Изомери́я (от др.-греч. ἴσος — равный + μέρος — доля, часть) — явление, заключающееся в существовании химических соединений — изомеров, — одинаковых по атомному составу и молекулярной массе, но различающихся по строению или расположению атомов в пространстве и, вследствие этого, по свойствам.
Исторические сведения
В итоге дискуссии Ю. Либиха и Ф. Вёлера в 1823 году было установлено, что существуют два резко различных по свойствам вещества состава AgCNO — циановокислое ([англ.]) и гремучее (AgONC) серебро. Ещё одним примером послужили (винная) и (виноградная) кислоты, после исследования которых (Й. Берцелиус) в 1830 году ввёл термин «изомерия» и высказал предположение, что различия возникают из-за «различного распределения простых атомов в сложном атоме» (то есть, в современных терминах, молекуле).
Подлинное объяснение изомерия получила лишь во 2-й половине XIX века на основе (теории химического строения) (А. М. Бутлерова) (структурная изомерия) и стереохимического учения (Я. Г. Вант-Гоффа) (пространственная изомерия).
Структурная изомерия
Структурная изомерия — результат различий в химическом строении. К этому типу относят:
Изомерия углеродной цепи (углеродного скелета)
![image](https://www.wikidata.ru-ru.nina.az/image/aHR0cHM6Ly93d3cud2lraWRhdGEucnUtcnUubmluYS5hei9pbWFnZS9hSFIwY0hNNkx5OTFjR3h2WVdRdWQybHJhVzFsWkdsaExtOXlaeTkzYVd0cGNHVmthV0V2WTI5dGJXOXVjeTkwYUhWdFlpOWtMMlJtTDBsNmIyMWxjakF3TVM1d2JtY3ZNalV3Y0hndFNYcHZiV1Z5TURBeExuQnVadz09LnBuZw==.png)
Изомерия (углеродного скелета), обусловленная различным порядком связи атомов углерода. Простейший пример — бутан СН3—СН2—СН2—СН3 и (изобутан) (СН3)3СН. Другие примеры: (антрацен) и (фенантрен) (формулы I и II, соответственно), (циклобутан) и (III и IV).
Валентная изомерия
![image](https://www.wikidata.ru-ru.nina.az/image/aHR0cHM6Ly93d3cud2lraWRhdGEucnUtcnUubmluYS5hei9pbWFnZS9hSFIwY0hNNkx5OTFjR3h2WVdRdWQybHJhVzFsWkdsaExtOXlaeTkzYVd0cGNHVmthV0V2WTI5dGJXOXVjeTkwYUhWdFlpODRMemd4TDBsNmIyMWxjakF3TWk1d2JtY3ZNalV3Y0hndFNYcHZiV1Z5TURBeUxuQnVadz09LnBuZw==.png)
Валентная изомерия — особый вид структурной изомерии, при которой изомеры можно перевести друг в друга лишь за счёт перераспределения связей. Например, валентными изомерами бензола (V) являются бицикло[2.2.0]гекса-2,5-диен (VI, «бензол Дьюара»), (призман) (VII, «бензол Ладенбурга»), (VIII).
Изомерия функциональной группы (межклассовая изомерия)
Различается характером функциональной группы; например, этанол (CH3—CH2—OH) и (диметиловый эфир) (CH3—O—CH3).
Изомерия положения
Тип структурной изомерии, характеризующийся различием положения одинаковых функциональных групп или кратных связей при одинаковом углеродном скелете. Пример: 2-хлорбутановая кислота и 4-хлорбутановая кислота.
Метамерия
Метамерия — вид (структурной изомерии), для которого характерно различное распределение углеродных атомов между несколькими углеводородными радикалами, разделёнными в молекуле гетероатомом. Метамерия известна в рядах алифатических простых эфиров, сложных эфиров, (тиоспиртов) и аминов. В настоящее время термин используется редко.
На данный вид изомерии ещё указывал А. М. Бутлеров, называя его «изомерия нецельных структур».
Пример: CH3CH2OCH2CH3 — диэтиловый эфир и CH3OCH2CH2CH3 — метилпропиловый эфир.
Пространственная изомерия (стереоизомерия)
Пространственная изомерия (стереоизомерия) возникает в результате различий в пространственной конфигурации молекул, имеющих одинаковое химическое строение.
Этот тип изомерии подразделяют на энантиомерию (оптическую изомерию) и диастереомерию.
Энантиомерия (оптическая изомерия)
![image](https://www.wikidata.ru-ru.nina.az/image/aHR0cHM6Ly93d3cud2lraWRhdGEucnUtcnUubmluYS5hei9pbWFnZS9hSFIwY0hNNkx5OTFjR3h2WVdRdWQybHJhVzFsWkdsaExtOXlaeTkzYVd0cGNHVmthV0V2WTI5dGJXOXVjeTkwYUhWdFlpOHpMek16TDBsNmIyMWxjakF3TXk1d2JtY3ZNelk1Y0hndFNYcHZiV1Z5TURBekxuQnVadz09LnBuZw==.png)
Энантиомерами (оптическими изомерами, зеркальными изомерами) являются пары оптических антиподов — веществ, характеризующихся противоположными по знаку и одинаковыми по величине вращениями плоскости поляризации света при идентичности всех других физических и химических свойств (за исключением реакций с другими оптически активными веществами и физических свойств в хиральной среде). Необходимая и достаточная причина возникновения оптических антиподов — принадлежность молекулы к одной из следующих точечных групп симметрии: Cn, Dn, T, O или I ((хиральность)). Чаще всего речь идёт об асимметрическом атоме углерода, то есть об атоме, связанном с четырьмя разными заместителями.
Асимметрическими могут быть и другие атомы, например атомы кремния, азота, фосфора, серы. Наличие асимметрического атома — не единственная причина энантиомерии. Так, имеют оптические антиподы производные (адамантана) (IX), (ферроцена) (X), 1,3-дифенилаллена (XI), 6,6'-динитро-2,2'-дифеновой кислоты (XII). Причина оптической активности последнего соединения — атропоизомерия, то есть пространственная изомерия, вызванная отсутствием вращения вокруг простой связи. Энантиомерия также проявляется в спиральных конформациях белков, нуклеиновых кислот, в (XIII).
Диастереомерия
Диастереомерными считают любые комбинации пространственных изомеров, не составляющие пару оптических антиподов. Различают σ- и π-диастереомеры.
σ—диастереомерия
σ-диастереомеры отличаются друг от друга конфигурацией части имеющихся в них элементов хиральности. Так, диастереомерами являются (+)-(винная кислота) и мезо-винная кислота, D-глюкоза и D-манноза, например:
π—диастереомерия (геометрическая изомерия)
π-диастереомеры, называемые также (геометрическими изомерами), отличаются друг от друга различным пространственным расположением заместителей относительно плоскости двойной связи (чаще всего С=С и С=N) или цикла. К ним относятся, например, малеиновая и (фумаровая) кислоты (формулы XIV и XV соответственно), (Е)- и (Z)-бензальдоксимы (XVI и XVII), цис- и транс-1,2-диметилциклопентаны (XVIII и XIX).
Изомеризация
Химические превращения, в результате которых структурные изомеры превращаются друг в друга, называется изомеризацией. Такие процессы имеют важное значение в промышленности. Так, например, проводят изомеризацию нормальных алканов в изоалканы для повышения октанового числа моторных топлив; изомеризуют пентан в изопентан для последующего дегидрирования в (изопрен). Изомеризацией являются и внутримолекулярные перегруппировки, из которых большое значение имеет, например, (перегруппировка Бекмана) — превращение в (капролактам) (сырьё для производства (капрона)).
Процесс взаимопревращения энантиомеров называется рацемизацией: она приводит к исчезновению оптической активности в результате образования эквимолярной смеси (−)- и (+)-форм, то есть рацемата. Взаимопревращение диастереомеров приводит к образованию смеси, в которой преобладает термодинамически более устойчивая форма. В случае π-диастереомеров это обычно транс-форма. Взаимопревращение конформационных изомеров называется конформационным равновесием.
Явление изомерии в огромной степени способствует росту числа известных (и ещё в большей степени — числа потенциально возможных) соединений. Так, возможное число структурно-изомерных дециловых спиртов — более 500 (известно из них около 70), пространственных изомеров здесь более 1500.
При теоретическом рассмотрении проблем изомерии все большее распространение получают топологические методы; для подсчёта числа изомеров выведены математические формулы[].
См. также
- (Таутомерия)
- (Хиральность)
- (Асимметрический атом)
- (Разделение энантиомеров)
Литература
- Физер Л., Физер М. Органическая химия. Углубленный курс. т. 1. пер. с англ., Под ред. д. х. н. Н. С. Вульфсона. Изд. «Химия». М., 1969.
- Пальм В. А. Введение в теоретическую органическую химию, М., 1974;
- Соколов В. И. Введение в теоретическую стереохимию, М., 1979;
- Сланина 3. Теоретические аспекты явления изомерии в химии, пер. с чешского, М., 1984;
- Потапов В. М. Стереохимия М., 1988.
- Большой энциклопедический словарь. Химия. Изд.: Большая Российская энциклопедия, 2003,
Для улучшения этой статьи :
|
Википедия, чтение, книга, библиотека, поиск, нажмите, истории, книги, статьи, wikipedia, учить, информация, история, скачать, скачать бесплатно, mp3, видео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, картинка, музыка, песня, фильм, игра, игры, мобильный, телефон, Android, iOS, apple, мобильный телефон, Samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Сеть, компьютер