Ligjërata për studentët e Fakultetit të Pediatrisë

Ligjërata2

Tema: Struktura hapësinore e përbërjeve organike

Synimi: njohja me llojet e izomerizmit strukturor dhe hapësinor të përbërjeve organike.

Plani:

Klasifikimi i izomerizmit.

Izomerizmi strukturor.

Izomerizmi hapësinor

Izomerizmi optik

Përpjekjet e para për të kuptuar strukturën e molekulave organike datojnë në fillim të shekullit të 19-të. Fenomeni i izomerizmit u zbulua për herë të parë nga J. Berzelius, dhe A. M. Butlerov në 1861 propozoi një teori të strukturës kimike të përbërjeve organike, e cila shpjegoi fenomenin e izomerizmit.

Izomerizmi është ekzistenca e përbërjeve me të njëjtën përbërje cilësore dhe sasiore, por strukturë ose vendndodhje të ndryshme në hapësirë, dhe vetë substancat quhen izomere.

Klasifikimi i izomerëve

Strukturore

(rend i ndryshëm i lidhjes së atomeve)

Stereoizomerizmi

(rregullimi i ndryshëm i atomeve në hapësirë)

Dispozita të shumta lidhjeje

Dispozitat e Grupit Funksional

Konfigurimi

Konforma-

Izomerizmi strukturor.

Izomerët strukturorë janë izomerë që kanë të njëjtën përbërje cilësore dhe sasiore, por ndryshojnë në strukturën kimike.

Izomerizmi strukturor përcakton diversitetin e përbërjeve organike, në veçanti alkanet. Me rritjen e numrit të atomeve të karbonit në molekula alkanet, numri i izomerëve strukturorë rritet me shpejtësi. Pra, për heksan (C 6 H 14) është 5, për nonan (C 9 H 20) - 35.

Atomet e karbonit ndryshojnë në vendndodhje në zinxhir. Atomi i karbonit në fillim të zinxhirit është i lidhur me një atom karboni dhe quhet fillore. Një atom karboni i lidhur me dy atome karboni - dytësore, me tre - terciare, me katër - kuaternare. Alkanet me zinxhir të drejtë përmbajnë vetëm atome karboni parësor dhe sekondar, ndërsa alkanet me zinxhir të degëzuar përmbajnë atome karboni terciar dhe kuaternar.

Llojet e izomerizmit strukturor.

Metamerët– komponimet që i përkasin të njëjtës klasë përbërjesh, por që kanë radikale të ndryshme:

H 3 C – O – C 3 H 7 – metilpropil eter,

H 5 C 2 – O – C 2 H 5 – eter dietil

Izomerizmi ndërklasor. Pavarësisht përbërjes së njëjtë cilësore dhe sasiore të molekulave, struktura e substancave është e ndryshme.

Për shembull: aldehidet janë izomere ndaj ketoneve:

Alkinet – alkadienet

H 2 C = CH – CH = CH 2 butadien -1,3 HC = C - CH 2 – CH 3 – butine-1

Izomerizmi strukturor përcakton gjithashtu diversitetin e radikaleve hidrokarbure. Izomerizmi i radikalëve fillon me propanin, për të cilin janë të mundshme dy radikale. Nëse një atom hidrogjeni zbritet nga atomi primar i karbonit, fitohet radikal propyl (n-propil). Nëse një atom hidrogjeni zbritet nga një atom sekondar karboni, përftohet radikal izopropil.

-

izopropil

CH 2 – CH 2 – CH 3 - prerë

Izomerizmi hapësinor (stereoizomerizmi)

Kjo është ekzistenca e izomerëve që kanë të njëjtën përbërje dhe rend të lidhjes së atomeve, por ndryshojnë në natyrën e renditjes së atomeve ose grupeve të atomeve në hapësirë ​​në raport me njëri-tjetrin.

Ky lloj izomerizmi u përshkrua nga L. Pasteur (1848), J. Van't Hoff, Le Bel (1874).

Në kushte reale, vetë molekula dhe pjesët e saj individuale (atomet, grupet e atomeve) janë në gjendje të lëvizjes vibruese-rrotulluese dhe kjo lëvizje ndryshon shumë rregullimin relativ të atomeve në molekulë. Në këtë kohë, lidhjet kimike shtrihen dhe këndet e lidhjeve ndryshojnë, dhe kështu lindin konfigurime dhe konformacione të ndryshme të molekulave.

Prandaj, izomerët hapësinorë ndahen në dy lloje: konformues dhe konfigurues.

Konfigurimet janë rendi në të cilin atomet janë vendosur në hapësirë ​​pa marrë parasysh ndryshimet që vijnë nga rrotullimi rreth lidhjeve të vetme. Këta izomerë ekzistojnë në konformacione të ndryshme.

Konformacionet janë forma dinamike shumë të paqëndrueshme të së njëjtës molekulë që lindin si rezultat i rrotullimit të atomeve ose grupeve të atomeve rreth lidhjeve të vetme, si rezultat i të cilave atomet zënë pozicione të ndryshme hapësinore. Çdo konformacion i një molekule karakterizohet nga një konfigurim specifik.

Lidhja b lejon rrotullimin rreth saj, kështu që një molekulë mund të ketë shumë konformacione. Nga shumë konformacione, vetëm gjashtë janë marrë parasysh, sepse Këndi minimal i rrotullimit konsiderohet të jetë një kënd i barabartë me 60°, i cili quhet këndi i rrotullimit.

Ekzistojnë: konformacione të eklipsuara dhe të frenuara.

Konformacion i eklipsuar ndodh kur zëvendësuesit identikë janë të vendosur në një distancë minimale nga njëri-tjetri dhe forcat reciproke të zmbrapsjes lindin midis tyre, dhe molekula duhet të ketë një furnizim të madh energjie për të ruajtur këtë konformacion. Ky konformacion është energjikisht i pafavorshëm.

Konformimi i frenuar - ndodh kur zëvendësuesit identikë janë sa më larg njëri-tjetrit dhe molekula ka një rezervë minimale të energjisë. Ky konformacion është energjikisht i favorshëm.

P Komponimi i parë për të cilin dihet ekzistenca e izomereve konformacionale është etani. Struktura e saj në hapësirë ​​përshkruhet nga formula e perspektivës ose formula e Newman-it:

ME 2 N 6

errësuar frenuar

konformacion konformacion

Formulat e projeksionit të Newman-it.

Atomi i karbonit më afër nesh përcaktohet me një pikë në qendër të rrethit, rrethi përfaqëson atomin e largët të karbonit. Tre lidhjet e secilit atom përshkruhen si vija që ndryshojnë nga qendra e rrethit - për atomin më të afërt të karbonit dhe ato të vogla - për atomin e largët të karbonit.

Në zinxhirët e gjatë të karbonit, rrotullimi është i mundur rreth disa lidhjeve C–C. Prandaj, i gjithë zinxhiri mund të marrë forma të ndryshme gjeometrike. Sipas të dhënave të difraksionit me rreze X, zinxhirët e gjatë të hidrokarbureve të ngopura kanë një konformacion zigzag dhe në formë kthetra. Për shembull: acidet palmitike (C 15 H 31 COOH) dhe stearik (C 17 H 35 COOH) në konformacionet zigzag janë pjesë e lipideve të membranave qelizore dhe molekulat e monosakarideve në tretësirë ​​marrin një konformacion në formë kthetra.

Konformacionet e përbërjeve ciklike

Lidhjet ciklike karakterizohen nga stresi këndor i shoqëruar me praninë e një cikli të mbyllur.

Nëse i konsiderojmë ciklet si të sheshta, atëherë për shumë prej tyre këndet e lidhjes do të devijojnë ndjeshëm nga normalja. Stresi i shkaktuar nga devijimi i këndeve të lidhjes midis atomeve të karbonit në unazë nga vlera normale quhet qoshe ose e Bayer-it

Për shembull, në cikloheksan atomet e karbonit janë në gjendjen hibride sp 3 dhe, në përputhje me rrethanat, këndi i lidhjes duhet të jetë i barabartë me 109 o 28 /. Nëse atomet e karbonit shtrihen në të njëjtin rrafsh, atëherë në unazën planare këndet e lidhjes së brendshme do të ishin të barabarta me 120°, dhe të gjithë atomet e hidrogjenit do të ishin në një konformacion të eklipsuar. Por cikloheksani nuk mund të jetë i sheshtë për shkak të pranisë së sforcimeve të forta këndore dhe rrotulluese. Ai zhvillon konformacione jo planare më pak të stresuara për shkak të rrotullimit të pjesshëm rreth lidhjeve ϭ, ndër të cilat konformacionet janë më të qëndrueshme kolltuqe Dhe banjot.

Konformacioni i karriges është energjikisht më i favorshmi, pasi nuk ka pozicione të mbyllura të atomeve të hidrogjenit dhe karbonit. Rregullimi i atomeve H të të gjithë atomeve C është i njëjtë si në konformimin e frenuar të etanit. Në këtë konformacion, të gjithë atomet e hidrogjenit janë të hapur dhe të disponueshëm për reaksione.

Konformacioni i banjës është më pak i favorshëm energjikisht, pasi 2 palë atome C (C-2 dhe C-3), (C-5 dhe C-6) të shtrirë në bazë kanë atome H në një konformacion të eklipsuar, prandaj ky konformacion ka të madh rezervë energjie dhe e paqëndrueshme.

C6H12 cikloheksan

Forma e "karriges" është energjikisht më e dobishme sesa "vaska".

Izomerizmi optik.

Në fund të shekullit të 19-të, u zbulua se shumë komponime organike janë të afta të rrotullojnë rrafshin e një rreze të polarizuar majtas dhe djathtas. Kjo do të thotë, një rreze drite që goditet në një molekulë ndërvepron me predha elektronike të saj dhe ndodh polarizimi i elektroneve, gjë që çon në një ndryshim në drejtimin e lëkundjeve në fushën elektrike. Nëse një substancë rrotullon rrafshin e dridhjes në drejtim të akrepave të orës, quhet drejtpërsëdrejti(+) nëse në të kundërt të akrepave të orës – mëngjarash(-). Këto substanca quheshin izomerë optikë. Izomerët optikisht aktivë përmbajnë një atom karboni asimetrik (kiral) - ky është një atom që përmban katër zëvendësues të ndryshëm. Kushti i dytë i rëndësishëm është mungesa e të gjitha llojeve të simetrisë (boshti, plani). Këto përfshijnë shumë hidroksi dhe aminoacide

Studimet kanë treguar se komponime të tilla ndryshojnë në rendin e renditjes së zëvendësuesve në atomet e karbonit në hibridizimin sp 3.

P Përbërja më e thjeshtë është acidi laktik (acidi 2-hidroksipropanoik)

Stereoizomerët molekulat e të cilëve janë të lidhura me njëra-tjetrën si një objekt dhe një imazh pasqyre i papajtueshëm ose si dora e majtë dhe e djathtë quhen enantiomere(izomerë optikë, izomerë pasqyrë, antipode, dhe fenomeni quhet enantiomerizëm. Të gjitha vetitë kimike dhe fizike të enantiomerëve janë të njëjta, me përjashtim të dy: rrotullimi i rrafshit të dritës së polarizuar (në një pajisje polarimetri) dhe aktiviteti biologjik.

Konfigurimi absolut i molekulave përcaktohet me metoda komplekse fiziko-kimike.

Konfigurimi relativ i komponimeve optikisht aktive përcaktohet duke krahasuar me një standard gliceraldehidi. Substancat optikisht aktive që kanë konfigurimin e gliceraldehidit dekstrorotator ose levorotator (M. Rozanov, 1906) quhen substanca të serive D dhe L. Një përzierje e barabartë e izomereve dekstro- dhe levorotare të një përbërjeje quhet racemate dhe është optikisht joaktive.

Hulumtimet kanë treguar se shenja e rrotullimit të dritës nuk mund të shoqërohet me përkatësinë e një lënde në seritë D dhe L ajo përcaktohet vetëm eksperimentalisht në instrumente - polarimetra; Për shembull, acidi L-laktik ka një kënd rrotullimi prej +3,8 o, acidi D-laktik - 3,8 o.

Enantiomerët përshkruhen duke përdorur formulat e Fischer-it.

Zinxhiri i karbonit përfaqësohet nga një vijë vertikale.

Grupi funksional i lartë është vendosur në krye, grupi funksional i vogël në fund.

Një atom karboni asimetrik përfaqësohet nga një vijë horizontale, në skajet e së cilës ka zëvendësues.

Numri i izomerëve përcaktohet me formulën 2 n, n është numri i atomeve asimetrike të karbonit.

L-rresht D-rresht

Midis enantiomerëve mund të ketë molekula simetrike që nuk kanë aktivitet optik dhe quhen mezoizomerë.

Për shembull: Shtëpia e verës

D – (+) – rreshti L – (–) – rreshti

Mezovinnaya k-ta

Racemate – lëng rrushi

Izomerët optikë që nuk janë izomerë pasqyrë, që ndryshojnë në konfigurimin e disa, por jo të gjithë atomeve C asimetrike, që kanë veti të ndryshme fizike dhe kimike, quhen - di-A-stereoizomere.

-Diastereomeret (izomerë gjeometrikë) janë stereomerë që kanë një lidhje  në molekulë. Ato gjenden në alkenet, komponimet e pangopura të karbonit më të lartë, komponimet dikarbonike të pangopura. Për shembull:

Cis-butene-2 ​​Trans-butene-2

Aktiviteti biologjik i substancave organike lidhet me strukturën e tyre. Për shembull:

Acidi cis-butenedik, acidi transbutenedik,

acid maleik - acid fumarik - jo toksik,

shumë toksike që gjendet në trup

Të gjitha komponimet natyrore të pangopura me karbon më të lartë janë cis-izomere.

Në këtë artikull do të flasim për izomerët strukturorë, veçoritë e strukturës së tyre dhe llojet e izomerizmit. Do të analizojmë në detaje vetë fenomenin e izomerizmit, si dhe do të japim shembuj të përdorimit të tyre në jetë.

Fenomeni i izomerizmit

Izomerizmi është një fenomen i veçantë që paracakton ekzistencën e kimikateve. komponimet, të njëjtat izomere, substanca me përbërje atomike identike dhe pesha molekulare, që ndryshojnë vetëm në renditjen atomike në hapësirë ​​ose në strukturën e tyre, gjë që çon në një ndryshim dhe përvetësim të vetive të ndryshme, të reja. Izomerët strukturorë janë substanca të formuara si rezultat i një ndryshimi të tillë në pozicionin e atomeve të tyre në hapësirë, të cilat do të diskutohen më në detaje më poshtë.

Duke folur për izomerizmin, ia vlen të kujtojmë ekzistencën e një procesi të tillë si izomerizimi, i cili është procesi i kalimit të një izomeri në tjetrin si rezultat i reaksioneve kimike. transformimet.

Llojet e izomerizmit

Izomerizmi i valencës është një lloj strukture izomerësh në të cilën transferimi i vetë izomerëve (njëri tek tjetri) është i mundur si rezultat i rishpërndarjes së lidhjeve të valencës.

Izomerizmi pozicional është një lloj lënde me një skelet karboni identik, por një pozicion të ndryshëm të grupeve funksionale. Një shembull i mrekullueshëm janë acidet 2 dhe 4 të klorobutanit.

Izomerizmi ndërklasor fsheh ndryshimin e tij midis izomerëve në natyrën e grupeve funksionale.

Metamerizmi është shpërndarja e pozicionit të atomeve të karbonit ndërmjet një numri të caktuar radikalësh karboni, heteroatmi i molekulës shërben si ndarës. Ky lloj izomerizmi është tipik për aminet, tioalkoolet dhe eteret, të thjeshta dhe komplekse.

Izomerizmi i skeletit të karbonit është ndryshimi në pozicionin e atomeve të karbonit, ose më saktë renditja e tyre. Për shembull: fenantreni dhe antraceni kanë një formulë të përbashkët C14H10, por një lloj tjetër rishpërndarjeje të lidhjeve të valencës.

Izomerët strukturorë

Izomerët strukturorë janë substanca që kanë një formulë të ngjashme të strukturës së substancës, por ndryshojnë në formulën e molekulës. Izomerët strukturorë janë ata që janë identikë me njëri-tjetrin në përbërjen sasiore dhe cilësore, por rendi i lidhjes atomike (struktura kimike) ndryshon.

Izomerët strukturorë klasifikohen sipas llojit të strukturës izometrike, llojet e të cilave janë dhënë më sipër në paragrafin për llojet e izomerizmit.

Formula strukturore e izomerit të substancës ka një gamë të gjerë modifikimesh. Disa shembuj të izomerizmit janë substanca të tilla si acidi butanoik, acidi 2-metilpropanoik, metil propionati, dioksani, acetati etil, formati izopropil, të cilat kanë të njëjtën përbërje të të tre llojeve të atomeve në substancë, por ndryshojnë në pozicionin e atomeve. në vetë kompleksin.

Një shembull tjetër i mrekullueshëm i izomerizmit është ekzistenca e pentanit, neopentanit dhe izopentanit.

Emrat e izomerëve

Siç u përmend më herët, izomerët strukturorë janë substanca që kanë një formulë të ngjashme në strukturën e substancës, por ndryshojnë në formulën e molekulës. Komponime të tilla kanë një klasifikim që korrespondon me karakteristikat e vetive të tyre, strukturën dhe pozicionin e atomeve në molekulën e izomerit, ndryshimet në numrin e grupeve funksionale, lidhjet e valencës, praninë e atomeve të një elementi të caktuar në substancë, etj. Emrat e izomerëve strukturorë fitohen në mënyra të ndryshme. Le ta shqyrtojmë këtë duke përdorur shembullin e 3-metilbutanol 1, si përfaqësues i alkooleve.

Në rastin e alkooleve, gjatë marrjes së emrit të alkooleve, gjithçka fillon me zgjedhjen e vargut të karbonit, i cili është mbizotërues, dhe bëhet numërimi, qëllimi i të cilit është që grupit OH t'i caktohet numri më i vogël i mundshëm, duke marrë parasysh llogarisni porosinë. Vetë emri fillon me një zëvendësues në zinxhirin e karbonit, më pas vjen emri i zinxhirit kryesor dhe më pas shtohet prapashtesa -ol dhe numri tregon atomin e karbonit të lidhur me grupin OH.

Tautomerizmi

« tautos" - e njëjta, " meros" - share, pjesë ( greke).

Tautomerizmi- fenomeni i transformimit dinamik të kthyeshëm të izomerëve, që ndodh me thyerjen dhe formimin e lidhjeve dhe shoqërohet me lëvizjen e atomeve (më shpesh një proton) dhe më rrallë grupe atomesh.

Format izomere janë tautomerë.

Për dallim nga izomerët strukturorë, tautomerët, si rregull, nuk mund të ekzistojnë veçmas nga njëri-tjetri. Është e pamundur t'i marrësh ato në mënyrë të pavarur.

Karakteristika kryesore e substancave tautomere është reagimi i tyre i dyfishtë - aftësia për të formuar dy seri derivatesh si rezultat i reaksionit të veçantë dhe të pavarur të dy formave izomere të një përbërjeje që janë në ekuilibër.

Llojet e tautomerizmit

Izomerizmi gjeometrik

Një lloj stereoizomerizmi, i cili përcaktohet nga ndryshimi në rregullimin hapësinor në molekulat e një çifti zëvendësuesish në lidhje me rrafshin e lidhjes ose unazës së dyfishtë.

Kjo për faktin se në molekulat e këtyre substancave rrotullimi i lirë i atomeve rreth lidhjeve σ (cikloalkanet) dhe në raport me lidhjet π (alkenet) është i pamundur.

Z, nomenklatura E (për alkenet me tri dhe tetra-zëvendësuar).

Konfigurimi i izomerit përcaktohet nga pozicioni relativ i zëvendësuesve të vjetër. Në njërën anë të avionit është Z-izomeri; të ndryshme – E-izomer.

Baza për përcaktimin e përparësisë është numri atomik i një elementi. Në rastin e atomeve identike, vjetërsia e grupit përcaktohet nga "predha e dytë" e atomeve:

CH 3< -СН 2 СН 3 < -СН(СН 3) 2 < -СН 2 NН 2 < -CH 2 OH< -CH 2 F

Në rastet e grupeve me lloje të ndryshme lidhjesh, vjetërsia rritet në gradat:

CH2OH< -COH < COR < COOH

CH2NH2< -CH=NH < -CN

E-izomeri Z-izomer

Për faktin se distancat midis zëvendësuesve në molekulat e izomerëve janë të ndryshme, këta të fundit ndryshojnë ndjeshëm në vetitë e tyre kimike dhe fizike. Ato mund të ndahen dhe ekzistojnë individualisht.

Kalimi i një izomeri në tjetrin - izomerizimi zakonisht ndodh me ngrohje ose rrezatim.

Izomerizmi konformues

Një lloj stereoizomerizmi, i cili përcaktohet nga ndryshimi në rregullimin hapësinor të zëvendësuesve në molekula, që rezulton nga rrotullimi i lirë rreth lidhjeve σ.

Izomere të tillë ndryshojnë në qëndrueshmëri. Konformacionet më të qëndrueshme që fiksohen me metoda fiziko-kimike quhen konformer.

Imazhi i konformuesve - Projeksionet e Newman:

Sa më e madhe të jetë forca e zmbrapsjes së ndërsjellë të atomeve të hidrogjenit, aq më e lartë është energjia e sistemit; prandaj, konformimi i frenuar do t'i përgjigjet energjisë potenciale minimale të molekulës.

Duke adoptuar konformacione të ndryshme, molekulat mbeten kimikisht homogjene; konformacionet nuk janë izomere tipike. Megjithatë, në disa raste (kur molekulat janë të paketuara ngushtë), është e mundur të ndahen format e ndryshme.

Konformacionet e molekulave bioorganike (enzimat, vitaminat, proteinat, acidet nukleike) luajnë një rol vendimtar në shfaqjen e aktivitetit të tyre biologjik.

Koformacionet në serinë e hidrokarbureve ciklike:

Izomerizmi i konfigurimit

Strukturat tredimensionale të komponimeve ciklike përmbajnë pozicione të ndryshme të zëvendësuesve:

Izomerizmi optik

Disa komponime organike janë optikisht aktive. Ato janë të afta të ndryshojnë rrafshin e polarizimit të dritës kur ajo kalon nëpër një mostër të materies (1815 J. Biot).

Drita është valë elektromagnetike, lëkundjet e të cilave janë pingul me drejtimin e përhapjes së tyre. Në dritën natyrale (dritën e diellit), këto dridhje ndodhin në plane të ndryshme.

Komponimet optikisht aktive e rrotullojnë rrafshin e polarizimit me një kënd të caktuar në të djathtë (dekstrorotator) ose në të majtë (levorotatory).

Izomerët që rrotullojnë rrafshin e polarizimit në drejtime të ndryshme, por në të njëjtin kënd, janë antipode (enantiomerë).

Një përzierje racemike (racemate) është një përzierje e përbërë nga sasi të barabarta të izomerëve të majtë dhe të djathtë. Racemati nuk është optikisht aktiv.

Aktiviteti optik është karakteristik për komponimet që përmbajnë
sp 3 -atomi hibrid (molekula me shumicë). Nëse një atom i tillë shoqërohet me katër zëvendësues të ndryshëm, atëherë lindin çifte izomerësh në të cilat molekulat izomere janë të lidhura me njëra-tjetrën në organizimin e tyre hapësinor në të njëjtën mënyrë si një objekt dhe një imazh pasqyrë lidhen me njëra-tjetrën.

Foto e enantiomerëve

Për të lidhur strukturën me rrotullimin, u propozua të zgjidhej një përbërje standarde dhe të krahasohej me të të gjitha përbërjet e tjera që përmbajnë një qendër kirale. U zgjodh standardi
2,3-dihidroksipropanal (gliceraldehid):

R,S - nomenklatura

Për të caktuar një stereoizomer, është e nevojshme të përcaktohet vjetërsia e zëvendësuesve në të (numri rendor i elementit - si në rastin e izomerizmit Z,E). Vështrimi i vëzhguesit drejtohet përgjatë boshtit të vartësit C-junior (H). Pas këtij orientimi, shikoni se si janë renditur tre zëvendësuesit në një rresht në drejtim nga i moshuari tek i riu. Në rastin e konfigurimit R, kjo renditje korrespondon me drejtimin e lëvizjes në drejtim të akrepave të orës, në rastin e konfigurimit S - në drejtim të kundërt.

Nëse një molekulë ka disa qendra kirale, atëherë numri i izomerëve rritet dhe është i barabartë me 2n, ku n është numri i qendrave kirale.

Ndryshe nga izomerët strukturorë, enantiomeret janë identikë me njëri-tjetrin në shumicën e vetive të tyre. Ato ndryshojnë vetëm në ndërveprimin e tyre me dritën e polarizuar në plan dhe ndërveprimin e tyre me substanca që janë gjithashtu kirale.

Në trup, reaksionet ndodhin me pjesëmarrjen e biokatalizatorëve - enzimave. Enzimat ndërtohen nga molekulat kirale të α-aminoacideve. Prandaj, ata luajnë rolin e reagentëve kiralë, të ndjeshëm ndaj kiralitetit të substrateve që ndërveprojnë me to (stereospecifiteti i proceseve biokimike). Kjo çon në faktin se komponimet natyrore kirale përfaqësohen, si rregull, nga vetëm një formë stereoizomerike (D-karbohidratet, L-aminoacidet).

Stereospecifiteti qëndron në themel të shfaqjes së veprimit biologjik nga njëri prej enantiomerëve, ndërsa izomeri tjetër mund të jetë joaktiv dhe ndonjëherë të ketë një efekt të ndryshëm ose edhe të kundërt.

1.3 Lidhja kimike në përbërjet organike

Kur krijohet një lidhje kimike, energjia çlirohet, kështu që shfaqja e dy mundësive të reja të valencës çon në çlirimin e energjisë shtesë (1053,4 kJ/mol), e cila tejkalon energjinë e shpenzuar në çiftimin e elektroneve 2s (401 kJ/mol) .

Orbitalet e formave të ndryshme (s, p) përzihen kur formojnë një lidhje, duke dhënë orbitale të reja ekuivalente të hibridizuara (teoria e hibridizimit, L. Pauling, D. Slater, 1928-1931). Koncepti i hibridizimit vlen vetëm për molekulat, jo për atomet, dhe vetëm orbitalet hyjnë në hibridizim, jo ​​elektronet mbi to.

Ndryshe nga orbitalet s dhe p të pahibridizuara, orbitalja hibride është polare (dendësia e elektroneve është zhvendosur) dhe është e aftë të formojë lidhje më të forta.

Dhe pjesa greke - pjesë, pjesë), një fenomen që konsiston në ekzistencën e përbërjeve kimike të së njëjtës përbërje me të njëjtën peshë molekulare, por të ndryshme në strukturë. Komponime të tilla quhen izomere. Ndryshimet strukturore përcaktojnë ndikime të ndryshme reciproke të atomeve në molekula dhe përcaktojnë vetitë e ndryshme fizike dhe kimike të izomerëve. Izomerizmi është jashtëzakonisht i zakonshëm në kiminë organike dhe është një nga arsyet kryesore për diversitetin dhe bollëkun e përbërjeve organike. Në kiminë inorganike, izomerizmi ndodh kryesisht në komponimet komplekse.

Termi "izomerizëm" u prezantua nga J. Berzelius në 1830, duke përfunduar debatin midis J. Liebig dhe F. Wöhler mbi ekzistencën e dy substancave me veti thelbësisht të ndryshme dhe që kanë të njëjtën përbërje AgCNO - cianat argjendi dhe fulminat argjendi dhe bazuar në rezultatet e hulumtimit acidet tartarike dhe rrushi. Thelbi i izomerizmit u shpjegua më vonë në bazë të teorisë së strukturës kimike.

Ekzistojnë dy lloje kryesore të izomerizmit: strukturor dhe hapësinor (stereoizomerizmi). Izomerët strukturorë ndryshojnë në rendin e lidhjeve të atomeve në molekulë, domethënë në strukturën e tyre kimike. Stereoizomerët (izomerë hapësinorë), me të njëjtin rend të lidhjeve të atomeve në molekulë, ndryshojnë në renditjen e ndërsjellë të atomeve në hapësirë.

Izomerizmi strukturor ndahet në izomerinë e skeletit të karbonit (izomerinë e skeletit), izomerinë pozicionale (izomerinë pozicionale), metamerizmin dhe lloje të tjera. Izomerizmi i skeletit të karbonit është për shkak të rendit të ndryshëm të lidhjeve të atomeve të karbonit që formojnë skeletin e molekulës. Për të specifikuar tiparet strukturore të izomerëve, izomerizmi skeletor ndahet në izomerinë e zinxhirit të karbonit, izomerinë unazore dhe izomerinë e zinxhirit anësor. Për shembull, izomerizmi i zinxhirit të karbonit është karakteristik për alkanet duke filluar me anëtarin e katërt të serisë homologe C 4 H 10, e cila ka dy izomerë strukturorë: n-butan CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 3 dhe izobutan (2-metilpropan ) CH3-CH (CH3)-CH3. Anëtari i pestë i serisë së alkaneve C 5 H 12 ka tre izomerë: CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 3 - n-pentan, CH 3 -CH(CH 3) -CH 2 -CH 3 - izopentan (2-metilbutan) dhe neopentan (2,2-dimetilpropan) CH3-C(CH3)2-CH3. Ndërsa zinxhiri zgjatet, numri i izomerëve të mundshëm rritet me shpejtësi. Kështu, për alkanet e përbërjes C 10 H 22, 75 izomerë strukturorë janë të mundshëm, për C 13 H 28 - 802 izomere, për C 20 H 42 - më shumë se 366 mijë izomere. Komponimet aliciklike karakterizohen nga izomeria e unazës dhe izomeria e vargut anësor. Për shembull, midis izomerëve skeletorë (formulat I-IV), metilciklopentani (I), cikloheksani (II) dhe propilciklopropani (III) janë izomerë ciklikë, dhe propilciklopropani (III) dhe izopropilciklopropani (IV) janë izomerë të zinxhirit anësor. Dallimet në vetitë e izomerëve skeletorë manifestohen në ndryshimin e temperaturave të tyre të vlimit (izomeret me zinxhir normal karboni ziejnë në temperaturë më të lartë se izomerët me zinxhir të degëzuar), dendësia etj. n-alkanet, për shembull, ndryshe nga izomerët e degëzuar. , kanë rezistencë më të ulët ndaj shpërthimit (shih artikullin Numri i oktanit), formojnë komplekse me ure (clathrates).

Izomerizmi pozicional shkaktohet nga pozicione të ndryshme të grupeve funksionale, zëvendësuesve ose lidhjeve të shumëfishta. Për shembull, izomerët e pozicionit janë 1-propanol CH3-CH2-CH2OH dhe 2-propanol CH3-CH(OH)-CH3, 1-buten CH2 =CH-CH2-CH3 dhe 2-buten. CH3 -CH=CH-CH3. Ndryshimi i pozicionit të një grupi funksional mund të rezultojë në një ndryshim në klasën e përbërjes. Për shembull, izomerët e pozicionit të acetonit CH3-C(O)-CH3 dhe propanal CH3-CH2-CHO i përkasin përkatësisht ketoneve dhe aldehideve. Izomerët strukturorë me grupe të ndryshme funksionale ndryshojnë shumë në vetitë kimike.

Metamerizmi shkaktohet nga pozicione të ndryshme të heteroatomit (O, N, S) në zinxhir. Për shembull, metamerët janë eter metilpropil CH3O-CH2-CH2-CH3 dhe eter dietil CH3-CH2-O-CH2-CH3, dietilaminë CH3-CH2-NH-CH2-CH3. dhe CH3-NH-CH2-CH2-CH3-metilpropilaminë.

Shpesh, ndryshimet në izomerë përcaktojnë disa karakteristika strukturore. Për shembull, metilizopropil ketoni (3-metil-2-butanon) CH 3-C(O)-CH(CH3) 2 dhe valeraldehidi (pentanal) CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CHO ndryshojnë nga secili të tjera si struktura e skeletit të karbonit dhe pozicioni i grupit funksional.

Një lloj i veçantë i izomerizmit strukturor është tautomerizmi (izomeria dinamike e ekuilibrit). Në këtë rast, izomerët që ndryshojnë në grupe funksionale transformohen lehtësisht në njëri-tjetrin derisa të arrihet ekuilibri, në të cilin substanca përmban njëkohësisht molekula tautomer në një raport të caktuar.

Izomerizmi hapësinor ndahet në gjeometrik (cis, trans dhe syn, anti-izomerizëm, ose E, Z-izomerizëm) dhe optik (enantiomerizëm). Izomerizmi gjeometrik është karakteristik për përbërjet që përmbajnë lidhje të dyfishta ose unaza jo aromatike, të cilat janë fragmente të ngurtë strukturore të molekulave. Në cis-izomerë, dy zëvendësues janë të vendosur në njërën anë të planit të lidhjes ose unazës së dyfishtë, në trans-izomerë - në anët e kundërta. Për shembull, izomerët gjeometrikë janë cis-2-buten (formula V) dhe trans-2-buten (VI), cis-1,2-diklorociklopropani (VII) dhe trans-1,2-diklorociklopropani (VIII).

Dallimet karakteristike midis izomerëve cis dhe trans janë pika më e ulët e shkrirjes së izomerëve cis, tretshmëria dukshëm më e mirë në ujë dhe një moment i theksuar dipol. Izomerët trans janë zakonisht më të qëndrueshëm. Shih, për shembull, artikullin Maleic and fumaric acids.

Izomerizmi gjeometrik i vërejtur për përbërjet me lidhje dyfishe C=N (oksima) dhe N=N (komponimet azo-, azoksi) shpesh quhet syn, anti-izomeri. Për shembull, izomerët gjeometrikë janë anti-benzaldoksima (formula IX) dhe sin-benzaldoksima (X); sin-azobenzen (XI) dhe anti-azobenzen (XII).

Në përgjithësi, përdoret nomenklatura Ε,Z. Në izomerët Z, zëvendësuesit e vjetër (që kanë një numër atomik më të lartë) janë të vendosur në njërën anë të lidhjes ose unazës së dyfishtë, në izomerët E - në anët e kundërta. Për shembull, izomerët gjeometrikë janë (Z)-1-bromo1-jodo-2-kloroetilen (formula XIII) dhe (E)-1-bromo-1-jodo-2-kloroetilen (XIV).

Izomerizmi optik është karakteristik për komponimet, molekulat e të cilave kanë elementë kiraliteti, për shembull, një atom karboni asimetrik (kiral) i lidhur me katër zëvendësues të ndryshëm. Ai u zbulua për herë të parë nga L. Pasteur në 1848 duke përdorur shembullin e acideve tartarike dhe u shpjegua nga J. H. Van't Hoff dhe J. A. Le Bel në 1874 mbi bazën e ideve rreth konfigurimit tetraedral të atomeve të karbonit në përbërjet e ngopura. Molekulat që përmbajnë një atom karboni asimetrik mund të përfaqësohen si dy izomerë optikë, të cilët nuk mund të kombinohen në hapësirë ​​(d.m.th., ato lidhen me njëra-tjetrën siç bën një objekt me imazhin e tij pasqyrues). Izomerë të tillë pasqyrë, që ndryshojnë vetëm në rregullimin e kundërt të të njëjtëve zëvendësues në qendrën kirale, quhen enantiomere (nga greqishtja έναντίος - e kundërta dhe μέρος - pjesë). Për shembull, enantiomeret e acidit laktik (XV dhe XVI) mund të përfaqësohen në tre dimensione ose në formën e formulave të Fischer (shih artikullin Nomenklatura kimike).

Enantiomerët kanë aktivitete të ndryshme biologjike; Ato karakterizohen gjithashtu nga aktiviteti optik - aftësia për të ndikuar në dritën e polarizuar në plan (rrotullimi i planit të polarizimit). Enantiomerët rrotullojnë rrafshin e polarizimit me të njëjtin kënd, por në drejtim të kundërt, prandaj quhen antipode optike.

Për një kohë të gjatë, konfigurimi i enantiomerëve u përcaktua në lidhje me konfigurimin e një standardi të njohur, i cili ishte enantiomeret e gliceraldehidit (seri D, L-sterike). Më universale është nomenklatura R, S (propozuar nga R. Kahn, K. Ingold dhe V. Prelog), e cila vendos konfigurimin absolut të izomerëve hapësinorë. Në përputhje me rregullat e nomenklaturës R, S, enantiomeret e acidit laktik (XV, XVI) janë përkatësisht acidet (R)-laktike dhe (S)-laktike. Nuk ka rregulla për konvertimin e nomenklaturës D, L në sistemin R, S, pasi këto nomenklaturë përdorin parime të ndryshme. Lidhja midis konfigurimit absolut dhe parametrave të rrotullimit optik gjithashtu nuk është vendosur.

Për komponimet që kanë n qendra kirale në molekulë, numri i stereoizomerëve të mundshëm është 2". Megjithatë, për n ≥2, ekzistojnë stereoizomere që ndryshojnë nga njëri-tjetri në një pjesë të elementeve kirale që përmbajnë. Stereoizomere të tillë, të cilët nuk janë enantiomere , quhen diastereomerë (nga greqishtja δια ... - përmes, ndërmjet, stereo... dhe μέρος - pjesë Për shembull, për acidin kloromalik, i cili ka dy atome asimetrike të karbonit, ekzistojnë katër stereoizomere (formula XVII-XX). ), duke përfshirë çiftet XVII dhe XVIII, si dhe XIX dhe XX janë enantiomere, çiftet e mbetura (XVII dhe XIX, XVII dhe XX, XVIII dhe XIX, XVIII dhe XX) janë diastereomere.

Me shfaqjen e elementeve shtesë të simetrisë (rrafshi, boshti ose qendra e simetrisë), numri i përgjithshëm i stereoizomerëve, si dhe numri i formave optikisht aktive, mund të ulet. Për shembull, acidet tartarik kanë tre stereoizomerë, nga të cilët dy janë optikisht aktivë: acidi D-tartarik, ose (2R,3R)-acidi tartarik (formula XXI) dhe acidi L-tartarik, ose (2S,3S)-acidi tartarik. (XXII), të cilat janë enantiomere. Diastereomeri i tyre - acidi mezotartarik, ose (2R,3S)-acidi tartarik (formula XXIII, ose konfigurimi identik XXIV), për shkak të pranisë së një plani simetrie (të treguar nga një vijë me pika), është optikisht joaktiv - është kështu. -quhet racemat intramolekular.

Procesi i ndërkonvertimit të enantiomerëve quhet racemizimi. Një përzierje e sasive të barabarta të antipodeve optike - një përzierje racemike, ose racemate, nuk ka aktivitet optik. Stereoizomerizmit i kushtohet shumë vëmendje në studimin e përbërjeve natyrore dhe sintezën e substancave biologjikisht aktive. Substancat me origjinë natyrore që përmbajnë elementë kiraliteti karakterizohen nga një stereokonfigurim i caktuar, si dhe nga aktiviteti optik. Kur një qendër kirale formohet në kushte të sintezës kimike (përveç sintezës asimetrike), formohet një racemat; Izolimi i enantiomerëve kërkon përdorimin e metodave komplekse për ndarjen e racematit në përbërës optikisht aktivë.

Si rezultat i rrotullimit të brendshëm të molekulave, lindin izomerë konformues ose konformues, të ndryshëm në shkallën e rrotullimit të fragmenteve molekulare në lidhje me një ose më shumë lidhje të thjeshta. Në disa raste, konformerët individualë mund të izolohen, ndonjëherë të quajtur edhe izomerë rrotullues. Analiza konformacionale përdoret për të studiuar formimin, ndryshimet në vetitë dhe reaktivitetin e konformerëve.

Izomerët mund të shndërrohen në njëri-tjetrin si rezultat i reaksioneve të izomerizimit.

Lit.: Potapov V. M. Stereokimi. 2nd ed. M., 1988; Traven V. F. Kimi organike. M., 2004. T. 1.

Opsione me shumë nivele
testet

klasa e 9-të

vazhdimi. Shih nr. 18, 20, 21, 23/2003

Testi nr. 3.
Komponimet organike

USHTRIMI 1

Niveli A

g) prona të ndryshme;
h) veti të ngjashme.

Për një substancë të një strukture të caktuar, përpiloni formulat strukturore të një homologu dhe një izomeri. Tregoni se cilës klasë të substancave organike i përkasin.

Opsioni I

Opsioni II

Opsioni III

Opsioni IV

Niveli B

Zgjidhni karakteristikat karakteristike të izomerëve (opsionet I dhe III) ose homologëve (opsionet II dhe IV):

a) të njëjtën përbërje cilësore;
b) përbërje të ndryshme cilësore;
c) të njëjtën përbërje sasiore;
d) përbërje të ndryshme sasiore (ndryshojnë sipas grupit të atomeve –CH 2 –);
e) strukturë të ndryshme kimike;
f) strukturë kimike të ngjashme;
g) prona të ndryshme;
h) veti të ngjashme.

Për një substancë të një strukture të caktuar, përpiloni formulat strukturore të një homologu dhe dy izomerëve. Tregoni se cilës klasë të substancave organike i përkasin.

Opsioni I

Opsioni II

Opsioni III

Opsioni IV

Niveli B

Zgjidhni karakteristikat karakteristike të izomerëve (opsionet I dhe III) ose homologëve (opsionet II dhe IV):

a) të njëjtën përbërje cilësore;
b) përbërje të ndryshme cilësore;
c) të njëjtën përbërje sasiore;
d) përbërje të ndryshme sasiore (ndryshojnë sipas grupit të atomeve –CH 2 –);
e) strukturë të ndryshme kimike;
f) strukturë kimike të ngjashme;
g) prona të ndryshme;
h) veti të ngjashme.

Për një substancë të një strukture të caktuar, përpiloni formulat strukturore të një homologu dhe dy izomerëve. Jepu atyre emra. Tregoni se cilës klasë të substancave organike i përkasin.

Opsioni I

Opsioni II

Opsioni III

Opsioni IV

DETYRA 2

Shkruani ekuacionet e reaksionit që mund të përdoren për të kryer transformimet më poshtë.

Niveli A

Opsioni I

a) CH4 + H2O ...;
b) C 7 H 16 + O 2 ... .

Opsioni II

a) CH 4 + HNO 3 ...;
b) C 5 H 12 + O 2 ... .

Opsioni III

a) CH4 + Cl2 ...;
b) C 8 H 18 + O 2 ... .

Opsioni IV

a) CH 4 + S ... ;
b) C 6 H 14 + O 2 ... .

Niveli B

Opsioni I

Opsioni II

Opsioni III

Opsioni IV

Niveli B

Opsioni I

Opsioni II

Metan klorometan diklormetan triklorometan tetraklorur karboni.

Opsioni III

Opsioni IV

Metan bromometan dibromometan tribromometan tetrabromometan.

DETYRA 3

Niveli A

Duke marrë parasysh se këputja e zinxhirit të karbonit gjatë plasaritjes termike, si rregull, ndodh në mes të tij, shkruani ekuacionin për reaksionin e plasaritjes termike. Vizatoni formulat strukturore të produkteve të reaksionit. Cilat klasa të përbërjeve organike bëjnë pjesë?

Opsioni I

Për një hidrokarbur me formulën C 22 H 46.

Opsioni II

Për një hidrokarbur me formulën C 26 H 54.

Opsioni III

Për një hidrokarbur me formulën C 24 H 50.

Opsioni IV

Për një hidrokarbur me formulën C 18 H 38.

Niveli B

Duke marrë parasysh se këputja e zinxhirit të karbonit gjatë plasaritjes termike, si rregull, ndodh në mes të tij, shkruani ekuacionin për reaksionin e plasaritjes termike. Vizatoni formulat strukturore të produkteve të reaksionit. Cilat klasa të përbërjeve organike bëjnë pjesë?

Opsioni I

Për një alkan, molekula e të cilit përbëhet nga 24 atome karboni.

Opsioni II

Për një alkan, molekula e të cilit përbëhet nga 18 atome karboni.

Opsioni III

Për një alkan, molekula e të cilit përbëhet nga 22 atome karboni.

Opsioni IV

Për një alkan, molekula e të cilit përbëhet nga 26 atome karboni.

Niveli B

Shkruani ekuacionin për reaksionin e plasaritjes së një alkani, molekula e të cilit përbëhet nga një numër i caktuar atomesh karboni. Vizatoni formulat strukturore të produkteve të reaksionit. Cilat klasa të substancave organike bëjnë pjesë? Çfarë fraksionesh hidrokarbure mund të përmbajnë këto produkte?

Opsioni I

Alkan me 19 atome karboni.

Opsioni II

Alkan me 17 atome karboni.

Opsioni III

Alkan me 21 atome karboni.

Opsioni IV

Alkan me 23 atome karboni.

DETYRA 4

Niveli A

Llogaritni sa nxehtësi do të lirohet kur një sasi e caktuar e një lënde hidrokarbure digjet.

Opsioni I

4 mol butan. Ekuacioni termokimik:

Opsioni II

3 mol metan. Ekuacioni termokimik:

Opsioni III

2 mole propan. Ekuacioni termokimik:

Opsioni IV

3 mol etan. Ekuacioni termokimik:

Niveli B

Llogaritni sa nxehtësi do të lirohet kur një vëllim i caktuar i hidrokarbureve (n.e.) digjet.

Opsioni I

10 litra etan. Ekuacioni termokimik:

2C 2 H 6 + 7O 2 = 4CO 2 + 6H 2 O + 3060 kJ.

Opsioni II

15 litra propan. Ekuacioni termokimik:

C 3 H 8 + 5O 2 = 3CO 2 + 4H 2 O + 2200 kJ.

Opsioni III

15 litra metan. Ekuacioni termokimik:

CH 4 + 2O 2 = CO 2 + 2H 2 O + 880 kJ.

Opsioni IV

20 litra butan. Ekuacioni termokimik:

2C 4 H 10 + 13O 2 = 8CO 2 + 10H 2 O + 5312,8 kJ.

Niveli B

Opsioni I

Vlera kalorifike e metanit si lëndë djegëse është 55,000 kJ/kg. Shkruani një ekuacion termokimik për djegien e metanit.

Opsioni II

Vlera kalorifike e butanit si lëndë djegëse është 45,800 kJ/kg. Shkruani një ekuacion termokimik për djegien e butanit.

Opsioni III

Vlera kalorifike e etanit si lëndë djegëse është 51,000 kJ/kg. Shkruani një ekuacion termokimik për djegien e etanit.

Opsioni IV

Vlera kalorifike e propanit si lëndë djegëse është 50,000 kJ/kg. Shkruani një ekuacion termokimik për djegien e propanit.

E.A DUDKINA,
mësuese e kimisë
Shkolla nr 506
(Moskë)

Artikulli i mëparshëm: Sa është shpejtësia e dritës Artikulli vijues: Lëkundjet harmonike Formula e fizikës së frekuencës së lëkundjeve