ИЗОМЕРИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ

ЦЕЛИ ЛЕКЦИИ

Обучающая – Формирование знаний об изомерии органических соединений.

Развивающая – Расширение кругозора обучающихся на основе интеграции знаний; развитие логическое мышление.

Воспитательная – Содействие формированию у обучающихся устойчивого интереса к изучению дисциплины «Биоорганическая химия».

ПЛАН ЛЕКЦИИ

1. Изомерия, Структурная изомерия, её виды. Пространственная изомерия, её виды, Оптическая изомерия (энантиомерия).

2. s- и p-Диастереомерия. Примеры их проявления у биологически активных соединений.

СОДЕРЖАНИЕ ЛЕКЦИИ

Изомерия, Структурная изомерия, её виды. Пространственная изомерия, её виды, Оптическая изомерия (энантиомерия)

Изомеры – это вещества, имеющие одинаковый количественный и качественный состав, молекулярную массу, но отличающиеся химическим строением или расположением атомов в пространстве.

Изомерия делится на 2 основных вида – структурную и пространственную (стереоизомерию).

Структурные изомеры отличаются друг от друга химическим строением.

Виды структурной изомерии:

· Изомерия углеродной цепи (н-бутан, изобутан).

· Изомерия положения функциональных групп (2-аминобутановая кислота, 3-аминобутановая кислота).

· Изомерия положения кратных связей (бутен-1, бутен-2).

· Межклассовая изомерия. При этом одной эмпирической формуле С₂Н₅О отвечают а) этиловый спирт; б) диметиловый эфир.

Н Н l l Н – С – С – О –Н l l Н Н

Н Н l l Н – С – О – С – Н l l Н Н

Виды стереоизомерии (пространственной изомерии)

· Конформационная

· Энантиомерия (оптическая изомерия)

· Диастереомерия (s- и p-диастереомерия)

Стереоизомеры – это изомеры, имеющие одинаковый состав и химическое строение молекулы, но различающиеся пространственным расположением атомов или групп атомов. Пространственное строение веществ изучает раздел химии и стереохимия. От пространственного строения соединений зависят их физические и химические свойства и биологическая активность.

Конформационная изомерия

Конформационная изомерия – это вид изомерии, при котором различие между изомерами (конформерами) обусловлено поворотом отдельных участков молекулы вокруг одинарных s-связей.

Пример: поворотные изомеры этана Н₃С–СН₃:

Конформационная изомерия возможна для циклогексана и его производных. Наиболее термодинамически устойчивой является конформация «кресло».

Энантиомерия

Энантиомерия возможна у любых органических соединений, имеющих ассиметрический атом углерода, соединённый с четырьмя различными атомами или группами атомов. Например, молекула 2-гидроксипропановой кислоты.

Молекулы веществ, содержащих ассиметрический атом углерода, называют хиральными. Наши руки не содержат элементов симметрии и относятся друг к другу как предмет к своему зеркальному изображению. Они не могут быть совмещены в пространстве. Хиральные молекулы также не содержат элементов симметрии и относятся друг к другу как предмет к своему зеркальному изображению и не могут быть полностью совмещены в пространстве.

Энантиомеры – стереоизомеры, молекулы которых относятся между собой как предмет и несовместимое с ним зеркальное изображение. Для обозначения внешней конфигурации энантиомеров вводится понятие о D- и L-формах. Для энантиомеров с одним хиральным центром: D-форма – энантиомер, в котором заместитель (–ОН группа и др.), соединённые с хиральным центром, записывается справа по отношению к углеродной цепи, а L-форма – слева.

В 2-гидроксипропановой кислоте –ОН группа – D, L-определяющий гидроксил.

D (-) мясомолочная кислота L (+) молочная кислота

Энантиомеры обладают оптической активностью. Они способны вращать плоскость поляризации света. Оптическая активность энантиомеров исследуется с помощью прибора – поляриметра, в котором луч света, пройдя через специальную призму Николя, колеблется только в одной плоскости, становится плоскополяризованным. Энантиомеры способны отклонять его либо влево, либо вправо. У энантиомеров угол вращения плоскости поляризации света одинаковый, но направление вращения противоположное. Один энантиомер – левовращающий, знак (-), а другой правовращающий, знак (+). У молочной кислоты D (-); a=-2, 6° и L (+); a=+2, 6° при 22°С в 2, 5 % водном растворе.

Знак вращения плоскости поляризации света не связан с принадлежностью к D- или L-ряду. Он определяется экспериментально. Таким образом, энантиомеры, обладая одинаковыми физическими и химическими свойствами, отличаются по оптическим свойствам. Они являются оптическими антиподами.

Смесь равных количеств энантиомеров называется рацематом. Он не обладает оптической активностью. Организм избирательно относится к энантиомерам. Утомление мышц при длительной работе обусловлено накоплением в них L (+) молочной кислоты.

S- и p-Диастереомерия. Примеры их проявления у биологически активных соединений

Многие биологически важные соединения содержат в молекуле более одного центра хиральности. Количество стереоизомеров для них определяют по формуле: z=2ⁿ, z – количество стереоизомеров, n – число хиральных центров. Например, 2, 3, 4 – тригидроксибутаналь. Количество стереоизомеров Z =2ⁿ. Первая пара энантиомеров 1) D-эритроза и 2) L-эритроза и вторая пара энантиомеров 3) D-треоза и 4) L-треоза.

Энантиомеры каждой пары сходны между собой по физическим и химическим свойствам, но отличаются по оптическим свойствам, являются оптическими антиподами. 1 и 3; 1 и 4; 2 и 3; 2 и 4-ая пары стереоизомеров не являются энантиомерами, у них проявляется другой вид стереоизомерии – диастереоизомерия.

Диастереоизомеры – это стереоизомеры, не являющиеся энантиомерами, т.е. «зеркальными» изомерами. У перечисленных выше пар стереоизомеров проявляется s-диастереометрия, т. к. заместители связаны с центром хиральности s-связями.

Если заместители находятся по одну сторону углеродной цепи, то такой стереоизомер называют эритро-формой, если по разные стороны, то трео-формой. У s-диастереомеров конфигурация одного хирального центра одинаковая, а другого противоположная.

I II III IV

Энантиомеры: I и II; III и IV.

σ -Диастереомеры: I и III; I и IV; II и III; II и IV.

s-Диастереомеры отличаются по физическим и химическим свойствам и не являются зеркальным изображением один другого. Понятие энантиомерии и s-диастереомерии взаимоисключающие. Если стереоизомеров не являются энантиомерами, то они будут s-диастереомерами.

⇐ Предыдущая 1 2 3 456 7 8 9 10 Следующая ⇒