Dom › Ezoterija › Geometrijski izomeri. Geometrijska izomerija

Geometrijski izomeri. Geometrijska izomerija

Izomerija liganda

Izomerija liganda dijeli se na izomeriju veze (koja je određena različitim tipovima koordinacije istog liganda) i izomeriju samog liganda.

Primjeri izomerije veze mogu biti postojanje nitro- i nitrit-kompleksa kobalta (III) sastava K 3 i K 3 , u kojima se koordinacija NO 2 - liganda provodi preko atoma dušika ili atom kisika. Drugi primjer je koordinacija tiocijanatnog iona NCS – preko atoma dušika ili preko atoma sumpora, uz stvaranje tiocijanato-N- ili tiocijanato-S-kompleksa.

Osim toga, ligandi složene strukture (na primjer, aminokiseline) mogu sami tvoriti izomere, čija koordinacija dovodi do stvaranja kompleksa istog sastava s različitim svojstvima.

Geometrijska izomerija uzrokovan nejednakim smještajem liganada u unutarnjoj sferi jedan u odnosu na drugi. Nužan uvjet za geometrijsku izomeriju je prisutnost najmanje dva različita liganda u unutarnjoj koordinacijskoj sferi. Geometrijska izomerija očituje se pretežno u složenim spojevima koji imaju oktaedarsku strukturu, strukturu ravnog kvadrata ili kvadratne piramide.

Kompleksni spojevi s tetraedarskom, trokutastom i linearnom strukturom nemaju geometrijske izomere, budući da su položaji liganada dva različita tipa oko središnjeg atoma ekvivalentni.

Kompleksi s ravnom kvadratnom strukturom, u prisutnosti dva različita liganda L′ i L′′, već mogu imati dva izomera (cis- i trans-):

Primjer složenog spoja koji ima cis- i trans-izomere je diklordiaminplatina (II):

Imajte na umu da složeni spoj sastava s ravnom kvadratnom strukturom ne može imati izomere: položaj liganda L′′ jednako je vjerojatan u bilo kojem kutu kvadrata. Kada se pojave dva različita liganda, tada je već moguće postojanje dvaju izomera (cis- i trans-), različitih svojstava. Tako su cis-diklorodiaminplatina (II) narančasto-žuti kristali, vrlo topljivi u vodi, a trans-diklorodiaminplatina (II) blijedožuti kristali čija je topljivost u vodi nešto manja od topljivosti cis izomera.

Kako se broj različitih liganada u unutarnjoj sferi povećava, povećava se i broj geometrijskih izomera. Za nitro(hidroksilamin)amin(piridin)platina(II)Cl klorid dobivena su sva tri izomera:

Oktaedarski kompleksi mogu imati mnogo izomera. Ako je u složenom spoju ove vrste svih šest liganada isto () ili je samo jedan različit od svih ostalih (), tada ne postoji mogućnost različitog rasporeda liganada jedan u odnosu na drugi. Na primjer, u oktaedarskim spojevima, bilo koji položaj L′′ liganda u odnosu na ostalih pet L′ liganda bit će ekvivalentan i stoga ovdje ne bi trebalo biti izomera:

Izgled dva L′′-ovi ligandi oktaedarski složeni spojevi dovest će do mogućnosti postojanja dva geometrijska izomera. U ovom slučaju pojavljuju se dva različita načina međusobnog rasporeda L′′ liganada. Na primjer, dihidroksotetraamin kobalt(III) + kation ima dva izomera:

Kada pokušavamo pronaći neki drugi relativni raspored H 3 N i OH - liganada, koji bi se razlikovao od gore navedenih, uvijek ćemo završiti sa strukturom jednog od već navedenih.

Kako se broj liganada različitog kemijskog sastava u kompleksu povećava, broj geometrijskih izomera brzo raste. Spojevi tipa imat će četiri izomera, a za spojeve tipa koji sadrže šest različitih liganada, broj geometrijskih izomera doseže 15. Takvi kompleksni spojevi još nisu dobro proučeni.

Geometrijski izomeri se značajno razlikuju po fizičkim i kemijskim svojstvima, kao što su boja, topljivost, gustoća, kristalna struktura itd.

Geometrijski izomeri nastaju ako je slobodna rotacija atoma u molekuli ograničena zbog prisutnosti dvostruke veze. Primjer takvog para izomera je maleinska (12.23) i fumarna (12.24) kiselina (cis- odnosno trans-).

Geometrijski izomeri su vrlo slični u kemijskoj strukturi, ali nisu zrcalne slike jedan drugoga i ne rotiraju ravninu polarizacije svjetlosti. U pravilu se cis- i trans-izomeri značajno razlikuju u fizičkim svojstvima. Na primjer, maleinska kiselina (12.23) tali se na 130 °C, pKa vrijednost joj je 1,9, vrlo je topiva u hladnoj vodi (79 g na 100 ml); konstante njegovog geometrijskog izomera - fumarne kiseline (12.24) su redom 287 °C, 3,0 i 0,7 g na 100 ml. Nije iznenađujuće da geometrijski izomeri imaju različita biološka svojstva i stoga je vrlo važno pri proučavanju kemijske formule novog spoja uzeti u obzir sve mogućnosti postojanja ove vrste izomerije.

Cis i trans izomeri mogu se lako odvojiti kristalizacijom ili kromatografijom. Ne postoji opća metoda za pretvaranje jednog izomera u drugi, ali zagrijavanje obično proizvodi najstabilniji izomer, dok izlaganje svjetlu proizvodi manje stabilan. Ljudski vid ovisi o pretvorbi 11-cis izomera retinala u 11-trans oblik pod utjecajem svjetla. Čim uzbudljivi snop svjetlosti nestane,
Ovaj karotenoidni pigment ponovno prelazi u cis oblik, čime se prekida impuls koji ide u mozak. Cis i trans izomeri također postoje na ravnom ciklopentanskom prstenu, koji je poput velike dvostruke veze. Iako cikloheksanski prsten uopće nije ravan, ipak je dovoljno ravan da tvori cis i trans izomere. Dakle, postoje i dostupni su i cis (12.25) i trans (12.26) oblici diaminocikloheksana. Ista molekula može tvoriti i geometrijske i optičke izomere. Na primjer, trans izomer (12.26) može se razdvojiti na (S,S) (12.27) i (R.R) (12.28) kiralne izomere. Međutim, cis izomer se ne može podijeliti u kiralne oblike, budući da ima ravninu simetrije. Benzenov prsten nema geometrijske izomere jer svaki atom ugljika u prstenu ima samo jedan supstituent.

Cis-Trans-TpaHC-(S S) TpaHC-(R.R)

(12.25) (12.26) (12.27) (12.28)

Stereoizomeri 1,2-diaminocinlogensana

Ponekad može biti teško odabrati dva od četiri supstituenta na dvostrukoj vezi kako bi se odredila cis ili trans konfiguracija. Pravilo slijeda nalaže odabir supstituenata s najtežim atomima, pri čemu je cis oblik označen slovom Z (od njemačke riječi zusammen), a transformacija slovom E (entgegen). Ponekad se u nazivima spojeva u kojima se geometrijska izomerija može pojaviti mnogo puta supstituent s najmanjim brojem (prema pravilu numeriranja) označava slovom g, a oznake c-(cis) i t-(trans) u ispred ostalih supstituenata označavaju njihov položaj u odnosu na g. zamjenika.

Slično kao indol-3-iloctena kiselina (4.82), koja potiče rast biljnih stanica, mogu djelovati i druge karboksilne kiseline, čija je karboksilna skupina pod kutom u odnosu na ravninu aromatskog prstena. Geometrijska izomerija ograničava mogućnost takvog rasporeda dva supstituenta, stoga je od cimetnih kiselina aktivan samo cis izomer. U 2-fenilciklopropan-1-karboksilnoj i 1,2,3,4-tetrahidronaftaliden-octenoj kiselini također su aktivni samo cis-izomeri. Molekularni modeli pokazuju da prsten i karboksilna skupina u trans izomeru (neaktivnom) ovih tvari leže u istoj ravnini, dok su u cis obliku (aktivnom) nekomplanarni. Veidstra je prvi ukazao na ovu vezu između nekoplanarnosti i aktivnosti koja potiče rast. Nekomplanarnost također može nastati zbog steričke smetnje. Tako benzojeva kiselina ima planarni oblik i nije aktivna, dok su 2,6-diklorobenzojeva i 8-metil-1-naftojeva kiselina neplanarne i biološki aktivne.

U analozima auksina karboksilna skupina može biti zamijenjena drugim skupinama koje privlače elektron (-CN, -N02, -SO3H), dok je biološka aktivnost samo neznatno smanjena. O odnosu između strukture i akcije u ovoj seriji, vidi Koepfli, Thimann, Went (1938) i Veidstra

Geometrijska izomerija steroida zaslužuje posebno razmatranje. Formula (12.29) prikazuje opću strukturu ove skupine prirodnih zasićenih spojeva (prikazano je numeriranje ugljikovih atoma i slovne oznake četiriju ciklusa). U prirodnim steroidima, prstenovi B i C su u trans-spoju, pri čemu su oba usidrena u konformaciji stolice. Kod srčanih glikozida, spoj ciklusa C i D ima cis konfiguraciju, ali kod životinjskih hormona, sterola i žučnih kiselina, to je trans spoj. U većini biološki aktivnih steroida, prstenovi A i B su u trans-spoju (serija "5a", prethodno nazvana "allo"). Svaki od prstenova u molekuli steroida tvori nabore, što je jasno vidljivo u bočnoj projekciji formule (12.30).

Oznaka "5a" označava da je atom vodika na položaju 5 ispod opće ravnine prstenova. Svi supstituenti koji se nalaze ispod ove ravnine označeni su simbolom "a", a iznad - simbolom prikazanim u formulama (12.34) i (12.35).

cija supstituenata u prostoru i oblik ciklusa. Na primjer, cikloheksan može postojati u tri konformacije: stolica (12.36), kada (12.37) i upletena (ili polustolica) (12.38).

Oblik stolice je najmanje opterećen i stoga najpoželjniji za molekulu cikloheksana, sa svakim aksijalnim atomom vodika udaljenim za 0,25 nm od druga dva aksijalna atoma vodika smještena na istoj strani ciklusa. Uvijeni (ili twist) oblik zauzima međupoložaj (između oblika stolice i čamca), a najintenzivniji je oblik kade. Potonji se, međutim, može stabilizirati s dva ili više kondenziranih prstena koji sadrže odgovarajuće supstituente. Molekula dekahidronaftalena (dekalin) može postojati u dva stabilna oblika, čija je struktura određena difrakcijom elektrona, koja je pokazala da se trans oblik (talište -30 ° C, vrelište 117 ° C na 100 mm Hg) sastoji od dva trans-fuzioniranih prstenova u konformaciji stolice, a cis oblik (talište -43 °C, vrelište 124 °C na 100 mmHg) sastoji se od dva cis-fuzionirana prstena u konformaciji stolice. Cis oblik prelazi u trans oblik na povišenim temperaturama i u prisutnosti katalizatora. Molekula dekalina je primjer geometrijske izomerije u odnosu na premošćujuće atome ugljika, ali svaki ciklus ostaje konformacijski pokretljiv.

Od interesa je konformacijska analiza -CO-H- veze, koja određuje strukturu peptida. U proteinima je njegova konformacija uvijek "proširena" (trans), iako je u peptidima koji sadrže prolin, tj. tercijarnu amidnu skupinu, udio ravnotežne "okludirane" (cis) konformacije prilično velik (do 40%). U sekundarnim formamidima postoji ravnotežna smjesa "produženih" i "zatvorenih" konformera u omjeru 8:92 u slučaju N-metilformamida (12.39, 12.40). Njihovo postojanje utvrđuje se prisutnošću dva odvojena signala u PMR spektru. S povećanjem volumena supstituenta na atomu dušika, udio "proširenog" konformera raste, dosežući 18% kada se metilna skupina zamijeni tert-butilom.

Tijekom lekcije dobit ćete opću ideju o vrstama izomerije i naučiti što je izomer. Upoznati vrste izomerije u organskoj kemiji: strukturnu i prostornu (stereoizomerija). Koristeći strukturne formule tvari, razmotrite podvrste strukturne izomerije (kosturnu i položajnu izomeriju), upoznajte vrste prostorne izomerije: geometrijsku i optičku.

Tema: Uvod u organsku kemiju

Lekcija: Izomerija. Vrste izomerije. Strukturna izomerija, geometrijska, optička

Vrste formula koje opisuju organske tvari koje smo ranije ispitali pokazuju da jednoj molekularnoj formuli može odgovarati nekoliko različitih strukturnih formula.

Na primjer, molekularna formula C 2H 6O dopisivati se dvije tvari s različitim strukturnim formulama – etilni alkohol i dimetil eter. Riža. 1.

Etilni alkohol, tekućina koja reagira s metalnim natrijem pri čemu se oslobađa vodik, vrije na +78,5 0 C. Pod istim uvjetima dimetil eter, plin koji ne reagira s natrijem, vrije na -23 0 C.

Te se tvari razlikuju po svojoj strukturi – različite tvari imaju istu molekulsku formulu.

Riža. 1. Međuklasna izomerija

Fenomen postojanja tvari koje imaju isti sastav, ali različite strukture i stoga različita svojstva naziva se izomerija (od grčkih riječi "isos" - "jednak" i "meros" - "dio", "udio").

Vrste izomerije

Postoje različite vrste izomerije.

Strukturna izomerija povezana je s različitim redoslijedom atoma u molekuli.

Etanol i dimetil eter su strukturni izomeri. Budući da pripadaju različitim klasama organskih spojeva, ova se vrsta strukturne izomerije naziva također međurazredni . Riža. 1.

Strukturni izomeri također mogu postojati unutar iste klase spojeva, na primjer, formula C 5 H 12 odgovara tri različita ugljikovodika. Ovaj izomerija ugljičnog skeleta. Riža. 2.

Riža. 2 Primjeri tvari - strukturni izomeri

Postoje strukturni izomeri s istim ugljikovim kosturom, koji se razlikuju po položaju višestrukih veza (dvostrukih i trostrukih) ili atoma koji zamjenjuju vodik. Ova vrsta strukturne izomerije naziva se položajna izomerija.

Riža. 3. Izomerija strukturnog položaja

U molekulama koje sadrže samo jednostruke veze moguća je gotovo slobodna rotacija molekularnih fragmenata oko veza na sobnoj temperaturi i, primjerice, sve slike formula 1,2-dikloroetana su ekvivalentne. Riža. 4

Riža. 4. Položaj atoma klora oko jednostruke veze

Ako je rotacija ometena, na primjer, u cikličkoj molekuli ili s dvostrukom vezom, tada geometrijska ili cis-trans izomerija. U cis-izomerima, supstituenti se nalaze na jednoj strani ravnine prstena ili dvostruke veze, u trans-izomerima - na suprotnim stranama.

Cis-trans izomeri postoje kada su vezani na ugljikov atom. dvije različite zamjenik Riža. 5.

Riža. 5. Cis i trans izomeri

Druga vrsta izomerije nastaje zbog činjenice da ugljikov atom s četiri jednostruke veze tvori prostornu strukturu sa svojim supstituentima - tetraedar. Ako molekula ima barem jedan ugljikov atom vezan na četiri različita supstituenta, optička izomerija. Takve molekule ne odgovaraju svojoj zrcalnoj slici. Ovo se svojstvo naziva kiralnost - od grč Shier- "ruka". Riža. 6. Optička izomerija karakteristična je za mnoge molekule koje čine žive organizme.

Riža. 6. Primjeri optičkih izomera

Optička izomerija se također naziva enantiomerizam (od grčkog enantios- "suprotno" i meros- "dio") i optički izomeri - enantiomeri . Enantiomeri su optički aktivni; oni zakreću ravninu polarizacije svjetlosti za isti kut, ali u suprotnim smjerovima: d- , ili (+)-izomer, - desno, ja- , ili (-)-izomer, - lijevo. Smjesa jednakih količina enantiomera tzv racemat, optički je neaktivan i označen je simbolom d,l- ili (±).

Sažimanje lekcije

Tijekom lekcije dobili ste opće razumijevanje vrsta izomerije i što je izomer. Naučili smo vrste izomerije u organskoj kemiji: strukturnu i prostornu (stereoizomerija). Pomoću strukturnih formula tvari ispitali smo podvrste strukturne izomerije (skeletna i položajna izomerija), te se upoznali s vrstama prostorne izomerije: geometrijskom i optičkom.

Reference

1. Rudzitis G.E. Kemija. Osnove opće kemije. 10. razred: udžbenik za općeobrazovne ustanove: osnovna razina / G. E. Rudzitis, F.G. Feldman. - 14. izdanje. - M.: Obrazovanje, 2012.

2. Kemija. 10. razred. Razina profila: akademska. za opće obrazovanje ustanove/ V.V. Eremin, N.E. Kuzmenko, V.V. Lunin i dr.: Droplja, 2008. - 463 str.

3. Kemija. 11. razred. Razina profila: akademska. za opće obrazovanje ustanove/ V.V. Eremin, N.E. Kuzmenko, V.V. Lunin i dr.: Droplja, 2010. - 462 str.

4. Khomchenko G.P., Khomchenko I.G. Zbirka zadataka iz kemije za one koji upisuju sveučilišta. - 4. izd. - M.: RIA "Novi val": Izdavač Umerenkov, 2012. - 278 str.

domaća zadaća

1. Brojevi 1,2 (str.39) Rudzitis G.E. Kemija. Osnove opće kemije. 10. razred: udžbenik za općeobrazovne ustanove: osnovna razina / G. E. Rudzitis, F.G. Feldman. - 14. izdanje. - M.: Obrazovanje, 2012.

2. Zašto je broj izomera u ugljikovodicima etilenskog niza veći nego u zasićenim ugljikovodicima?

3. Koji ugljikovodici imaju prostorne izomere?

Tema: Uvod u organsku kemiju

Lekcija: Izomerija. Vrste izomerije. Strukturna izomerija, geometrijska, optička

Vrste formula koje opisuju organske tvari koje smo ranije ispitali pokazuju da jednoj molekularnoj formuli može odgovarati nekoliko različitih strukturnih formula.

Na primjer, molekularna formula C 2H 6O dopisivati se dvije tvari s različitim strukturnim formulama – etilni alkohol i dimetil eter. Riža. 1.

Etilni alkohol, tekućina koja reagira s metalnim natrijem pri čemu se oslobađa vodik, vrije na +78,5 0 C. Pod istim uvjetima dimetil eter, plin koji ne reagira s natrijem, vrije na -23 0 C.

Te se tvari razlikuju po svojoj strukturi – različite tvari imaju istu molekulsku formulu.

Riža. 1. Međuklasna izomerija

Fenomen postojanja tvari koje imaju isti sastav, ali različite strukture i stoga različita svojstva naziva se izomerija (od grčkih riječi "isos" - "jednak" i "meros" - "dio", "udio").

Vrste izomerije

Postoje različite vrste izomerije.

Strukturna izomerija povezana je s različitim redoslijedom atoma u molekuli.

Etanol i dimetil eter su strukturni izomeri. Budući da pripadaju različitim klasama organskih spojeva, ova se vrsta strukturne izomerije naziva također međurazredni . Riža. 1.

Strukturni izomeri također mogu postojati unutar iste klase spojeva, na primjer, formula C 5 H 12 odgovara tri različita ugljikovodika. Ovaj izomerija ugljičnog skeleta. Riža. 2.

Riža. 2 Primjeri tvari - strukturni izomeri

Riža. 3. Izomerija strukturnog položaja

Riža. 4. Položaj atoma klora oko jednostruke veze

Cis-trans izomeri postoje kada su vezani na ugljikov atom. dvije različite zamjenik Riža. 5.

Riža. 5. Cis i trans izomeri

Riža. 6. Primjeri optičkih izomera

Sažimanje lekcije

Reference

1. Rudzitis G.E. Kemija. Osnove opće kemije. 10. razred: udžbenik za općeobrazovne ustanove: osnovna razina / G. E. Rudzitis, F.G. Feldman. - 14. izdanje. - M.: Obrazovanje, 2012.

2. Kemija. 10. razred. Razina profila: akademska. za opće obrazovanje ustanove/ V.V. Eremin, N.E. Kuzmenko, V.V. Lunin i dr.: Droplja, 2008. - 463 str.

3. Kemija. 11. razred. Razina profila: akademska. za opće obrazovanje ustanove/ V.V. Eremin, N.E. Kuzmenko, V.V. Lunin i dr.: Droplja, 2010. - 462 str.

4. Khomchenko G.P., Khomchenko I.G. Zbirka zadataka iz kemije za one koji upisuju sveučilišta. - 4. izd. - M.: RIA "Novi val": Izdavač Umerenkov, 2012. - 278 str.

domaća zadaća

2. Zašto je broj izomera u ugljikovodicima etilenskog niza veći nego u zasićenim ugljikovodicima?

3. Koji ugljikovodici imaju prostorne izomere?

Razlog za pojavu geometrijske izomerije je nepostojanje slobodne rotacije oko c-veze. Ovaj tip izomerije karakterističan je za spojeve koji sadrže dvostruku vezu i alicikličke spojeve.

Geometrijski izomeri su tvari koje imaju istu molekulsku formulu, isti redoslijed vezivanja atoma u molekulama, ali se međusobno razlikuju po različitom rasporedu atoma ili atomskih skupina u prostoru u odnosu na ravninu dvostruke veze ili ravninu prstena.

Razlog za pojavu ove vrste izomerije je nemogućnost slobodne rotacije oko dvostruke veze ili st-veza koje tvore ciklus.

Na primjer, buten-2 CH3-CH=CH-CH3 može postojati u obliku dva izomera, koji se razlikuju u položaju metilnih skupina u prostoru u odnosu na ravninu dvostruke veze:

ili t,2-dimtetilciktopropan postoji u obliku dva izomera,

koji se razlikuju po rasporedu metilnih skupina u prostoru u odnosu na ravninu prstena:

/ za označavanje konfiguracije geometrijskih izomera koristi se cis-, trans-sustav. Ako su isti supstituenti

3. Izomerija organskih spojeva. Prostorna struktura molekula

ra^p^lij^psh uzduž jedne strane od ravnosti dvostrukog ^dajw odn

ciklusu, konfiguracija je označena cis-, ako je na suprotnim stranama, trans-.

Za spojeve koji imaju različite supstituente na ugljikovim atomima s dvostrukom vezom koristi se E^-sustav označavanja.

EZ-sustav je općenitiji. Primjenjiv je na geometrijske izomere s bilo kojim skupom supstituenata. Osnova ovog sustava je senioritet supstituenata koji se određuje za svaki atom ugljika posebno. Ako se stariji supstituenti iz svakog para nalaze na istoj strani dvostruke veze, cop-figura se označava slovom Z (od slova zusammen - zajedno), ako su na suprotnim stranama, slovom E (od slova entgegen – suprotno).

Dakle, za 1-bromo-1-kloropropep moguća su dva izomera:

seniori! supstituent na jednom atomu ugljika je me-

til skupina (1H i 6CH3 supstituenti), a drugi ima atom broma (17C1 i 35Br supstituenti). U izomeru I, viši supstituenti su smješteni na jednoj strani ravnine dvostruke veze; njemu je dodijeljena Z-konfiguracija, a izomeru II je dodijeljena E-konfiguracija (viši supstituenti su smješteni na suprotnim stranama ravnine dvostruke veze).

Geometrijski izomeri imaju različita fizikalna svojstva (tališta i vrelišta, topljivost itd.), spektralna svojstva i kemijska svojstva. Ova razlika u svojstvima olakšava utvrđivanje njihove konfiguracije pomoću fizikalnih i kemijskih metoda.

Popularno u kategoriji: