Տարածական իզոմերիա

Տարածական իզոմերիա, ստերեոիզոմերիա, միևնույն տեսակի և հաջորդականության քիմիական կապեր պարունակող, միևնույն բաղադրությունը և տարբեր տարածական կառուցվածքն ունեցող մոլեկուլների գոյության երևույթը։

Այդպիսի մոլեկուլներից բաղկացած նյութերը կոչվում են տարածական իզոմերներ։ Տարածական իզոմերիան բնորոշ է օրգանական և մի շարք անօրգանական միացություններին։

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, sp²-հարթ կոնֆիգուրացիա։

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

Տարածական իզոմերիայի տարատեսակներ

Տարբերում են՝

• օպտիկական,
• երկրաչափական,
• կոնֆորմացիոն

և այլ տարածական իզոմերիաներ։

Օպտիկական իզոմերիա

Օպտիկական իզոմերիան (հայելային իզոմերիա, էնանտամերիա) հետևանք է մոլեկուլում քիրալային տարրերի առկայության և արտահայտվում է բևեռացած լույսի հարթությանը տարբեր ուղղություններով պտտելու նյութի ունակությամբ։

Տարբեր քիրալային տարրերով մոլեկուլներ, ա) կենտրոն, բ) հարթություն, գ) առանցք, դ) տարածություն։ А, В, C, D–տարբեր ատոմներ կամ ատոմների խմբեր, M–մետաղի ատոմ

Մոլեկուլում մեկ քիրալային տարրի՝ կենտրոնի, առանցքի կամ հարթության առկայության դեպքում մոլեկուլը կարող է գոյություն ունենալ երկու իզոմերների՝ օպտիկական անտիպոդների ձևով, որոնք տարբերվում են իրարից ինչպես ասիմետրիկ մարմինը (օրինակ, աջ կամ ձախ ձեռքը) իր հայելային պատկերից (1–ին և 2–րդ)։ Նրանք օպտիկապես ակտիվ են․

նրանցից մեկը բևեռացած լույսը պտտում է դեպի ձախ (L կամ (—) ձև), մյուսը՝ դեպի աջ (D կամ (+) ձև)։ Քիմիական և ֆիզիկական հատկություններով նման են, բայց կարող են ունենալ կենսաբանական տարբեր ակտիվություն։ Նրանց հավասար քանակների խառնուրդն առաջացնում է օպտիկապես ոչ ակտիվ ռացեմատ։

Մոլեկուլում քիրալային տարրի առկայության դեպքում կարող են առաջանալ 2^ո իզոմերներ, որոնցից ոչ բոլորն են օպտիկապես ակտիվ։ Օրինակ․ երկու ասիմետրիկ ատոմ (քիրալային կենտրոն) պարունակող գինեթթուն առաջացնում է չորս իզոմեր, որոնցից երկուսն օպտիկապես ակտիվ չեն (մեզո-ձև)։ Եթե ասիմետրիկ կենտրոններից մեկի կոնֆիգուրացիաներն իզոմերներում համընկնում են, իսկ մյուսինը՝ ոչ, ապա էնանտամերները կոչվում են դիաստերեո-իզոմերներ։ Սրանք տարածական իզոմերներ են, որոնք օպտիկական անտիպոդներ չեն և ունեն տարբեր ֆիզիկական հատկույթյուններ (հալման և եռման ջերմաստիճան, խտություն, լուծելիություն և այլն)։

Երկրաչափական իզոմերներ

Երկրաչափական իզոմերները դիաստերեոմերների մասնավոր դեպքեր են։ Այդպիսի իզոմերիա առաջացնում են կրկնակի կապեր կամ փոքր օղակներ պարունակող մոլեկուլները և պայմանավորված են կրկնակի կապի շուրջ և օղակում ատոմների ազատ պտույտի անհնարինությամբ։ Տեղակալիչները կարող են գտնվել կրկնակի կապի կամ օղակի հարթության միևնույն (ցիս) կամ տարբեր (տրանս) կողմերում։ Օրինակ․ էթեն –1,2 երկկարբոնաթթուն գոյություն ունի ցիս (մալեինաթթու,3–րդ ) և տրանս (ֆումարաթթու, 4–րդ) ձևերով։ Ցիս (5–րդ) և տրանս (6–րդ) իզոմերներ է առաջացնում նաև ցիկլոպրոպան –1,2 երկկարբոնաթթուն։

C=N և N=N կապեր պարունակող մոլեկուլներում ցիս և տրանսի փոխարեն հաճախ օգտագործվում են սին ն անտի (օրինակ՝ սին-բենզալդօքսիմ՝ 7–րդև անտի-բենզալդօքսիմ՝ 8–րդ)։

Երկրաչափական իզոմերները տարբերվում են ֆիզիկական հատկություններով։ Նրանք կարող են մի ձևից մյուսը փոխարկվել լույսի, ջերմության, քիմիական ռեագենտների ազդեցությամբ կամ ինքնաբերաբար։

Կոնֆորմացիոն իզոմերներ

Կոնֆորմացիոն (պտտական) իզոմերներն (կոնֆորմերներ, պտտական իզոմերներ) առաջանում են պարզ կապի շուրջն ատոմների կամ ատոմական խմբերի ազատ պտույտի շնորհիվ (մոլեկուլի կոնֆիգուրացիան, կապերի երկարությունը և արժեքավոր անկյունները չեն փոխվում)։ Նրանց գոյությունը հետևանք է տարածական փոխազդեցությունների և հնարավոր է, եթե մոլեկուլի երկու կամ ավելի վիճակներին համապատասխանում է նվազագույն էներգիա։ Կոնֆորմերները կարող են փոխարկվել իրար (կոնֆորմացիոն անցում)։ Նրանք առավել կայուն են, եթե մեծ է անցման էներգետիկ արգելքը։ էթանի մոլեկուլի կոնֆորմացիաներից կայուն է միայն մեկը, որին նվազագույն էներգիա է համապատասխանում։ Ցիկլոհեքսանի չորս կոնֆորմերներից կայուն են երկուսը, որոնց միջև իրականանում է կոնֆորմացիոն անցում՝ «բազկաթոռ» + «տաշտակ»։ Մոլեկուլի կոնֆորմացիոն վիճակն ազդում է նյութի ֆիզիկական հատկությունների և ռեակցիոնունակության վրա։

Կոնֆորմացիոն իզոմերներ։Բաց շղթայով միացությունների կոնֆորմացիաները

Ինչպես վերը նշեցինք, 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»։

Ցիկլիկ միացությունների կոնֆորմացիաներ

Ցիկլոալկաններում, տորսիոն և Վան-դեր-Վալսի լարվածությանը գումարվում է Բայերի անկյունային լարվածությունը։ Վերջինս պայմանավորված է ցիկլում վալենտային անկյունների շեղումով՝ նորմալ տետրաէդրի անկյունից։ Օրինակ, առավել պարզ ներկայացուցչի, ցիկլոպրոպանի վալենտային անկյունները կազմում են 60°,որի հետևանքով առաջանում է մեծ լարվածություն։

Ցիկլոպրոպան

Ցիկլոբութան

Ցիկլոպրոպանում պտույտ C-C կապերի շուրջ չի կատարվում, և ջրածնի բոլոր ատոմները գտնվում են ծածկված դիրքում։ Հետևաբար, ցիկլոպրոպանը չունի կոնֆորմերներ։ Ելնելով վերը նշվածից, հասկանալի է, որ եռանդամ ցիկլը անկայուն է։ Հաջորդ ներկայացուցիչը ցիկլոբութանն է, որի վալենտային անկյունները հավասար են 90°։ Ջրածնի ատոմները գտնվում են ծածկված դիրքում։ Բարձր տորսիոն և անկյունային լարվածության հետևանքով քառանդամ ցիկլը նույնպես անկայուն է։

Ցիկլոպենտանի համար հայտնի է երկու կոնֆորմեր, հարթ ձևի մոտ բացակայում է անկյունային լարվածությունը, քանի որ վալենտային անկյունները հավասար են 108°,որը մոտ է նորմալ արժեքին։ Սակայն հարթ ձևի մոտ ուժեղ է դրսևորվում տորսին լարվածությունը (ծածկման լարվածությունը),որը ծրարի կոնֆորմացիայի դեպքում ավելի ցածր է։

Բացարձակ և հարաբերական կոնֆիգուրացիա

Տե՛ս նաև՝ Իզոմերիա

Տե՛ս նաև՝ Տարածական քիմիա

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։

Տես նաև

• Օրգանական միացություններ
• Իզոմերիա
• Կոնֆիգուրացիա (քիմիա)
• Կոնֆորմացիա (քիմիա)

Գրականություն

1. Физер Л., Физер М., Органическая химия. Углубленный курс. т. 1. пер с англ., Под ред. д.х.н. Н. С. Вульфсона. Изд. «Химия». М., 1969.
2. Пальм В. А., Введение в теоретическую органическую химию, М., 1974;
3. Соколов В И., Введение в теоретическую стереохимию, М., 1979;
4. Сланина 3., Теоретические аспекты явления изомерии в химии, пер. с чеш., М., 1984;
5. Потапов В М., Стереохимия М., 1988.
6. Большой энциклопедический словарь. Химия. Изд.։ Большая Российская энциклопедия, 2003, ISBN 5-85270-253-6

Այս հոդվածի կամ նրա բաժնի որոշակի հատվածի սկզբնական կամ ներկայիս տարբերակը վերցված է Քրիեյթիվ Քոմմոնս Նշում–Համանման տարածում 3.0 (Creative Commons BY-SA 3.0) ազատ թույլատրագրով թողարկված Հայկական սովետական հանրագիտարանից  (հ․ 11, էջ 607)։