Obraz8 (114)

52

52

ch₃

V /

c=c

CHi

a /»

c=c

H^/ CH₃

izomeryczne 2-buteny są stereo izomerami (izomerami przestrzennymi) bo różnią się przestrzennym rozmieszczeniem grup CH3 i atomów wodoru

Musimy zatem rozszerzyć pojęcie izomerii i wprowadzić nowe słowa, potrzebne do zdefiniowania różnych rodzajów izomerii. W rozdz. 2.3 używaliśmy ogólnego terminu „budowa cząsteczki” i mówiliśmy, że izomeryczne cząsteczki różnią się budową. Przykład butenów uczy jednak, że różna budowa cząsteczek może być spowodowana sposobami powiązania atomów albo rozmieszczeniem atomów w przestrzeni. W obu izomerach 2-butenu atomy są powiązane ze sobą w taki sam sposób a jednak budowa cząsteczek jest inna, bo w jednym z tych izomerów grupy metylowe są bliżej siebie niż w drugim.

Kolejność i sposób powiązania atomów (wiązania pojedyncze, podwójne i potrójne) nazywamy konstytucją związku organicznego.

Rozmieszczenie atomów w przestrzeni nazywamy konfiguracją związku.

Związki chemiczne różniące się tylko kolejnością i sposobem powiązania atomów nazywamy izomerami konstytucyjnymi.

Związki chemiczne różniące się tylko rozmieszczeniem atomów w przestrzeni nazywamy izomerami przestrzennymi albo stereoizomerami.

Definicja stereoizomerów nie wyczerpuje wszystkiego, co trzeba wiedzieć o przestrzennym rozmieszczeniu atomów w cząsteczkach. Dlatego w rozdz. 9 powrócimy jeszcze do stereoizomerii.

Stereo izomeria alkenów polega na tym, źe podstawniki przy atomach węgla połączonych podwójnym wiązaniem mogą leżeć po tej samej stronie tego wiązania (konfiguracja cis) albo po stronach przeciwnych (konfiguracja

trans). Stereo izomeria alkenów jest nazywana izomerią cis-trans. Zauważ, że izomery cis mogłyby się przekształcać w izomery trans (i odwrotnie) gdyby podwójne wiązanie dopuszczało swobodę obrotu, tak jak wiązanie pojedyncze.

^Rx	/^R	^Rs	/H
u II u		C	=C
/	V		\
H	H	H	R

izomer cis    izomer trans

Skoro jednak izomery cis-trans istnieją i są trwałe, to najwidoczniej wiązanie podwójne wyklucza obrót, w przeciwieństwie do wiązania pojedynczego. Ten doniosły fakt jest godny zastanowienia, bo przecież bez głębszej wiedzy o wiązaniu chemicznym nie jest łatwo zrozumieć, dlaczego dwie pary elektronów (wiązanie podwójne) uniemożliwiają obrót, podczas gdy jedna para elektronów (wiązanie pojedyncze) nie jest żadną przeszkodą dla obrotu fragmentów cząsteczek względem siebie.

Odpowiedź przynosi teoretyczny model podwójnego wiązania z rys.3.1. Model pokazuje, że próba obrotu fragmentów cząsteczek połączonych wiązaniem podwójnym narusza równoległość orbitali p, czyli uniemożliwia ich boczne nakładanie się i zrywa wiązanie n. Zerwanie wiązania wymaga wkładu energii, a więc nie jest możliwe, jeżeli cząsteczka potrzebną energią nie dysponuje. Dlatego izomery cis i trans są trwałe. Dopiero w wysokich temperaturach albo pod działaniem światła możliwe jest przekształcanie izomerów cis w izomery trans i odwrotnie. Może zdziwi cię wiadomość, że izomeryzacja cis-trans leży u podstaw przekształcania impulsów świetlnych we wrażenia dostarczane przez zmysł wzroku. Musiałbyś jednak nauczyć się więcej chemii organicznej, a w dodatku jeszcze sporo biochemii, żeby zrozumieć mechanizm działania tego najważniejszego z naszych zmysłów.

Ćwiczenie 3.5. Wytłumacz dokładnie, dlaczego konstytucja 1-butenu uniemożliwia wystąpienie izomerii cis-trans.

Ćwiczenie 3.6. Obecność wiązań podwójnych znacznie zwiększa liczbę izomerów. Istnieje na przykład 5 alkanów C^Hm, podczas gdy liczba alkenów C«Hu wynosi 13. Można urządzić wyścig: kto w ciągu 5 minut napisze więcej kreskowych wzorów alkenów CńHra.

Ćwiczenie 3.7. Strukturalnymi elementami, które uniemożliwiają wewnątrzcząs-teczkowe obroty, są nie tylko wiązania podwójne, ale także pierścienie. Napisz