Стереоизомерия - Stereoisomerism

Различные типы изомеры. Стереохимия фокусируется на стереоизомерах.

В стереохимия, стереоизомерия, или же пространственная изомерия, это форма изомерия в которых молекулы имеют одинаковые молекулярная формула и последовательность связанных атомов (строение), но различаются трехмерной ориентацией своих атомов в пространстве.^[1][2] Это контрастирует с структурные изомеры, которые имеют одинаковую молекулярную формулу, но связи или их порядок различаются. По определению, молекулы, которые являются стереоизомерами друг друга, представляют собой один и тот же структурный изомер.

Энантиомеры

Основные статьи: Хиральность (химия) и Энантиомеры

Энантиомеры, также известный как оптические изомеры, представляют собой два стереоизомера, которые связаны между собой отражением: они зеркальные изображения друг друга, которые не накладываются друг на друга. Человеческие руки - макроскопический аналог этого. Каждый стереогенный центр в одном имеет противоположную конфигурацию в другом. Два соединения, которые являются энантиомерами друг друга, обладают одинаковыми физическими свойствами, за исключением направления, в котором они вращаются. поляризованный свет и как они взаимодействуют с разными оптические изомеры других соединений. В результате разные энантиомеры соединения могут иметь существенно разные биологические эффекты. Чистые энантиомеры также демонстрируют феномен оптическая активность и могут быть разделены только с помощью хиральный агент. В природе только один энантиомер большинства хиральных биологических соединений, таких как аминокислоты (Кроме глицин, который является ахиральным), присутствует. Оптически активное соединение имеет две формы: D- (+) форма и L- (-) форма.

Диастереомеры

Основная статья: Диастереомер

Диастереомеры стереоизомеры, не связанные посредством операции отражения. Они не являются зеркальным отображением друг друга. К ним относятся мезосоединения, СНГ–транс изомеры, E-Z изомеры, и неэнантиомерные 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.

(натуральная) винная кислота L- (+) - винная кислота декстротаровая кислота	D-(-)-Винная кислота левотарная кислота	мезо-винная кислота
(1:1) DL-Винная кислота «рацемическая кислота»

В D- и L- маркировка вышеперечисленных изомеров отличается от d- и л- маркировка чаще встречается, объясняя, почему они могут показаться обратными для тех, кто знаком только с последним соглашением об именах.^{[требуется дальнейшее объяснение ]}

Цис-транс и E-Z-изомерия

Основные статьи: Цис-транс-изомерия и Обозначение E-Z

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, CH₃CH = CH₂ где два заместителя на одном конце - это H.

Традиционно стереохимия двойной связи описывалась как СНГ (Латинское, с этой стороны) или транс (Латиница, поперек), в отношении относительного положения заместителей по обе стороны от двойной связи. Простейшие примеры СНГ-транс изомерии являются 1,2-дизамещенные этены, такие как дихлорэтен (C₂ЧАС₂Cl₂) изомеры показаны ниже.

Молекула I есть СНГ-1,2-дихлорэтен и 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 атомный номер. Если высокоприоритетные заместители находятся на одной стороне связи, ей присваивается Z (нем. Zusammen, вместе). Если они по разные стороны, то это Е (нем. Entgegen, противоположный). 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. Дело не в том, что Z и СНГ или E и транс всегда взаимозаменяемы. Рассмотрим следующий фторметилпентен:

Имя собственное для этой молекулы - либо транс-2-фтор-3-метилпент-2-ен, потому что алкильные группы, которые образуют основную цепь (т.е. 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 - группа с наивысшим приоритетом на правой стороне молекулы.

Условия СНГ и транс также используются для описания относительного положения двух заместителей в кольце; СНГ если на той же стороне, иначе транс.

Конформеры

Основная статья: Конформационная изомерия

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 стула и конформацию лодочки, но для самого циклогексана их невозможно разделить.^{[нужна цитата ]} Форма лодки представляет собой максимум энергии на конформационном маршруте между двумя эквивалентными формами кресел; однако он не представляет переходное состояние для этого процесса, потому что есть пути с более низкой 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

Аномерия представляет собой идентичность для односвязных кольцевых структур, где «цис» или «E» и «транс» или «Z» (геометрическая изомерия) необходимо для обозначения замещений 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 называются «альфа» или «аксиальный» и «бета» или «экваториальный» при замене циклической кольцевой структуры, которая имеет одинарные связи между атомами углерода кольца, например, гидроксильная группа, метильная гидроксильная группа, метоксильная группа. или другие группы пиранозы или фуранозы, 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

Основная статья: Атропоизомер

Атропоизомеры представляют собой стереоизомеры в результате затрудненного вращения вокруг одинарные облигации где стерическое напряжение барьер вращения достаточно высок, чтобы позволить изоляцию конформеров.

Больше определений

• А конфигурационный стереоизомер представляет собой стереоизомер эталонной молекулы, которая имеет противоположную конфигурацию в стереоцентре (например, R- против S- или же 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 стереоцентры в комплексе.
• An эпимер представляет собой диастереоизомер, который имеет противоположную конфигурацию только в одном из стереоцентров.

Правило Ле Бель-Ван'т Гоффа

Правило Ле Бель-Ван'т Гоффа утверждает, что для конструкции с п асимметричный углерод атомов, максимум 2^п возможны различные стереоизомеры. В качестве примера, D-глюкоза - это альдогексоза и имеет формулу C₆ЧАС₁₂О₆. Четыре из шести его атомов углерода стереогенные, что означает D-глюкоза - одна из 2⁴= 16 возможных стереоизомеров.

Рекомендации

1. ИЮПАК, Сборник химической терминологии, 2-е изд. («Золотая книга») (1997). Исправленная онлайн-версия: (2006–) "стереоизомерия ". Дои:10.1351 / goldbook.S05983
2. Колумбийская энциклопедия. «Стереоизомеры» в Encyclopedia.com, н.л., 2005, Связь
3. Моррисон и Бойд Органическая химия Шестое изд. стр. 1170-1171 ISBN  0-13-643669-2