Իզոմերիա

Օրգանական քիմիային բնորոշ է միևնույն մոլեկուլային բանաձև ունեցող, բայց հատկություններով տարբերվող միացությունների գոյությունը։ Այս երևույթը իր բացատարությունը գտավ Բուտլերովի օրգանական միացությունների կառուցվածքային տեսության մեջ և պայմանավորված է ածխածնի յուրահատուկ կառուցվածքով և կապեր հաստատելու ունակությամբ։ Հաստատվեց միևնույն մոլեկուլային բանաձև ունեցող, բայց ատոմների և կապերի հաջորդականությամբ կամ տարածական դասավորվածությամբ տարբերվող միացությունների գոյության հնարավորությունը։ Այդպիսի միացությունները կոչվեցին իզոմերներ։ Համաձայն IUPAC-ի կանոնների, տարբերում են երկու տեսակի իզոմերներ՝

·     Կառուցվածքային,

·     տարածական (ստերեոիզոմերներ)։

Կառուցվածքային իզոմերիա

Մոլեկուլի կառուցվածքը որոշվում է ատոմների միջև եղած կապերի բնույթով և հաջորդականությամբ։ Մոլեկուլները, որոնք ունեն նույն մոլեկուլային բանաձևը, բայց տարբեր կառուցվածքային բանաձևեր, կոչվում են կառուցվածքային իզոմերներ։

Կառուցվածքային իզոմերիայի տեսակներից են.

·     պայմանավորված ածխածնային շղթայի կառուցվածքով։

Օրինակ՝ բութան և մեթիլպրոպան,C₄H₁₀

·     CH₃CH₂CH₂CH₃-բութան

·     CH₃CH(CH₃)₂-2-մեթիլպրոպան

·     2.Տեղակալիչի դիրքի իզոմերիա։ Օրինակ՝ C₄H₉J

·     CH₃CJHCH₂CH₃-2-յոդբութան

·     JCH₂CH₂CH₂CH₃-1-յոդբութան

·     3.Ֆունկցիոնալ իզոմերիա, որը պայմանավորված է տարբեր ֆունկցիոնալ խմբերի առկայությամբ՝ օրինակ, դիմեթիլեթեր և էթանոլ,C₂H₆O

·     CH₃OCH₃-դիմեթիլեթեր

·     C₂H₅OH-էթանոլ

·     4.Մետամերիա։ Իզոմերիայի այս տեսակը պայմանավորված է ֆունկցիոնալ խմբի պոլիվալենտ ատոմի հետ կապված նույն հոմոլոգիական շարքին պատկանող տարբեր ալիլ ռադիկալներով։

Օրինակ՝ C₂H₅OC₂H₅ CH₃OCH(CH₃)₂

·     Տաուտոմերիա։ Իզոմերիայի այս ձևը իրականանում է շնորհիվ շարժուն ջրածնի և կոչվում է դինամիկ իզոմերիա։ Տաուտոմերները անընդհատ կարող են անցնել մեկը մյուսի։ Օրինակ ացետոքացախաթթվային էսթերը փոխազդում է և որպես կետո միացություն և որպես չհագեցած հիդրօքսիմիացություն։ Դա պայմանավորված է նրանով, որ տվյալ միացությունը հանդես է գալիս երկու իզոմեր ձևերով՝ ացետոքացախաթթվային եթերի կետո- և ենոլային ձևերով՝

CH₃-CO-CH₂-CO-O-C₂H₅-կետո ձև

CH₃-C(OH)=CH-CO-O-C₂H₅-ենոլ ձև

Տարածական իզոմերիա

Ստերեիզոմերներ են կոչվում այն միացությունները, որոնք ունեն նույն մոլեկուլային կառուցվածքը (կապերի և ատոմների հաջորդականությունը) և տարբերվում են միայն միմյանց հետ կապ չունեցող ատոմների տարածական դասավորվածությամբ։

Ստերեոիզոմերները իրենց հերթին կարող են լինել կոնֆիգուրացիոն և կոնֆորմացիոն տիպի։ «Կոնֆիգուրացիա» տերմինը նշանակում է, որ հայտնի կառուցվածք ունեցող մոլեկուլում գոյություն ունի ատոմների և կապերի որոշակի հաջորդականություն, որը պայմանավորված չէ մոլեկուլի հատվածների պտույտով պարզ C-C կապերի շուրջը։ Կոնֆիգուրացիան տվյալ մոլեկուլում ատոմների որոշակի տարածական դասավորությունն է, օրինակ՝ sp³-քառանիստ կոնֆիգուրացիա,sp ²-հարթ կոնֆիգուրացիա։

Տարբեր կոնֆիգուրացիա ունեցող իզոմերները կոչվում են կոնֆիգուրացիոն իզոմերներ, օրինակ՝ D- և L- գլիցերինային ալդեհիդները, ցիս- և տրանս-բութենները։

«Կոնֆորմացիա» տերմինը նշանակում է հայտնի կոնֆիգուրացիա ունեցող մոլեկուլի կազմի մեջ մտնող ատոմների կամ ատոմների խմբերի տարածական զանազան դիրքորոշում, որը պայմանավորված է պտույտով մեկ կամ մի քանի պարզ կապերի շուրջը, օրինակ, բութանի շեղված (գոշ) և արգելակված (անտի) կոնֆորմացիաները։

Խիրալություն։

Հայտնի են բազմազան օրինակներ, երբ երկու առարկա միմյանց համար հանդիսանում են հայելապատկեր, օրինակ, աջ և ձախ ձեռքը, աջ և ձախ բյուրեղը և այլն։ «Խիրալություն» տերմինը օգտագործում են այն դեպքում, երբ երկու առարկա գտնվում են նման հարաբերության մեջ։ Մոլեկուլների այդպիսի զույգերը կոչվում են էնանթիոմերներ։ Մոլեկուլները երկրաչափական մարմիններ են, որոնց համար կարելի է կիրառել սիմետրիայի հատկությունները։ Սիմետրիայի հիմնական տարրերն են սիմետրիայի առանցքը, սիմետրիայի հարթությունը և սիմետրիայի կենտրոնը։

Մոլեկուլները, որոնք ունեն սիմետրիայի տարրեր (առանցք, հարթություն կամ կենտրոն) օժտված են արտացոլման սիմետրիայով և կոչվում են ախիրալ։ Այդպիսի մոլեկուլները չեն կարող կազմել էնանթիոմեր զույգեր և օպտիկական ակտիվություն չեն ցուցաբերում։ Օրինակ, մեզոգինեթթուն։ Սիմետրիայի տարրեր չունեցող մոլեկուլները կոչվում են խիրալ։ Այս միացությունները չեն համընկնում իրենց հայելապատկերի հետ և կարող են գոյություն ունենալ էնանթիոմեր զույգերի ձևով.

Սիմետրիայի բացակայությունը պայմանավորված է տվյալ միացություններում ասիմետրիկ ածխածինների, կամ խիրալ կենտրոնների, առկայությամբ։ Այդպես են անվանում ածխածնի այն ատոմները, որոնց չորս կապերը առաջացած են տարբեր ռադիկալների հետ։ Ասիմետրիկ ածխածին պարունակող միացությունները հարթության վրա պատկերելու համար օգտագործում են Ֆիշերի պրոյեկցիոն բանաձևերը։ Այս բանաձևերում ածխածնային շղթան հարթության վրա տեղադրվում է ուղղահայած դիրքով այնպես, որ ավագ խումբը գտնվի վերևում։ ՈՒղղահայած և հորիզոնական գծերի հատման կետերը համապատասխանում են ասիմետրիկ ածխածիններին, այդ ածխածինները չեն գրվում։

Ասիմետրիկ ածխածին պարունակող միացությունները հիմնականում օպտիկապես ակտիվ են։ Օպտիկապես ակտիվ են կոչվում այն միացությունները, որոնք պտտում են բևեռացված լույսի հարթությանը։ Անհրաժեշտ է նշել, որ ոչ բոլոր ասիմետրիկ կենտրոն ունեցող միացություններն են խիրալ և օժտված օպտիկական ակտիվությամբ։ Այն դեպքում, երբ ասիմետրիկ ածխածին պարունակող միացություններում գոյություն ունի սիմետրիայի հարթություն, մոլեկուլը ախիրալ է (մեզոգինեթթու, ցիստին և այլն)։

Բացարձակ և հարաբերական կոնֆիգուրացիա

 

Բոլոր խիրալ կենտրոն ունեցող միացությունները ընդունված է բաժանել երկու ստերեոքիմիական շարքերի՝ D և L։ Օրգանական միացությունների բացարձակ կոնֆիգուրացիան դա տեղակալիչների իրական տարածական դասավորվածությունն է խիրալ կենտրոնի շուրջը, որը որոշվում է ճշգրիտ, մասնավորապես ռենտգենոկառուցվածքային անալիզի եղանակով։ Սակայն, որոշելով մի շարք հանգուցային միացությունների, որոնք հայտնի են այժմ որպես էտանոլային միացությունների, բացարձակ կոնֆիգուրացիաները, ապա համեմատելով անհայտ կոնֆիգուրացիա ունեցող միացության հետ, կարելի է որոշել վերջինիս հարաբերական կոնֆիգուրացիան։ Մինչ ճշգրիտ եղանակների ի հայտ գալը, որպես կոնֆիգուրացիոն էտալոն էին ընդունվել D(+) և L(-)-գլիցերինային ալդեհիդները։D-ստերեոքիմիական շարքին են պատկանում խիրալ կենտրոնի այնպիսի կոնֆիգուրացիա ունեցող միացությունները, որոնցում ֆունկցիոնալ խմբերը (OH,NH₂,հալոգենները) Ֆիշերի պրոյեկցիաներում գտնվում են ուղղահայաց գծից աջ, իսկ L-շարքին-ձախ։

 

Կոնֆորմացիոն իզոմերներ։Բաց շղթայով միացությունների կոնֆորմացիաները

Ատոմների տարբեր տարածական դասավորվածության հետևանքով, որը առաջանում է պարզ կապերի շուրջ կատարվող պտույտի ժամանակ, առաջանում են կոնֆորմացիոն իզոմերներ (կոնֆորմերներ)։ Կոնֆորմացիոն իզոմերները ընդունված է պատկերել Նյումենի բանաձևերով, որոնց վրա նշվում են տեղակալիչների դիրքերը C-C կապերի շուրջ պտույտ կատարելու դեպքում։ Էթանի օրինակի վրա քննարկենք հնարավոր կոնֆորմերների թիվը, ընդունելով մինիմալ պտույտը հավասար 60°։ Կոնֆորմացիաները, որոնցում տեղակալիչները գտնվում են միմյանց դիմաց (պտտման աստիճանը 0°,կամ 360°),առավել մոտ դիրքում, օժտված են բարձր էներգիայով և կոչվում են «ծածկված»։ Կոնֆորմացիաները, որոնցում տեղակալիչները գտնվում են առավել մեծ հեռավորության վրա (պտտման անկյունը 180°),գտնվում են ցածր էներգետիկ մակարդակի վրա և կոչվում են «արգելակված»։

Էներգետիկ առումով միջին դիրք գրավող կոնֆորմացիաները կոչվում են շեղված, կամ գոշ-կոնֆորմացիաներ։

1, 2