülejäänud tippudesse. Tulemuseks oli 1,3-dimetüülpentaan (cis- ja trans-isomeerid);

Joonista nelinurk. Joonistage kolme tippu CH2 ja ühte CH ning kinnitage sellele -CH2-CH2-CH3. Tulemuseks oli propüültsüklobutaan;

Joonista nelinurk. Joonistage kolme tippu CH2 ja ühte CH ning ühendage sellele -CH(CH3)-CH3. Tulemuseks on isopropüültsüklobutaan;

Joonista nelinurk. Joonistage kolme tippu CH2 ja ühte C ning kinnitage sellele rühmad CH3 ja CH2-CH3. Tulemuseks oli 1-metüül-1-etüültsüklobutaan;

Joonista nelinurk. Joonistage CH2 kahte tippu järjest ja CH ülejäänud kahte. Ühele CH-le lisage CH3 ja teisele CH2-CH3. Tulemuseks oli 1-metüül-2-etüültsüklobutaan (cis- ja trans-isomeerid);

Joonista nelinurk. Kahes tipus tõmmake CH2 läbi ühe ja teisest kahest CH. Ühele CH-le lisage CH3 ja teisele CH2-CH3. Tulemuseks oli 1-metüül-3-etüültsüklobutaan (cis- ja trans-isomeerid);

Joonista nelinurk. Tõmmake kahte tippu järjest CH2, ühte CH, ühte C. Joonistage CH3 CH3 ja C kaks rühma CH3. Tulemuseks oli 1,1,2-dimetüültsüklobutaan;

Orgaaniline keemia pole nii lihtne.

Loogilist arutluskäiku kasutades võite midagi arvata.

Ja kuskil loogikast ei aita, tuleb tuupida.

Nagu näiteks selles küsimuses.

Siin on ülevaade valemitest:

Valemile C17H14 vastavad süsivesinikud kuuluvad nii alkeenide kui ka tsükloalkaanide hulka. Seega, nagu Rafail teile kommentaaris ütles, on neid palju. Alkeenides (klassisisene isomeeria) on kolme tüüpi isomeeria: 1). kaksiksideme positsiooni isomeeria; 2). süsiniku skeleti isomeeria; 3). ja mõnel alkeenil on ruumilised cis- ja trans-isomeerid. Ja selle klassi tsükloalkaanidel on suletud tsükliga isomeeria ja mõnel tsükloalkaanil on cis- ja trans-isomeerid. On vaja otsustada ühenduste klassi üle.

Tegelikult on neid üsna palju, nii et ma ei hakka neid kõiki loetlema:

Siin on mõned nende esindajad:

Kuid neid on endiselt palju ja ausalt öeldes on selle koostise kõigi isomeeride kõiki esindajaid väga raske meeles pidada.

Mitte väga lihtne ülesanne või pigem mitte väga kiire. Ma ei saa teile kõiki anda, kuid näidatud koostise jaoks on rohkem kui 20 isomeeri:

Kui teie ülesanne on koostada jooniseid, siis tunnen teile kaasa, kuid leidsin mitu pilti koostatud isomeeriahelatega:



Üldiselt ole tugev!

Struktuurset isomeeriat on mitut tüüpi:

süsiniku skeleti isomeeria;

mitmiksidemete asukoha isomeeria;

funktsionaalrühmade asukoha isomeeria.

Valemite tuletamiseks isomeeride jaoks, mis erinevad molekuli süsinikuaatomite sidemete järjestuse poolest (süsiniku skeleti isomeeria):

a) luua kindla süsinikuaatomite arvuga normaalstruktuuriga süsinikskeleti struktuurvalem;

b) lühendada järk-järgult ahelat (iga kord ühe süsinikuaatomi võrra) ja teha ühe või mitme süsinikuaatomi kõikvõimalikud ümberpaigutused ning seega tuletada kõigi võimalike isomeeride valemid.

NÄIDE: Koostage kõigi isomeersete süsivesinike koostisega C 5 H 12 struktuurivalemid.

1. Loome valemid normaalse 5 süsinikuaatomi ahelaga süsiniku skeleti jaoks.

S – S – S – S – S

2. Lühendame ahelat ühe süsinikuaatomi võrra ja viime läbi kõik võimalikud ümberkorraldused.

S-S-S-S

4. Paigutame vajaliku arvu vesinikuaatomeid.

1. CH 3 – CH 2 – CH 2 – CH 2 – CH 3

2. CH 3 – CH – CH 2 – CH 3

3. CH 3 – C – CH 3

Et tuletada kõikide isomeeride struktuurvalemid, mis on tingitud mitmiksidemete, asendajate (halogeenid) või funktsionaalrühmade (OH, -COOH, NO 2, NH2) erinevatest positsioonidest, toimige järgmiselt.

eemaldada kõik süsinikskeleti isomeeriga seotud struktuursed isomeerid;

graafiliselt liigutada mitmikside või funktsionaalrühm nendesse positsioonidesse, kuhu see süsiniku tetravalentsuse seisukohalt on võimalik:

NÄIDE: Kirjutage kõigi penteenide (C 5 H 10) struktuurivalemid.

1. Koostame kõigi isomeeride valemid, mis erinevad süsiniku skeleti struktuuri poolest:

a) S - S - S - S - S b) S - S - S - S c) S - S - S

2. Liigutame mitut ühendust juhtudel a) ja b)

C = C - C - C - C CH 2 = CH - CH 2 - CH 2 - CH 3

A) C – C – C – C – C C – C = C – C – C CH 3 – CH = CH – CH 2 – CH 3

B) C – C – C – C C = C – C – C CH 2 = C – CH 2 – CH 3

C - C = C - C CH 3 - C = CH - CH 3

C – C – C – C C CH 3

C C - C - C = C CH 2 - CH - CH = CH 2

Seega on C5H10 puhul võimalik viis isomeeri.

NÄIDE: Koostage kõigi koostisega C 8 H 10 aromaatsete süsivesinike struktuurivalemid.

Aromaatsete ühendite puhul on võimalik kõrvalahela skeleti isomeeria ja aromaatse ringi asendajate positsiooni isomeeria.

1. Loome tavalise külgahelaga struktuurvalemi:

2. Lühendame kõrvalahelat ühe süsinikuaatomi võrra ja teeme võimalikud CH 3 ümberkorraldused benseenitsüklis.

Kompositsioonis C8H10 on 4 isomeeri.

1. Harjutuste sooritamisel tuleb erilist tähelepanu pöörata orgaaniliste ühendite struktuurivalemite õigele kirjutamisele. Kõige mugavam on kasutada poollaiendatud (lihtsustatud) struktuurivalemeid, milles aatomitevahelised sidemed on märgitud kriipsudega, välja arvatud sidemed vesinikuaatomitega. Võimalusel on kasulik koostada valemid horisontaalselt kirjutatud süsinikuahelaga nii, et ahelate lõpus asuvad funktsionaalrühmad paikneksid paremal ja mitteotsa süsinikuaatomite asendajad süsiniku all või kohal. kett:

CH 3 - CH - CH 2 - OH CH 3 - CH 2 - CH - CH 3

CH 2 – CH 2 – C CH 3 - CH – COOH

2. Algharjutustes benseenitsüklites olevate aromaatsete ühendite valemitega on parem kirjutada kõik C- ja H-aatomid. Benseenitsüklite lihtsustatud esituses peavad asendaja aatomid ja rühmad olema valentsjoontega selgelt ühendatud benseenitsükli aatomitega.

3. Enamasti on soovitatav kirjutada anorgaanilised ühendid reaktsioonivõrranditesse, kasutades struktuurseid või poollaiendatud struktuurivalemeid:

Näiteks: HON H2O asemel,

HOSO 3 H H 2 SO 4 asemel,

HONO 3 asemel HNO 3

See ei ole vajalik, kui sellised ühendid osalevad ioonsetes reaktsioonides, näiteks kui happed reageerivad amiinidega, moodustades soolasid.

4. Orgaanilisi reaktsioone saab väljendada võrranditega, milles koefitsiendid liidetakse ja aatomite arv paremal ja vasakul võrdsustatakse. Sageli ei kirjutata aga mitte võrrandeid, vaid reaktsiooniskeeme. Seda tehakse juhtudel, kui protsess toimub samaaegselt mitmes suunas või mitme järjestikuse etapi kaudu, näiteks:

Cl 2 CH 3 – CH 2 – CH 2 – Cl + HCl

CH 3 – CH 2 – CH 3

kerge CH 3 – CH – CH 3 + HCl

või NaOH, t 0 C Cu, t 0 C

CH 3 – CH 2 – Cl CH 3 – CH 2 – OH CH 3 – CH = O

Nagu on näidatud diagrammidel toodud näidetes, on aktiivne reaktiiv näidatud noole kohal. Lihtsuse huvides ei ole diagrammi paremal või vasakul küljel olevad koefitsiendid võrdsustatud ja mõned ained, nagu näiteks H 2, HCl, H 2 O, Na Cl jne. reaktsioonide käigus tekkinud neid kas ei ole diagrammidel üldse näidatud või on need näidatud noole all miinusmärgiga. Ainete muundumissuund reaktsioonides on näidatud noolega. Reagendid ja reaktsioonitingimused, katalüsaator jne on näidatud noole kohal.

Näiteks:

H20, H2SO 4 130 0 C

CH 3 – CH 2 – CH 2 – NO 2 CH 3 – CH 2 – COOH + NH 2 OH* H 2 SO 4

Mõnikord on noole all (soovitavalt sulgudes) märgitud lähteained, mis üksteisega suhtlemise tulemusena moodustavad reagendi (tähistatud noole kohal). Näiteks:

R – NH 2 R – OH + N 2 + H 2 O

Järelikult moodustub sel juhul reaktiiv - lämmastikhape - naatriumnitritist ja vesinikkloriidhape. Loomulikult saadakse siin ka naatriumkloriidi NaCl, kuid see ühend ei pruugi olla diagrammil märgitud protsessiga otseselt mitteseotuna. Reeglina kujutatakse orgaaniliste ainete redoksmuutusi lihtsustatud reaktsiooniskeemidega, et juhtida tähelepanu orgaanilise ühendi oksüdeerumisele või redutseerimisele; oksüdeerija või redutseerija muundamise üksikasjad ei pruugi diagrammil kajastuda.

Sel eesmärgil tähistatakse oksüdeerivat ainet sümboliga [O] ja redutseerijat sümboliga [H] noole kohal. Vajadusel saab aktiivsed reaktiivid näidata noole all (soovitavalt sulgudes).

Näiteks:

CH 3 OH CH 2 = O + H 2 O CH 3 OH CH 2 = O + H 2 O

(K 2 Cr 2 O 7 + H 2 SO 4)

C 6 H 5 NO 2 C 6 H 5 – NH 2 + 2 H 2 O

IN viimastel aastatel, nii teaduslikus kui ka õppekeemiaalases kirjanduses kasutatakse süstemaatilisena Rahvusvahelise Puhta ja Rakenduskeemia Liidu välja töötatud orgaaniliste ühendite nomenklatuuri, IRAS (IUPAC) nomenklatuuri, seda nimetatakse tavaliselt „rahvusvaheliseks süstemaatiliseks nomenklatuuriks ”. IN õppekirjandus Kasutatakse ka ratsionaalset nomenklatuuri.

1. Nomenklatuuri harjutuste sooritamist alustades peate kõigepealt seda teemat uurima õpikus, kus on üksikasjalikult käsitletud selle klassi nomenklatuurisüsteemide soovitusi. Siin on antud ainult lühikesed omadused on toodud soovitatavad nomenklatuurid ja näited.

2. Tähelepanu tuleb pöörata nimede õigele kirjapildile. Rahvusvahelise nomenklatuuri järgi nimetustes tuleb numbrid sõnadest eraldada sidekriipsudega ja numbrid arvudest komadega: 1,4 dibromo – 2,3 – dimetüülbuteen – 2.

Kuigi on tavaks kirjutada nimede koostisosad kokku, võib didaktilistel põhjustel keerukaid nimesid eraldada kriipsudega.

Näiteks: Nimi

Metüületüülpropüülisobutüülmetaan võib kirjutada ja on soovitatav kirjutada järgmiselt: metüül - etüül - propüül - isobutüül - metaan.

Kui nimi on jaotatud selle koostisosadeks, on ühendi struktuur ja valem selgemalt esitatud.

KONTROLLTÖÖD ÜLESANDED

Vaatame alkaani näidet C6H14.

1. Esiteks kujutame lineaarset isomeeri molekuli (selle süsiniku skelett)

2. Seejärel lühendame ahelat 1 süsinikuaatomi võrra ja kinnitame selle aatomi ahela mis tahes süsinikuaatomi külge haruna, välja arvatud äärmised positsioonid:

(2) või (3)

Kui kinnitate süsinikuaatomi ühte äärmuslikest positsioonidest, ei muutu ahela keemiline struktuur:

Lisaks peate tagama, et kordusi poleks. Jah, struktuur

identne struktuuriga (2).

3. Kui kõik peaahela positsioonid on ammendatud, lühendame ahelat veel 1 süsinikuaatomi võrra:

Nüüd on külgharudes 2 süsinikuaatomit. Siin on võimalikud järgmised aatomite kombinatsioonid:

Külg asendaja võib koosneda 2 või enamast järjestikku ühendatud süsinikuaatomist, kuid heksaani puhul puuduvad selliste külgharudega isomeerid ja struktuur

identne struktuuriga (3).

Külgasendaja - C-C saab paigutada ainult ahelasse, mis sisaldab vähemalt 5 süsinikuaatomit, ja seda saab kinnitada ainult ahela lõpust kolmanda ja edasise aatomi külge.

4. Pärast isomeeri süsiniku karkassi konstrueerimist on vaja kõiki molekulis olevaid süsinikuaatomeid täiendada vesiniksidemetega, arvestades, et süsinik on neljavalentne.

Niisiis, kompositsioon C6H14 vastab 5 isomeerile:

2) 3) 4)

5)

Alkaanide rotatsiooniline isomeeria

S-sidemetele on iseloomulik, et elektrontihedus on neis jaotunud sümmeetriliselt seotud aatomite tuumasid ühendava telje suhtes (silindriline või pöörlemissümmeetria). Seetõttu ei põhjusta aatomite pöörlemine s-sideme ümber selle purunemist. Molekulisisese pöörlemise tulemusena piki C–C s-sidemeid võivad alkaanimolekulid, alates etaanist C 2 H 6, omandada erinevaid geomeetrilisi kujundeid.

Molekuli erinevaid ruumilisi vorme, mis C–C s-sidemete ümber pöörledes muutuvad üksteiseks, nimetatakse konformatsiooniks või pöörlevad isomeerid(konformeerid).

Molekuli pöörlevad isomeerid on selle energeetiliselt ebavõrdsed olekud. Nende omavaheline muundamine toimub kiiresti ja pidevalt termilise liikumise tulemusena. Seetõttu ei saa pöörlevaid isomeere üksikul kujul eraldada, vaid nende olemasolu on tõestatud füüsikaliste meetoditega. Mõned konformatsioonid on stabiilsemad (energeetiliselt soodsamad) ja molekul püsib sellistes olekutes rohkem kaua aega.

Vaatleme pöörlevaid isomeere, kasutades näitena etaani H 3 C–CH 3:

Kui üks CH 3 rühm pöörleb teise suhtes, tekib palju erinevaid molekuli vorme, mille hulgas eristatakse kahte iseloomulikku konformatsiooni ( A Ja B), mida iseloomustab 60° pöörlemine:

Need etaani pöörlevad isomeerid erinevad erinevate süsinikuaatomitega ühendatud vesinikuaatomite vahelise kauguse poolest.

Konformatsioonis A Vesiniku aatomid on lähestikku (varjavad üksteist), nende tõukejõud on suur, molekuli energia maksimaalne. Seda konformatsiooni nimetatakse "varjutuks", see on energeetiliselt ebasoodne ja molekul läheb konformatsiooni B, kus erinevate süsinikuaatomite H-aatomite vahelised kaugused on suurimad ja vastavalt sellele minimaalne tõrjumine. Seda konformatsiooni nimetatakse "inhibeeritud", kuna see on energeetiliselt soodsam ja molekul püsib sellisel kujul kauem.

Süsinikuahela pikenedes suureneb eristatavate konformatsioonide arv. Seega pöörlemine piki tsentraalset sidet n-butaanis

annab neli pöörlevat isomeeri:

Neist stabiilseim on konformeer IV, milles CH3 rühmad on üksteisest maksimaalselt kaugel. Konstrueerige õpilastega tahvlil n-butaani potentsiaalse energia sõltuvus pöördenurgast.

Optiline isomeeria

Kui süsinikuaatom molekulis on seotud nelja erineva aatomi või aatomirühmaga, näiteks:

siis on võimalik kahe ühesuguse struktuurivalemiga, kuid ruumilise struktuuri poolest erineva ühendi olemasolu. Selliste ühendite molekulid on omavahel seotud objekti ja selle peegelpildiga ning on ruumilised isomeerid.

Seda tüüpi isomeere nimetatakse optilisteks isomeerideks või optilisteks antipoodideks:

Optiliste isomeeride molekulid on ruumis kokkusobimatud (nagu vasak ja parem käsi).

Seega on optilised isomeerid ruumilised isomeerid, mille molekulid on omavahel seotud objekti ja sellega kokkusobimatu peegelpildina.

Optilistel isomeeridel on samad füüsikalised ja keemilised omadused, kuid nende seos polariseeritud valgusega on erinev. Sellistel isomeeridel on optiline aktiivsus (üks neist pöörab polariseeritud valguse tasandit vasakule ja teine ​​sama nurga all paremale). Keemiliste omaduste erinevusi täheldatakse ainult reaktsioonides optiliselt aktiivsete reagentidega.

Optiline isomeeria avaldub erinevate klasside orgaanilistes ainetes ja mängib väga olulist rolli looduslike ühendite keemias.