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.