IZOMERIA

.

Izomeria jest to zjawisko istnienia związków chemicznych o

identycznym wzorze sumarycznym lecz różnej strukturze
cząsteczek.

Związki o takim samym wzorze cząsteczkowym, ale różnej

budowie nazywamy związkami izomerycznymi, albo po
prostu izomerami.

Związki spełniające ten warunek, różnią się właściwościami

chemicznymi i fizycznymi z wyjątkiem masy molowej.

Rodzaje izomerii:

Izomeria strukturalna

Izomeria

przestrzenna

(konstytucyjna):

(stereoizomeria):

izomeria łańcuchowa izomeria geometryczna

(cis-trans)

izomeria podstawienia (położenia) izomeria optyczna
izomeria funkcyjna (metameria)
tautomeria

.

Izomeria łańcuchowa – polegająca na odmiennej

konstytucji łańcucha,

CH3

CH3-CH2-CH2-CH3

CH3-CH-CH3

np. butan

i

izobutan (2-

metylopropan)

CH3-CH2-CH2-CH2-CH3

pentan

CH3-CH-CH2-CH3

2-metylobutan

CH3

CH3

CH3 –C-CH3

2,2-dimetylopropan

CH3

.

Liczby izomerów niektórych alkenów:

liczba izomerów

METAN-

CH

4

1

ETAN-

C

2

H

6

CH

3

-CH

3

1

PROPAN-

C

3

H

8

CH

3

-CH

2

-CH

3

1

BUTAN-

C

4

H

10

CH

3

-(CH

2

)

2

-CH

3

2

PENTAN-

C

5

H

12

CH

3

-(CH

2

)

3

-CH

3

3

HEKSAN-

C

6

H

14

CH

3

-(CH

2

)

4

-CH

3

5

HEPTAN-

C

7

H

16

CH

3

-(CH

2

)

5

-CH

3

9

OKTAN-

C

8

H

18

CH

3

-(CH

2

)

6

-CH

3

18

NONAN-

C

9

H

20

CH

3

-(CH

2

)

7

-CH

3

35

DEKAN-

C

10

H

22

CH

3

-(CH

2

)

8

-CH

3

75

.

Izomeria podstawienia – polegająca na różnej

pozycji zajmowanej przez podstawnik (grupę
funkcyjną lub atom inny niż wodór) lub wiązanie
wielokrotne.

CH2-CH2-CH2-CH3

CH3-CH-CH2-CH3

Cl

Cl

np. 1-chlorobutan i

2-chlorobutan

• 1-buten

• 2-buten

.

Izomery podstawienia spotykamy często w związkach

alifatycznych jak i aromatycznych.

W związkach cyklicznych, izomeria ta występuje dopiero przy

dwóch podstawnikach, lub w przypadku niehomogennego
pierścienia (pierścień zbudowany z różnych pierwiastków -
heterocykle). Generalnie izomeria podstawienia występuje
tam gdzie możliwe jest jednoznaczne określenie miejsca
podstawienia.

.

Przykład związków A (benzen i cykloheksan) to

przykład związków na tyle symetrycznych, że każda
pozycja podstawienia (każdy atom węgla
pierścienia) jest równocenna. Nie mogą zatem
istnieć tu izomery jednopodstawione.

Związki B są też symetryczne, lecz podstawnik tę

symetrie zakłóca. Następny podstawnik może zająć
pozycje 1,2 lub 3. Mogą zatem istnieć trzy
dwupodstawione izomery.

W przypadku C jest podobnie. Zakłócenie idealnej

symetrii cząsteczki z przypadku A powoduje
powstanie trzech różniących się miejsc
podstawienia w przypadku dwupodstawionych
izomerów.

Istnienie dwóch, niesymetrycznych podstawników

(atom hetero i podstawnik) na tyle psuje symetrię
cząsteczki, że każdy nowy podstawnik może zostać
przyłączony do jednego z czterech różnych miejsc.

Zwiększyła się liczba możliwych izomerów (z trzech do

czterech).

.

Izomeria funkcyjna (metameria) – spowodowana

obecnością różnych grup funkcyjnych , np. aldehyd i keton

O

O

H3C - CH2 - C

H3C – C – CH3

H

Aldehyd propionowy Aceton

CH3 – CH2 – CH2 – NH2

CH3 – CH2 – NH
CH3

lub np. propyloamina

i

N-metylo-

etyloamina

.

Tautomeria – zjawisko wzajemnego przemieszczania się

protonu i wiązania podwójnego w obrębie tego samego
związku. np. tautomeria keto-enolowa kwasu pirogronowego.

H O

OH

H – C – C – COOH ↔ H – C C - COOH
H

H

Keton

enol

dwie formy kwasu pirogronowego
Tautomeria amino-iminowa występuje w zasadach pirymidynowych –

związkach heterocyklicznych mających ważne znaczenie biologiczne.
NH2 NH

HN

HN

↔
O

cytozyna HO

N

N

Forma aminowa

forma iminowa

.

‘

.

Izomeria geometryczna

jest następstwem występowania wiązania

podwójnego którego sztywność wyklucza obrót wokół niego.

Izomery geometryczne charakteryzują się identyczną strukturą co jest

przyczyną różnych właściwości fizykochemicznych. Atomy węgla
połączone wiązaniem podwójnym wraz ze związanymi z nimi
bezpośrednio podstawnikami leżą w jednej płaszczyźnie.

Izomer cis zawiera jednakowe podstawniki po jednej stronie płaszczyzny,
zaś izomer trans po przeciwnych.
Zadanie
Jednym z leków przeciwnowotworowych jest związek o wzorze

PtCl2(NH2)2, nazywany potocznie cisplatyną. Związek ten ma płaską
kwadratową budowę z atomem platyny w środku kwadratu.

Napisz wzory izomerów tego związku różniących się położeniem

podstawników.

Izomer cis (mniejsze odległości między identycznymi podstawnikami) został

nazwany cisplatyną.

Drugi nie ma właściwości leczniczych.
Przykład ten uczy, że drobne na pozór różnice w budowie cząsteczek

decyduję o ich właściwościach.

.

.

Izomeria optyczna
Jest to rodzaj stereoizomerii spowodowany chiralną budową cząsteczki.

Chiralność jest to nieidentyczność z własnym odbiciem w
płaskim zwierciadle. Cząsteczka jest chiralna, gdy posiada co
najmniej jedno centrum chiralności (warunek konieczny, ale nie
wystarczający). (

buty-chiralne)

Warunkiem koniecznym i wystarczającym do wystąpienia izomerii

optycznej związków chemicznych jest obecność centrum chiralności w
cząsteczce.

Najczęściej centrum chiralności stanowi asymetryczny atom węgla czyli

atom związany z czterema różnymi podstawnikami. Asymetryczne mogą
być także atomy innych pierwiastków, jak: Si, N, P, As, S. Aktywność
optyczną mogą wykazywać także cząsteczki chiralne, nie zawierające
asymetrycznego atomu (tzw. chiralność cząsteczkowa).

Związki chemiczne, których cząsteczki stanowią odbicie lustrzane

noszą nazwę enancjomerów. Budowę przestrzenną izomerów tego
typu przedstawia się wzorami przestrzennymi lub wzorami Fischera.
COOH

COOH

(D) H OH

HO H (L)

CH3

CH3

Odmiany enancjomeryczne kwasu mlekowego (wzory Fischera).

.

Wszystkie związki o cząsteczkach chiralnych wykazują czynność optyczną (aktywność optyczną) –

cechę polegającą na skręcaniu płaszczyzny polaryzacji światła przechodzącego przez tę substancję.

Każdy z enancjomerów skręca płaszczyznę polaryzacji w przeciwnym kierunku, ale o taki sam kąt.

Oprócz skręcalności optycznej, enancjomery różnią się szybkością reakcji ze

związkami optycznie czynnymi. Inne właściwości chemiczne i fizyczne są
identyczne. (ręce, rękawiczki, szklanka)

c

c

c

c

a

b b a a b

b a

a

b b a b a

a b

d

d

d

d

I

II

III

IV

Ponieważ cząsteczka może mieć tylko jeden obraz lustrzany, zatem wśród
czterech izomerów istnieją dwie pary enancjomeryczne (I i II oraz III i IV),

natomiast pary I – III, I – IV, II – III nie stanowią odbić lustrzanych (nie są
enancjomerami) i różnią się właściwościami chemicznymi i fizycznymi podobnie
jak izomery konstytucyjne. Stereoizomery nie będące enancjomerami noszą
nazwę diastereoizomerów.

.

Polarymetr jest przyrządem służącym do badania czynności

optycznej i pomiaru kąta skręcenia płaszczyzny polaryzacji
przez

roztwór

badanej

substancji.

Pomiary

polarymetryczne umożliwiają identyfikację substancji oraz
określenie ich stężenia w roztworze (zastosowanie m.in. w
przemyśle cukrowniczym).

Dla danej temperatury i długości fali wielkość kąta



zależy od

rodzaju

substancji

oraz

liczby cząsteczek

znajdujących się na drodze wiązki światła

podczas jej przechodzenia przez rurkę polarymetryczną. Zdolność danej
substancji do wykazywania czynności optycznej określa tzw.

skręcalność

właściwa

.

Określ, które z poniższych cząsteczek

są chiralne. Oznacz w nich gwiazdką
asymetryczny atom węgla:

a) 2-chloropentan,
b) 1-chloropentan,
c) 1-chloro-2-metylobutan,
d) 3-bromo-3-chloropentan.