цис-1,2-диметил циклопентан цис-бутен-2 транс-бутен-2

Оптическими изомерами называют молекулы, зеркальные изображения которых несовместимы друг с другом (то есть не совпадают при любых поворотах и переворотах на плоскости, при которых не разрываются химические связи). Таким свойством обладают молекулы, имеющие асимметрический центр — атом углерода, связанный с четырьмя различными заместителями. Например, в виде двух оптических изомеров существует молекула бутанола-2, содержащая один асимметрический центр (показан изогнутыми стрелками):

зеркальная плоскость

Ассиметрический центр (хиральный атом С)

В отличие от геометрических изомеров, оптические изомеры обладают одинаковыми физическими (температуры плавления, кипения т. п.) и химическими свойствами. Различие между оптическими изомерами проявляется только по отношению к асимметрическим воздействиям. Одним из примеров такого воздействия является пропускание плоскополяризованного света через раствор органического соединения. Оптические изомеры вращают плоскость поляризации такого света в различные стороны на один и тот же угол. Изомер, вращающий плоскость поляризации вправо, обозначается буквой D, а влево — буквой L.

(Существует и другой способ обозначения изомеров, содержащих хиральный атом С – так называемая система Кана-Ингольда-Прелога или R,S-номенклатура, принципы которой мы рассматривать не будем).

Смесь двух оптических изомеров в равных отношениях (т. наз. рацемическая смесь или рацемат) не способна изменить плоскость поляризации света. Таким образом, способность вещества изменить плоскость поляризации света (т.е. оптическая активность) указывает на наличие оптических изомеров в неравных отношениях. Поскольку оптические изомеры обладают одинаковыми химическими свойствами, то в химических реакциях в отсутствие асимметрического воздействия они всегда образуются или расходуются в равных количествах.

Возникает вопрос: какое значение для органической химии имеет явление оптической изомерии? Дело заключается в том, что многие вещества, синтезируемые животными, растениями, микроорганизмами, обладают оптической активностью и часто представляют собой лишь один оптический изомер. Например, аминокислоты, из которых образованы белки у всех животных и растений нашей планеты – это L-изомеры. Большинство углеводов, которые млекопитающие могут усваивать - это D-изомеры. Многие лекарственные препараты оказывают свое действие лишь при условии их применения в виде одного из оптических изомеров. Поэтому в настоящее время получение органических соединений в виде отдельных оптических изомеров (асимметрический синтез) является одной из важных задач органической химии.

Соотношение между оптическими изомерами в ходе химической реакции может измениться лишь в том случае, если один из реагентов специфичен по отношению к определенным оптическим изомерам. Таковы многие природные катализаторы химических реакций (ферменты), которые избирательно осуществляют превращения лишь одного из оптических изомеров.

Молекулы одного и того же вещества могут существовать в виде различных конформаций. Конформации – различные пространственные формы, возникающие при изменении относительной ориентации отдельных частей молекулы в результате внутреннего вращения атомов или групп атомов вокруг простых связей (вращение вокруг кратных связей невозможно), изгиба связей др.. При этом стереохимическая конфигурация молекулы остается неизменной. Конформации молекулы различаются по энергии, например, заторможенная конформация молекулы этана имеет минимальную энергию, а заслоненная - максимальную, и поэтому подавляющее большинство молекул этана существует в заторможенном виде.

Заслоненная и заторможенная конформации молекулы этана (вид с торца связи С-С).

син – конформация, анти -конформация, гош – конформация моелкулы бутана.

Для молекулы циклогексана существует несколько конформаций с низкими (минимальными) значениями энергии, которые называют конформационными изомерами: кресло, ванна, (еще скрученная ванна)

кресло 1 ванна кресло2

Как правило, соединения ряда циклогексана существуют в форме кресла, причем в газовой и жидкой фазах происходит переход между двумя формами «кресло1 ↔ кресло2» с различным расположением боковых заместителей (все аксиальные становятся экваториальными).

Таутомерия – это подвижное равновесие между взаимопревращающимися структурными изомерами (таутомерами). Например, кето-енольная таутомерия:

Н

│ │ │ │

-С-С=О ↔ -С-С-ОН

│ │

кетон енол

(кето-форма ено-форма)

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: