IZOMERIA

Izomery są to związki chemiczne o tym samym wzorze sumarycznym, ale różniące się budową i właściwościami fizykochemicznymi, mające różne wzory strukturalne.

Poniżej przedstawiono podział izomerii:

Izomeria konstytucyjna to zjawisko występowania związków chemicznych o tym samym wzorze sumarycznym w różnych odmianach, różniących się kolejnością i sposobem połączenia atomów w cząsteczce. Jednym z rodzajów izomerii konstytucyjnej jest izomeria szkieletowa. Ten typ izomerii pojawia się już w alkanach i wiąże się z różną budową szkieletu węglowego izomerów. Przykładowe izomery szkieletowe podano poniżej.

Drugi rodzaj izomerii strukturalnej nazywany jest izomerią położenia podstawnika. Cząsteczki związków chemicznych będące tego typu izomerami różnią się położeniem podstawnika, np. bromowego, chlorowego czy hydroksylowego, lub położeniem wiązania wielokrotnego. Ten rodzaj izomerii przedstawiono poniżej na przykładzie chloropochodnych węglowodorów aromatycznych i alkoholi.

Trzeci rodzaj izomerii konstytucyjnej to izomeria funkcyjna. Wiąże się ona z występowaniem w cząsteczkach izomerów o takim samym składzie pierwiastkowym różnych grup funkcyjnych. Poniżej przedstawiono przykłady izomerii funkcyjnej aldehydów i ketonów oraz estrów i kwasów karboksylowych.

Poza izomerią konstytucyjną istnieje jeszcze izomeria konfiguracyjna zwana stereoizomerią. Stereoizomery to związki, które mają taką samą konstytucję (strukturę), ale różnią się rozmieszczeniem atomów w przestrzeni - konfiguracją. Pierwszy rodzaj stereoizomerii to izomeria geometryczna cis (Z) - trans (E). Cząsteczki izomerów geometrycznych różnią się od siebie położeniem podstawników względem wiązania podwójnego lub płaszczyzny pierścienia. Ten typ izomerii najłatwiej jest wyjaśnić na

przykładzie alkenów i cykloalkanów.

Izomeria geometryczna nie występuje w przypadku alkenów, jeżeli przy jednym z atomów węgla przy wiązaniu podwójnym są dwa identyczne podstawniki.

Ten typ izomerii nie wystąpi także dla cykloalkanów, jeśli dwa podstawniki znajdują się przy tym samym atomie węgla.

Drugi rodzaj stereoizomerii to izomeria optyczna. Zanim ten rodzaj izomerii zostanie bardziej szczegółowo omówiony, należy wyjaśnić kilka ważnych pojęć ściśle związanych ze stereoizomerią.

Jednym z nich jest pojęcie asymetrycznego atomu węgla. Mianem tym określa się atom węgla, który połączony jest z czterema różnymi podstawnikami; oznacza się go symbolicznie gwiazdką.

Drugie ważne pojęcie dotyczy chiralności. Termin ten pochodzi od greckiego słowa cheir oznaczającego rękę. Przedmioty chiralne to takie, które są nieidentyczne ze swoim odbiciem lustrzanym. Przedmiotem chiralnym jest np. para butów. Buty lewy i prawy mają pozornie te same cechy, ale nie są ze sobą identyczne. Podobnie dłonie są chiralne. O tym, czy przedmiot jest chiralny, decydują jego elementy symetrii. Obiekt jest chiralny, jeśli nie ma ani płaszczyzny, ani środka symetrii, może mieć natomiast oś symetrii. Te same zasady związane z chiralnością dotyczą cząsteczek związków chemicznych.

Każda cecha cząsteczki, która powoduje jej chiralnść, nazywa się centrum chiralności. Chiralność cząsteczki związku w chemii organicznej jest warunkiem występowania izomerów optycznych - a dokładniej enancjomerów. Jeżeli cząsteczki danego związku występują w dwóch nieidentycznych odmianach, które są swoimi odbiciami lustrzanymi, nie mają płaszczyzny i środka symetrii, to mówi się, że są one enancjomerami. Enancjomery różnią się konfiguracją przy wszystkich asymetrycznych atomach węgla. Każdy z enancjomerów skręca płaszczyznę światła spolaryzowanego w przeciwnym kierunku o taki sam kąt. Jeżeli więc mieszanina dwóch enancjomerów zawiera ich równomolowe ilości, to jest ona optycznie nieczynna i nazywa się mieszaniną racemiczną lub racematem. Racemat nie wykazuje czynności optycznej. Czynność optyczna to zjawisko, które polega na skręcaniu płaszczyzny światła spolaryzowanego (występują substancje prawoskrętne (+) lub lewoskrętne (-)).

Konfiguracja jest to przestrzenne rozmieszczenie podstawników wokół tetraedrycznego atomu węgla. Pojęcie to ściśle wiąże się z izomerią optyczną, ponieważ cząsteczki będące swoimi odbiciami lustrzanymi mają przeciwne (różne) konfiguracje.

Poniżej przedstawiono za pomocą wzorów stereochemicznych budowę (konfigurację) przestrzenną dwóch izomerów optycznych - enancjomerów bromochlorojodometanu.

Oprócz izomerów optycznych zwanych enancjomerami występują także diastereoizomery. Cząsteczki diastereoizomerów różnią się konfiguracją, ale nie przy wszystkich atomach węgla. Poniżej przedstawiono schemat pokazujący rodzaje izomerów optycznych.

Forma mezo to rodzaj diastereoizomeru, który posiada płaszczyznę symetrii. Forma mezo jest optycznie nieczynna.

Maksymalną liczbę możliwych dla danego związku chemicznego stereoizomerów określa się ze wzoru 2ⁿ, gdzie n oznacza liczbę centrów chiralności, czyli np. liczbę asymetrycznych atomów węgla. Jeżeli jeden ze stereoizomerów jest formą mezo, to liczba możliwych stereoizomerów jest równa 2ⁿ-1.

OPTYCZNA

GEOMETRYCZNA

IZOMERIA KONSTYTUCYJNA

(STRUKTURALNA)

IZOMERIA GRUP

FUNKCYJNYCH

STEREOIZOMERIA

(KONFIGURACYJNA)

IZOMERIA POŁOŻENIA

PODSTAWNIKA

SZKIELETOWA

(ŁAŃCUCHOWA)

PODZIAŁ IZOMERII

trans - podstawniki o „najwyższym pierwszeństwie” po przeciwnej stronie wiązania podwójnego

cis - podstawniki o „najwyższym pierwszeństwie” po tej samej stronie wiązania podwójnego

Optycznie nieczynny rodzaj

diastereoizomerów, który posiada

płaszczyznę symetrii.

Różnią się konfiguracją

tylko przy jednym asymetrycznym

atomie węgla.

Różnią się konfiguracją,

ale nie przy wszystkich

asymetrycznych

atomach węgla.

Różnią się konfiguracją przy

wszystkich asymetrycznych

atomach węgla.

EPIMERY

DIASTEREOIZOMERY

FORMA MEZO

ENANCJOMERY

RODZAJE IZOMERÓW OPTYCZNYCH

---