Стереоизомерия
В стереохимии стереоизомерия , , или пространственная изомерия , — это форма изомерии при которой молекулы имеют одинаковую молекулярную формулу и последовательность связанных атомов (конституцию), но различаются трехмерной ориентацией своих атомов в пространстве. [1] [2] Это контрастирует со структурными изомерами , которые имеют одну и ту же молекулярную формулу, но связи или их порядок различаются. По определению, молекулы, являющиеся стереоизомерами друг друга, представляют собой один и тот же структурный изомер. [3]
Энантиомеры
[ редактировать ]Энантиомеры , также известные как оптические изомеры , представляют собой два стереоизомера, которые связаны друг с другом отражением: они представляют собой зеркальные изображения друг друга, которые не могут накладываться друг на друга. Человеческие руки являются макроскопическим аналогом этого. Каждый стереогенный центр в одном имеет противоположную конфигурацию в другом. Два соединения, являющиеся энантиомерами друг друга, имеют одинаковые физические свойства, за исключением направления, в котором они вращают поляризованный свет , и того, как они взаимодействуют с различными энантиомерами других соединений. В результате разные энантиомеры соединения могут иметь существенно разные биологические эффекты. Чистые энантиомеры также проявляют явление оптической активности и могут быть разделены только с использованием хирального агента. только один энантиомер большинства хиральных биологических соединений, таких как аминокислоты (за исключением глицина В природе присутствует , который является ахиральным). Оптически активное соединение имеет две формы: форму D -(+) и L форму -(-).
Диастереомеры
[ редактировать ]Диастереомеры представляют собой стереоизомеры, не связанные между собой операцией отражения. [4] Они не являются зеркальными отражениями друг друга. К ним относятся мезосоединения , цис - транс -изомеры , EZ-изомеры и неэнантиомерные оптические изомеры . Диастереомеры редко имеют одинаковые физические свойства. В примере, показанном ниже, мезоформа винной кислоты образует диастереомерную пару как с лево-, так и с декстровинной кислотой, которые образуют энантиомерную пару.
|  |  |
(натуральная) винная кислота | D -винная кислота | мезовинная кислота |
(1:1) | ||
Обозначение D- и L- указанных выше изомеров не совпадает с более часто встречающейся маркировкой d- и l- , что объясняет, почему они могут показаться перевернутыми тем, кто знаком только с последним соглашением об именах.
Проекцию Фишера можно использовать для различения молекул L и D. Хиральность (химия) . Например, по определению, в проекции Фишера предпоследний углерод D-сахара изображен с водородом слева и гидроксилом справа. L-сахара будут показаны с водородом справа и гидроксилом слева.
Другой относится к оптическому вращению , при взгляде на источник света вращение плоскости поляризации может быть либо вправо (правовращательное — d-поворотное, представленное знаком (+), по часовой стрелке), либо влево (левовращающее). - l-вращающийся, обозначаемый (-), против часовой стрелки) в зависимости от того, какой стереоизомер является доминирующим. Например, сахароза и камфора являются d-вращающими, тогда как холестерин L-вращающими.
Цис-транс и E-Z-изомерия
[ редактировать ]Стереоизомерия двойных связей возникает потому, что вращение вокруг двойной связи ограничено, в результате чего заместители остаются неподвижными относительно друг друга. [5] Если два заместителя хотя бы на одном конце двойной связи одинаковы, то стереоизомер отсутствует и двойная связь не является стереоцентром, например, пропен, CH 3 CH=CH 2 , где оба заместителя на одном конце представляют собой H. . [6]
Традиционно стереохимию двойной связи описывали как цис (лат. по эту сторону) или транс (лат. поперек), в зависимости от относительного положения заместителей по обе стороны двойной связи. Простым примером цис - транс- изомерии являются 1,2-дизамещенные этены, подобные изомерам дихлорэтена (C 2 H 2 Cl 2 ), показанным ниже. [7]
Молекула I представляет собой цис -1,2-дихлорэтен, а молекула II представляет собой транс -1,2-дихлорэтен. Из-за случайной двусмысленности ИЮПАК принял более строгую систему, в которой заместителям на каждом конце двойной связи назначается приоритет в зависимости от их атомного номера . Если высокоприоритетные заместители находятся по одну сторону связи, ей присваивается Z (нем. zusammen , вместе). Если они находятся на противоположных сторонах, то это Е (нем. entgegen , противоположный). [8] Поскольку хлор имеет больший атомный номер, чем водород, это группа с наивысшим приоритетом. [9] Используя эти обозначения для названия молекул, изображенных выше, молекула I представляет собой ( Z )-1,2-дихлорэтен, а молекула II представляет собой ( E )-1,2-дихлорэтен. Это не тот случай, когда Z и цис или E и транс всегда взаимозаменяемы. Рассмотрим следующий фторметилпентен:
Правильное имя для этой молекулы — либо транс -2-фтор-3-метилпент-2-ен, поскольку алкильные группы, образующие основную цепь (т.е. метил и этил), расположены поперек двойной связи друг от друга, либо ( Z ) -2-фтор-3-метилпент-2-ен, поскольку группы с наивысшим приоритетом на каждой стороне двойной связи находятся на одной и той же стороне двойной связи. Фтор — группа с наивысшим приоритетом на левой стороне двойной связи, а этил — группа с наивысшим приоритетом на правой стороне молекулы.
Термины цис и транс также используются для описания относительного положения двух заместителей в кольце; цис, если на одной стороне, иначе транс . [10] [11]
Конформеры
[ редактировать ]Конформационная изомерия — это форма изомерии, которая описывает явление молекул с одинаковой структурной формулой, но разной формы из-за вращения вокруг одной или нескольких связей. [12] [13] [14] Различные конформации могут иметь разную энергию, обычно могут взаимопревращаться и очень редко являются изолируемыми. Например, существует множество конформаций циклогексана (циклогексан является важным промежуточным продуктом для синтеза нейлона-6,6), включая конформацию кресла , в которой четыре атома углерода образуют «место» кресла, один атом углерода «спинка» стула, а один атом углерода — «подставка для ног»; и конформация лодочки , конформация лодочки представляет собой максимум энергии на конформационном маршруте между двумя эквивалентными формами стула; однако оно не представляет собой переходное состояние этого процесса, поскольку существуют пути с более низкой энергией. Конформационная инверсия замещенных циклогексанов представляет собой очень быстрый процесс при комнатной температуре с периодом полураспада 0,00001 секунды. [15] [16]
Есть некоторые молекулы, которые можно изолировать в нескольких конформациях из-за больших энергетических барьеров между различными конформациями. 2,2',6,6'-Тетразамещенные бифенилы могут относиться к этой последней категории.
Аномеры
[ редактировать ]Аномерия - это идентичность кольцевых структур с одинарной связью, где «цис» или «Z» и «транс» или «E» (геометрическая изомерия) должны обозначать замены в атоме углерода, которые также отображают идентичность хиральности; поэтому аномеры имеют атомы углерода, которые имеют геометрическую изомерию и оптическую изомерию ( энантиомерию ) на одном или нескольких атомах углерода кольца. [17] [18] [19] [20] Аномеры называются «альфа» или «аксиальные» и «бета» или «экваториальные» при замещении циклической кольцевой структуры, которая имеет одинарные связи между атомами углерода кольца, например, гидроксильной группы, метилгидроксильной группы, метоксигруппы. или другую группу пиранозы или фуранозы, которые представляют собой типичные замены одинарных связей, но не ограничиваются ими. [21] Осевая геометрическая изомерия будет перпендикулярна (90 градусов) к базовой плоскости, а экваториальная будет находиться на расстоянии 120 градусов от осевой связи или отклоняться на 30 градусов от базовой плоскости. [22]
Атропизомеры
[ редактировать ]Атропомеры — это стереоизомеры, образующиеся в результате затрудненного вращения вокруг одинарных связей , где барьер вращения стерической деформации достаточно высок, чтобы обеспечить изоляцию конформеров. [23] [24]
Дополнительные определения
[ редактировать ]- Конфигурационный стереоизомер представляет собой стереоизомер эталонной молекулы, который имеет противоположную конфигурацию в стереоцентре (например, R- против S- или E- против Z- ). Это означает, что конфигурационные изомеры могут взаимно превращаться только путем разрыва ковалентных связей со стереоцентром, например, путем инвертирования конфигураций некоторых или всех стереоцентров в соединении.
- Эпимер – это диастереоизомер, имеющий противоположную конфигурацию только в одном из стереоцентров.
Правило Ле Бель-ван-Гоффа
[ редактировать ]Правило Ле Бель-Вант-Гоффа гласит, что для структуры с n асимметричными атомами углерода существует максимум 2 н возможны разные стереоизомеры. Например, D -глюкоза представляет собой альдогексозу и имеет формулу C 6 H 12 O 6 . Четыре из шести атомов углерода стереогенны, что означает, что D -глюкоза является одним из двух 4 =16 возможных стереоизомеров. [25] [26]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ ИЮПАК , Сборник химической терминологии , 2-е изд. («Золотая книга») (1997). Исправленная онлайн-версия: (2006–) « Стереоизомерия ». два : 10.1351/goldbook.S05983
- ^ Колумбийская энциклопедия. «Стереоизомеры» на Encyclepedia.com , NL, 2005 г. , Ссылка
- ^ Кларк, Джим (ноябрь 2012 г.). «Оптическая изомерия» . chemguide.co.uk . Проверено 9 августа 2022 г.
- ^ «Диастереомер - обзор | Темы ScienceDirect» .
- ^ «Определение и примеры геометрических изомеров | Химический словарь» . Проверено 20 июня 2022 г.
- ^ Кларк, Джим (февраль 2020 г.). «геометрическая (цис/транс) изомерия» . Chemguide.uk . Проверено 9 августа 2022 г.
- ^ Хельменстин, Энн Мари. «Определение геометрического изомера (цис-транс-изомеров)» . МысльКо .
- ^ Робертс, Джон Д.; Казерио, Марджори К. (1977). Основные принципы органической химии (второе изд.). WA Benjamin, Inc. с. 19.7. ISBN 0805383298 .
- ^ Робертс, Джон Д.; Казерио, Марджори К. (1977). Основные принципы органической химии (второе изд.). WA Benjamin, Inc. с. 19.6. ISBN 0805383298 .
- ^ «Цис-транс-изомерия | Сельскохозяйственный тезаурус NAL» .
- ^ Кларк, Джим (ноябрь 2012 г.). «Обозначение E – Z для геометрической изомерии» . chemguide.co.uk . Проверено 9 августа 2022 г.
- ^ Хант, Ян. «Что такое конформационные изомеры?» . chem.ucalgary.ca . Проверено 9 августа 2022 г.
- ^ «Конформационный изомер - обзор | Темы ScienceDirect» .
- ^ «Изомерия - Конформационные изомеры | Британника» .
- ^ «Циклогексан — обзор | Темы ScienceDirect» .
- ^ Ройш, Уильям (5 мая 2013 г.). «Стереоизомеры» . chemistry.msu.edu . Проверено 9 августа 2022 г.
- ^ Хант, Ян. «Как выглядят α- и β-формы?» . chem.ucalgary.ca . Проверено 9 августа 2022 г.
- ^ «Аномер — обзор | Темы ScienceDirect» .
- ^ «Аномерный эффект — обзор | Темы ScienceDirect» .
- ^ Эшенхерст, Джеймс (3 августа 2022 г.). «Большой чертов пост с определениями химии, связанной с углеводами» . masterorganicchemistry.com . Проверено 9 августа 2022 г.
- ^ Ройш, Уильям. «Стереоизомеры» . chemistry.msu.edu . Проверено 9 августа 2022 г.
- ^ Органическая химия Моррисона и Бойда, шестое изд. стр. 1170-1171 ISBN 0-13-643669-2
- ^ «Атропоизомер — обзор | Темы ScienceDirect» .
- ^ Метрано, Энтони Дж. (9 июня 2018 г.). «Атропоизомеры» (PDF) . Knowleslab.princeton.edu . Проверено 9 августа 2022 г.
- ^ Блэкмонд, генеральный директор (2019). «Происхождение биологической гомохиральности» . Перспективы Колд-Спринг-Харбор в биологии . 11 (3): а032540. doi : 10.1101/cshperspect.a032540 . ПМК 6396334 . ПМИД 30824575 .
- ^ Брукс, Бенджамин Т. (1918). «Немецкий химический миф» . Североамериканское обозрение . 208 (756): 729–735. JSTOR 25151064 .
| Базы данных органов управления : Национальные |
|---|
