izomeri optici (enantiomeri)

Cu compuși organici întâlnite substanțe capabile colt de mistret de a roti planul luminii polarizate. Acest fenomen se numește activitate optică, iar materialul corespunzător - optic activ. substanțele optic active se găsesc sub formă de perechi de antipozi optici - izomeri, proprietățile fizice și chimice în condiții normale sunt identice, cu excepția unuia - semnul rotației planului de polarizare a unuia dintre antipozii optici deviaza planul de polarizare în dreapta (+, izomerul dextrogir) și celălalt -vlevo (-, levo).

izomerie optică se produce atunci când molecula este prezentă într-un atom de carbon asimetric. Asa numitul atom de carbon legat la patru substituenți diferiți. Există două posibile aranjament tetraedric substituenților în jurul unui atom asimetric. Formele bidimensionale nu pot fi combinate în orice rotație; una dintre ele este o imagine în oglindă a celuilalt.

un fel considerate ca având izomerie se numește izomeri optici. enantiomeri sau izomeri imagine în oglindă. Ambele forme oglindite constituie o pereche de antipozi optici sau enantiomeri.
Numărul regioizomerilor este determinat prin formula Fischer N = 2 n. unde n - numărul de centre asimetrice.

imagini condiționale atom de carbon asimetric în proiecția plană sunt formule E.Fishera. Acestea sunt obținute prin proiectarea pe atomii plane, cu care este asociat un atom asimetric. Astfel el însuși atom asimetric este de obicei redus, păstrând doar liniile care se intersectează simboluri și substituenți. Pentru a aminti dispunerea spațială a substituenților sunt adesea depozitate în formulele de proiecție linie verticală intermitentă (de sus și de jos a deputatului scos planul desenului), dar de multe ori nu. Mai jos sunt diferite metode pentru înregistrarea formulei de proiecție, modelul corespunzător din stânga în figura anterioară:

Iată câteva exemple de formule de proiecție:

În cazul în care numele substanțelor enumerate semnele lor de rotație. Aceasta înseamnă, de exemplu, că antipodul levogiră de 2-butanol are o configurație spațială care este exprimată prin formula de mai sus și imaginea sa în oglindă corespunde dextrogir 2-butanol. Determinarea configurației antipozi optici realizată experimental.

Un amestec format din cantități egale din cele două antipozi se numește un racemat. Este optic activ, are valori excelente ale constantelor fizice.

În principiu, fiecare antipodul optic poate fi reprezentat de douăsprezece formule de proiecție (!) - în funcție de modul în care modelul este în construcția proiecției, care parte ne uităm la ea. Pentru a standardiza formula de proiecție, a introdus anumite reguli de ortografie lor. Deci, funcția principală, în cazul în care este la capătul lanțului, a decis să pună la partea de sus, o coloană vertebrală verticală.

Termeni formule de conversie de proiecție:

Formula 1 poate fi rotită în planul desenului la 180. fără a schimba sensul lor stereochimica:

2. Cei doi (sau orice număr par) substituenți permutare la un atom de carbon asimetric nu schimbă sensul formulei stereochimice:

3. Unul (sau orice număr impar) permutări ale substituenților la centrul asimetric duce la antipodul optic cu formula:

4. Rotația în planul 90 al formulei din transformă antipod, cu excepția cazului în același timp, pentru a nu modifica aranjamentul substituenților în raport cu planul stării, adică, cu excepția faptului că acum substituenții laterale sunt amplasate în spatele planului desenului, iar partea superioară și inferioară - față în ea. Dacă vom folosi formula cu o linie punctată, apoi schimba orientarea liniei punctate doar pentru a aminti despre acest lucru:

5. permutărilor In schimb formula de proiecție poate fi transformată prin oricare trei substituenți de rotație în sens orar sau antiorar; patrulea adjunct în această poziție nu se schimbă (o astfel de operațiune este echivalentă cu două permutări):

6. Proiectarea formulei nu pot fi scoase din planul desenului.

Alte tipuri de substanțe optic active

Această secțiune listează unele dintre celelalte clase de compuși organici, posedă de asemenea activitate optică (adică existent sub formă de perechi de antipozi optici).

atom de carbon are un monopol asupra creării centrelor chirale în moleculele de compuși organici. Centrul de chiralitate poate fi, de asemenea, atomii de siliciu, staniu, azot chetyrehkovalentnogo de săruri cuaternare de amoniu și oxid de amină terțiară:

În acești compuși, centrul asimetric are o configurație tetraedrică ca atomul de carbon asimetric. Există, totuși, un compus cu structura spațială a unui centru chiral.

configurație piramidală a centrilor chirali au format un trivalent atom de azot, fosfor, arsen, antimoniu, sulf. În principiu, centrul de asimetrie poate fi considerată tetraedrică, în cazul în care ca un al patrulea adjunct pentru a accepta o singură pereche de electroni de hetero:

Activitatea optică poate avea loc, de asemenea, fără un centru chiral datorită chiralitatea moleculei ca o întreagă structură (chiralitate ilimolekulyarnaya asimetrie moleculară). Exemplele cele mai tipice sunt prezența unei axe chirale sau suprafață chiral.

axa Chiral apare, de exemplu, în alene conținând diferiți substituenți la -Hybrid sp 2 atomi de carbon. Este ușor de observat că următorii compuși sunt imagini în oglindă incompatibile și, astfel, antipozi optici:

O altă clasă de compuși având o axă chirale - bifenili optic activ, care au poziția orto substituenți voluminoși, care împiedică rotația liberă în jurul legăturii C-C care leagă nucleul benzenic:

planul chiralic caracterizat prin faptul că este posibil să se facă distincția între „sus“ și „jos“, precum și „dreapta“ și „stânga“ partidele. Exemple de compuși cu un plan chiral poate fi optic activ trans-ciclooctenă și un derivat optic activ al ferocen:

Compușii cu atomi de carbon mai asimetrici posedă caracteristici importante care le diferențiază de anterior considerate mai simplu compus optic activ, cu un singur centru de asimetrie.

Să presupunem că o anumită substanță într-o moleculă are doi atomi asimetrici; denota condiționat lor A și B. Este ușor de observat că moleculele sunt posibile cu următoarele combinații de (N = 2 2 = 4):

Molecules 1 și 2 sunt o pereche de antipozi optici; același lucru se aplică o pereche de molecule 3 și 4. Dacă vom compara cu fiecare alte molecule din diferite perechi de antipozi - 1 și 3, 1 și 4, 2 și 3, 2 și 4, putem vedea că aceste perechi nu sunt optic antipozii: configurația unui atom de carbon asimetric care coincid, pe de altă configurație - nu se potrivește. Această pereche de diastereomeri. și anume regioizomeri nu formează împreună antipozi optici.

Diastereoizomerii diferă unul de altul nu numai în rotație optică, dar și toate celelalte constante fizice: ele au diferite puncte de topire și de fierbere, solubilități diferite etc. Diferențele proprietăților diastereoizomerilor adesea nu mai puțin decât diferențele dintre proprietățile izomeri structurali ..

Un exemplu al unui compus de acest tip poate avea loc de acid hloryablochnaya (2 centri chirali diferite):

Formele stereoizomerice o proiecție au următoarea formulă:

Nume eritro - și treo - provin din carbohidrati eritroza și threose nume. Aceste nume sunt folosite pentru a indica relația poziția substituenților în compușii cu doi atomi asimetrici: izomerilor eritro numit acelea în care doi substituenți identici laterale sunt de proiecție formula standard, pe de o parte (stânga sau la dreapta, cele două capete ale literei E); treo izomeri au aceiași substituenți pe diferite părți laterale cu formula de proiecție. Doi eritro izomeri sunt o pereche de antipozi optici, când racemat amestecat format. O pereche de izomeri optici sunt, de asemenea, forma treo; Ele dau, de asemenea, racematul de amestecare, în diferite proprietăți de forma eritro racemic. Astfel, există doar patru optic activ al acidului izomer hloryablochnoy și două racematului.

Numărul de stereoizomeri poate fi redusă din cauza simetriei parțiale, care apar în unele structuri. Un exemplu este acid tartric, în care numărul de stereoizomeri individuali este redus la trei. Formula lor de proiecție:

Formula I este identică cu formula Ia, așa cum se transformă pe rotație prin aproximativ 180 în planul desenului și, prin urmare, nu reprezintă un nou stereoizomer. Este optic inactiv de modificare numită meso-formă. Mezo forme sunt toate substanțele optic active cu mai identice (adică, asociat cu aceiași substituenți) centri asimetrici. Proiecție Formula mezo formulare pot fi întotdeauna recunoscute prin faptul că acestea pot fi împărțite printr-o linie orizontală în două jumătăți care hârtie de înregistrare este formal identic, de fapt, sunt oglindite (planul interior de simetrie):

Formulele II și III descriu antipozii optici de acid tartric; atunci când sunt amestecate formează un racemat optic inactiv - acid tartric.

Nomenclatorul de izomeri optici

Cel mai simplu, cel mai vechi sistem, dar chiar și acum a încercat de nomenclatura de antipozi optici se bazează pe o comparație a o proiecție numită antipod cu formula cu o formulă de proiecție a unei substanțe etalon selectat ca o „cheie“. Deci, pentru # 945; hidroxi acizi și # 945; cheie aminoacizi este porțiunea superioară a proiecției formulei (în înregistrare standard):

Acizi L- hidroxi (X = OH)

Acizii D- hidroxi (X = OH)

configurarea tuturor # 945; hidroxi acizi care sunt scrise într-un standard formulă de proiecție Fischer, gruparea hidroxil din partea stângă desemnează semnul L; în cazul în care gruparea hidroxil situată la formula de proiecție dreapta - D semna

Cheia pentru a indica configurația compușilor servește gliceraldehid:

L- (-) - glyceraldehyde

D- (+) - glyceraldehyde

Moleculele de zahar L- sau D- denumire se referă la configurația centrului asimetric inferior.

Sistemul D-, notația L are dezavantaje semnificative: în primul rând, L- sau denumire D- indică numai configurația unui atom de carbon asimetric, în al doilea rând, unii dintre compuși se obțin prin denumiri diferite în funcție de electricitate, fie cheie glicerol aldehidă cheie sau acid hidroxi, de exemplu:

Aceste dezavantaje limitează sistemele sale cheie utilizate în prezent în trei clase de substanțe optic active: zaharuri, aminoacizi și oxiacizilor. În general, utilizarea calculată R, S-sistem de Cahn, Ingold și Prelog.

Pentru a determina R- sau antipodul optic S configurație trebuie să fie poziționat în jurul unui tetraedru substituenților atom de carbon asimetric, astfel încât substituentul Jr. (de obicei hidrogen) a fost direcția „observatorului“. În cazul în care mișcarea în timpul tranziției în jurul valorii de celelalte trei substituenți de mai vechi la mijloc și apoi cel mai vechi la cel mai tânăr este invers acelor de ceasornic - este izomer S (asociat cu aceeași mișcare de mână la scrierea literei S), în cazul în sensul acelor de ceasornic - această R- izomer (asociat cu mișcarea a mâinii atunci când scrie litera R).

Pentru a determina substituenții precedență la regulile de numărare atom de carbon asimetric folosite numere atomice deja luate în considerare de către noi, în legătură cu Z, nomenclatura izomer geometric E.

Pentru a selecta R, S-notație pentru formula de proiecție este necesară printr-o permutare chiar număr (care nu se schimbă după cum știm formula sens stereochimica) substituenților poziționate în așa fel încât mai tineri dintre ei (de obicei hidrogen) a apărut în partea de jos a formulelor de proiecție. Apoi vechime rămas trei substituenți descrește în sens orar, corespunzător desemnarea R, în sens antiorar - desemnarea S: