(ფიშერის პროექცია), სივრცის გამოსახვის მეთოდი თვითმფრინავზე. org სტრუქტურები კავშირები, რომლებსაც აქვთ ერთი ან რამდენიმე. ქირალური ცენტრები. სიბრტყეზე მოლეკულის პროექციისას (ნახ.) ასიმეტრიული. ატომი ჩვეულებრივ გამოტოვებულია, ინარჩუნებს მხოლოდ გადაკვეთის ხაზებს და შემცვლელ სიმბოლოებს; ამ შემთხვევაში, თვითმფრინავის წინ მდებარე შემცვლელები განლაგებულია მარჯვნივ და მარცხნივ, ხოლო სიბრტყის უკან - ზევით და ქვედა ნაწილში (წერტილი ხაზი).

ფიშერის ფორმულები ერთი ასიმეტრიული მოლეკულისთვის. ატომი (I), ასევე ორი ასიმეტრიული ნაერთებისთვის ასეთი ფორმულის აგების სქემა. ატომები (P) ჰოუორტის ფორმულები

ჰოუორტის ფორმულები

(Haworth f-ly), გამოსახულება სივრცეების სიბრტყეზე. ციკლური სტრუქტურები კონნ. X-ის აგებისას ფ. ციკლი პირობითად განიხილება ბრტყელი (სინამდვილეში, მოლეკულა შეიძლება იყოს სკამის ან აბაზანის კონფორმაში) და დაპროექტებულია სიბრტყეზე გარკვეული კუთხით; ამ შემთხვევაში, ნახაზზე დამკვირვებელთან ყველაზე ახლოს რგოლის ნაწილი მდებარეობს ქვემოთ და ჩვეულებრივ ხაზგასმულია უფრო სქელი ხაზით (ნახ.). მონოსაქარიდებში, ბეჭდის ჟანგბადის ატომი ჩვეულებრივ მდებარეობს ზედა ნაწილში. დამკვირვებლისგან მოშორებით (პირანოზის ციკლის შემთხვევაში - მარჯვნივ).

Fischer (a) და Haworth (b) ფორმულები იძლევა მონოსაქარიდებს - -D-გლუკოპირანოზას (I) და -L-გალაქტოფურანოზას (II).

ატომები ან ატომების ჯგუფები, რომლებიც გამოსახულია ფიშერის ფ-ლაჰებში მარცხნივ და მარჯვნივ, X. f. განლაგებულია შესაბამისად. ციკლის სიბრტყის ზემოთ და ქვემოთ. გვერდითი ჯაჭვები C-5 ატომში პირანოზებში ან C-4-ში ფურანოზებში გამოსახულია რგოლის სიბრტყის ზემოთ ნახშირბადის ატომის D-კონფიგურაციისთვის და სიბრტყის ქვემოთ L- კონფიგურაციისთვის (იხ. სტერეოქიმიური ნომენკლატურა).
შემოთავაზებული W. Haworth (Haworth) 1926 წელს.

55. ჰიდროქსილის ჯგუფის მქონე ნაერთები.

ჰიდროქსილის ჯგუფი (ჰიდროქსილი) არის ორგანული და არაორგანული ნაერთების OH ფუნქციური ჯგუფი, რომელშიც წყალბადის და ჟანგბადის ატომები დაკავშირებულია კოვალენტური ბმით. ორგანულ ქიმიაში მას ასევე უწოდებენ " ალკოჰოლის ჯგუფი».

ფენოლები არის არომატული ნახშირწყალბადების წარმოებულები, რომელთა მოლეკულები შეიცავს ერთ ან მეტ ჰიდროქსილის ჯგუფს პირდაპირ კავშირში ბენზოლის რგოლთან.

ფენოლების სახელები შედგენილია იმის გათვალისწინებით, რომ მშობელი სტრუქტურისთვის, IUPAC-ის წესების მიხედვით, შენარჩუნებულია ტრივიალური სახელწოდება „ფენოლი“. ბენზოლის რგოლის ნახშირბადის ატომების ნუმერაცია იწყება ჰიდროქსილის ჯგუფთან უშუალოდ შეკრული ატომიდან (თუ ეს არის უფროსი ფუნქცია) და გრძელდება ისეთი თანმიმდევრობით, რომ არსებული შემცვლელები იღებენ ყველაზე დაბალ რიცხვებს.

ამ კლასის უმარტივესი წარმომადგენელია თავად ფენოლი, C 6 H 5 OH.

ფენოლის სტრუქტურა. ჟანგბადის ატომის ორი მარტოხელა ელექტრონული წყვილიდან ერთ-ერთი შეყვანილია ბენზოლის რგოლის -ელექტრონულ სისტემაში (OH ჯგუფის + M-EFFECT). ეს იწვევს ორ ეფექტს: ა) ბენზოლის რგოლში ელექტრონის სიმკვრივე იზრდება და ელექტრონის სიმკვრივის მაქსიმუმები არის ორთო და პარა პოზიციებზე OH ჯგუფთან მიმართებაში; ბ) ელექტრონის სიმკვრივე ჟანგბადის ატომზე, პირიქით, მცირდება, რაც იწვევს O–H ბმის შესუსტებას. პირველი ეფექტი გამოიხატება ფენოლის მაღალ აქტივობაში ელექტროფილური ჩანაცვლების რეაქციებში, ხოლო მეორე - ფენოლის მომატებულ მჟავიანობაში გაჯერებულ სპირტებთან შედარებით.

მონო-ჩანაცვლებული ფენოლის წარმოებულები, მაგალითად მეთილფენოლი (კრეზოლი), შეიძლება არსებობდეს სამი სტრუქტურული იზომერის სახით - ორთო-, მეტა- და პარა-კრეზოლები:

ფიზიკური თვისებები. ფენოლები ძირითადად კრისტალური ნივთიერებებია (მეტაკრეზოლი თხევადია) ოთახის ტემპერატურაზე. მათ აქვთ დამახასიათებელი სუნი, საკმაოდ ცუდად იხსნება ცივ წყალში, მაგრამ კარგად იხსნება ცხელ წყალში და განსაკუთრებით ტუტეების წყალხსნარებში. ფენოლები ქმნიან ძლიერ წყალბადურ კავშირებს და აქვთ საკმაოდ მაღალი დუღილისა და დნობის წერტილები. ამრიგად, თავად ფენოლი არის უფერო კრისტალები t pl = 41 °C და t bp = 182 °C. დროთა განმავლობაში კრისტალები წითლდება და ბნელდება.

56. ხუთწევრიანი ჰეტეროციკლური ნაერთები.

ხუთწევრიანი ჰეტეროციკლები- ორგანული ციკლური ნაერთები, რომლებიც შეიცავს მინიმუმ ერთ ჰეტერატომს.

ყველაზე ცნობილი წარმომადგენლები:

წარმომადგენელი	სტრუქტურული ფორმულა	დაკავშირებული ნაერთები
ფურანი		ფურფურალი, პიროსლიტის მჟავა, კუმპარონი, იზობენზფურანი, ტეტრაჰიდროფურანი, 1,3-დიოქსოლანი
თიოფენი		თიონაფთენი, თიოფთენი, ტეტრაჰიდროთიოფენი, თიოლანი, თიოლანის დიოქსიდი, ბიოტინი
პიროლი		ინდოლი, ოქსინდოლი, ინდოქსილი, ისატინი, კარბაზოლი, პიროლიდინი, 2-პიროლიდონი, N-მეთილპიროლიდონი, პროლინი
ოქსაზოლი		ბენზოქსაზოლი, 2-ოქსაზოლინი
იზოქსაზოლი

57.ალკოჰოლური სასმელები ჰიდროქსილის ჯგუფის შემცველი ალიფატური ნაერთები (ალკანოლები, ალკენოლები, ალკინოლები); ჰიდროქსიარენები ან არომატული ჰიდროქსი წარმოებულები ეწოდება ფენოლები . ალკოჰოლის სახელწოდება იქმნება შესაბამისი ნახშირწყალბადის სახელზე სუფიქსის -ol-ის დამატებით ან ნახშირწყალბადის რადიკალზე დაყრდნობით. ნახშირწყალბადის რადიკალის სტრუქტურიდან გამომდინარე, ალკოჰოლები გამოირჩევა:

პირველადი:

მეორადი:

მესამეული:

მონოჰიდრული ფენოლები:

ფენოლებს ახასიათებთ უფრო ძლიერი მჟავე თვისებები, ვიდრე ალკოჰოლები, ეს უკანასკნელი არ წარმოქმნის ნახშირბადის იონებს AIk – O – წყალხსნარებში, რაც დაკავშირებულია ნაკლებად პოლარიზებულ ეფექტთან (აცილის რადიკალების ელექტრომიმღები თვისებები არომატულთან შედარებით).

თუმცა, ალკოჰოლები და ფენოლები ადვილად ქმნიან წყალბადურ კავშირებს, ამიტომ ყველა ალკოჰოლს და ფენოლს აქვს უფრო მაღალი დუღილის წერტილი, ვიდრე შესაბამის ნახშირწყალბადებს.

თუ ნახშირწყალბადის რადიკალს არ აქვს გამოხატული ჰიდროფობიური თვისებები, მაშინ ეს სპირტები წყალში ძალიან ხსნადია. წყალბადის კავშირი განსაზღვრავს ალკოჰოლების უნარს, გამკვრივებისას გარდაიქმნას მინის და არა კრისტალურ მდგომარეობაში.

ორი ან მეტი ჰიდროქსილის ჯგუფის მქონე ნაერთებს უწოდებენ პოლიჰიდრულ სპირტებს და ფენოლებს:

58. ლუისის მჟავები და ფუძეები.

ჯ.ლუისმა შემოგვთავაზა მჟავებისა და ფუძეების უფრო ზოგადი თეორია.

ლუისის ბაზები -ეს არის ელექტრონული წყვილის დონორები (ალკოჰოლი, ალკოჰოლური ანიონები, ეთერები, ამინები და ა.შ.)

ლუისის მჟავები -ეს არის ელექტრონული წყვილის მიმღები , იმათ. ნაერთები, რომლებსაც აქვთ ვაკანტური ორბიტალი (წყალბადის იონი და ლითონის კათიონები: H +, Ag +, Na +, Fe 2+; მეორე და მესამე პერიოდის ელემენტების ჰალოიდები BF 3, AlCl 3, FeCl 3, ZnCl 2; ჰალოგენები; კალა და გოგირდის ნაერთები: SnCl 4, SO 3).

ამრიგად, ბრონსტედი და ლუისის ფუძეები იგივე ნაწილაკებია. თუმცა, ბრონსტედის საფუძვლიანობა არის მხოლოდ პროტონის მიმაგრების შესაძლებლობა, ხოლო ლუისის საფუძვლიანობა უფრო ფართო ცნებაა და ნიშნავს ნებისმიერ ნაწილაკთან ურთიერთქმედების უნარს, რომელსაც აქვს დაბალი მდებარე დაუცველი ორბიტალი.

ლუისის მჟავა-ტუტოვანი ურთიერთქმედება არის დონორი-მიმღების ურთიერთქმედება და ნებისმიერი ჰეტეროლიზური რეაქცია შეიძლება წარმოდგენილი იყოს როგორც ლუისის მჟავა-ტუტოვანი ურთიერთქმედება:

არ არსებობს ლუისის მჟავებისა და ფუძეების სიძლიერის შედარების ერთი მასშტაბი, რადგან მათი ფარდობითი სიძლიერე დამოკიდებული იქნება იმაზე, თუ რა ნივთიერება მიიღება სტანდარტად (ბრონსტედის მჟავებისა და ფუძეებისთვის, სტანდარტი არის წყალი). ლუისის მიხედვით მჟავა-ტუტოვანი ურთიერთქმედების სიმარტივის შესაფასებლად რ. პირსონმა შემოგვთავაზა "მყარი" და "რბილი" მჟავებისა და ფუძეების ხარისხობრივი თეორია.

ხისტი ბაზებიაქვს მაღალი ელექტრონეგატიურობა და დაბალი პოლარიზება. ისინი ძნელად იჟანგება. მათ ყველაზე მაღალ დაკავებულ მოლეკულურ ორბიტალებს (HOMO) აქვთ დაბალი ენერგია.

რბილი ბაზებიაქვს დაბალი ელექტრონეგატიურობა და მაღალი პოლარიზება. ისინი ადვილად იჟანგება. მათი ყველაზე მაღალი მოლეკულური ორბიტალები (HOMO) მაღალი ენერგიაა.

მყარი მჟავებიაქვს მაღალი ელექტრონეგატიურობა და დაბალი პოლარიზება. მათი აღდგენა რთულია. მათ ყველაზე დაბალ თავისუფალ მოლეკულურ ორბიტალებს (LUMO) აქვთ დაბალი ენერგია.

რბილი მჟავებიაქვს დაბალი ელექტრონეგატიურობა და მაღალი პოლარიზება. მათი აღდგენა ადვილია. მათი ყველაზე დაბალი თავისუფალი მოლეკულური ორბიტალები (LUMOs) მაღალი ენერგიაა.

ყველაზე მძიმე მჟავა არის H +, ყველაზე რბილი არის CH 3 Hg +. უმძიმესი ფუძეებია F - და OH - , ყველაზე რბილი - I - და H - .

59. .ეთერები.

ეთერები- ორგანული ნივთიერებები, რომლებსაც აქვთ ფორმულა R-O-R 1, სადაც R და R 1 არის ნახშირწყალბადის რადიკალები. თუმცა გასათვალისწინებელია, რომ ასეთი ჯგუფი შეიძლება იყოს ნაერთების სხვა ფუნქციური ჯგუფების ნაწილი, რომლებიც არ არიან ეთერები. მომზადების მეთოდები]

• უილიამსონის თქმით

ლაბორატორიულ პირობებში ეთერები მზადდება უილიამსონის მიხედვით ჰალოგენური წარმოებულების ურთიერთქმედებით, რომლებსაც შეუძლიათ რეაგირება მოახდინონ Sn2-თან და ალკოქსიდთან და ფენოქსიდთან. რეაქცია შეუფერხებლად მიმდინარეობს ჰალომეთანთან და პირველად ჰალოალკანებთან. მეორადი ჰალოალკანების შემთხვევაში რეაქცია შეიძლება გართულდეს გვერდითი ელიმინაციის რეაქციით.

ფიზიკური თვისებები

ეთერები მოძრავი, დაბალი დუღილის სითხეებია, წყალში ოდნავ ხსნადი და ძალიან აალებადი. ისინი ავლენენ სუსტ ძირითად თვისებებს (ისინი ამაგრებენ პროტონს O ატომში).

ეთერები ქმნიან პეროქსიდულ ნაერთებს სინათლის ზემოქმედებით:

შედეგად, ლაბორატორიულ პირობებში ეთერების გამოხდისას აკრძალულია მათი გამოხდა სიმშრალემდე, ვინაიდან ამ შემთხვევაში პეროქსიდების დაშლის შედეგად მოხდება ძლიერი აფეთქება.

ყველაზე მნიშვნელოვანი ეთერები

სახელი	ფორმულა	დნობის ტემპერატურა	დუღილის ტემპერატურა
დიმეთილის ეთერი	CH 3 OCH 3	−138,5 °C	−24,9 °C
დიეთილის ეთერი	CH 3 CH 2 OCH 2 CH 3	−116,3 °C	34,6 °C
დიიზოპროპილის ეთერი	(CH 3) 2 CHOCH (CH 3) 2	−86,2 °C	68,5 °C
ანისოლი		-37 °C	154 °C
ოქსირანი		−111,3 °C	10,7 °C
ტეტრაჰიდროფურანი		−108 °C	65,4 °C
დიოქსანი		11,7 °C	101,4 °C
პოლიეთილენ გლიკოლი	HOCH 2 (CH 2 OCH 2) n CH 2 OH	−	−

ბიოლოგიური მნიშვნელობა

არილის ეთერები არის კონსერვანტები, ანტიოქსიდანტები, რომლებიც გამოიყენება პარფიუმერულ ინდუსტრიაში. ზოგიერთ ეთერს აქვს ინსექტიციდური მოქმედება.

60. ორგანული ნაერთების შემცვლელი ნომენკლატურა (IUPAC).

IUPAC-ის შემცვლელ ნომენკლატურაში ორგანული ნაერთის სახელწოდება განისაზღვრება ძირითადი ჯაჭვის (სიტყვის ფესვი), ნახშირბადის ატომების სახელებით, რომლებშიც დანომრილია გარკვეული თანმიმდევრობით, აგრეთვე შემცვლელები და ფუნქციური ჯგუფები (დანიშნული როგორც პრეფიქსები ან სუფიქსები). წყალბადის შემცვლელი ნებისმიერი ატომი ან ატომების ჯგუფი განიხილება როგორც შემცვლელი. ფუნქციური ჯგუფი არის ატომი ან არანახშირწყალბადის ატომების ჯგუფი, რომელიც განსაზღვრავს, მიეკუთვნება თუ არა ნაერთი კონკრეტულ კლასს. თუ რამდენიმე ჯგუფია, მაშინ არჩეულია უძველესი:

IUPAC არის ზოგადად მიღებული ნომენკლატურა და ახლა არის სტანდარტი ქიმიაში.

61. C-H და C=C ბმების დაჟანგვა.

62. კოვალენტური ბმები. ჰიბრიდიზაცია.

Კოვალენტური ბმა(ატომური ბმა, ჰომეოპოლარული ბმა) - ქიმიური ბმა, რომელიც წარმოიქმნება ვალენტური ელექტრონული ღრუბლების წყვილის გადაფარვით (გაზიარებით). ელექტრონული ღრუბლები (ელექტრონები), რომლებიც უზრუნველყოფენ კომუნიკაციას, ე.წ საზიარო ელექტრონული წყვილი. კოვალენტური ბმა წარმოიქმნება წყვილი ელექტრონების მიერ, რომლებიც განაწილებულია ორ ატომს შორის და ამ ელექტრონებს უნდა დაიკავონ ორი სტაბილური ორბიტალი, თითო თითოეული ატომიდან.

A + + B → A: B

სოციალიზაციის შედეგად ელექტრონები ქმნიან შევსებულ ენერგეტიკულ დონეს. ბმა იქმნება, თუ მათი ჯამური ენერგია ამ დონეზე ნაკლებია, ვიდრე საწყის მდგომარეობაში (და ენერგიის განსხვავება სხვა არაფერი იქნება, თუ არა ბმის ენერგია).

მოლეკულური ორბიტალების თეორიის მიხედვით, ორი ატომური ორბიტალის გადახურვა იწვევს, უმარტივეს შემთხვევაში, ორი მოლეკულური ორბიტალის (MO) წარმოქმნას: MO-ს აკავშირებსდა შებოჭვის საწინააღმდეგო (გაფხვიერება) MO. საზიარო ელექტრონები განლაგებულია ქვედა ენერგიის შემაკავშირებელ MO-ზე. ორბიტალური ჰიბრიდიზაცია- პოლიატომური მოლეკულის ცენტრალური ატომის სხვადასხვა (s, p, d, f) ორბიტალების შერევის ჰიპოთეტური პროცესი იდენტური ორბიტალების გარეგნობით, რომლებიც ექვივალენტურია მათი მახასიათებლებით.

ჰიბრიდიზაციის სახეები

i-plane-ზე ნახშირბადის ასიმეტრიული ატომების მქონე მოლეკულების გამოსასახავად ხშირად გამოიყენება ე. ფიშერის მიერ 18E1-ში შემოთავაზებული პროგნოზები.

განვიხილოთ მათი აგების პრინციპი ბრომფტორქლორმეთანის მოლეკულის მაგალითის გამოყენებით. Fischeoa-ს პროექციების აგების საწყისი წერტილი არის მოლეკულის სივრცითი მოდელი ან მისი სოლი ფორმის პროექცია.
მოდით განვათავსოთ მოლეკულა ისე, რომ ნახაზის სიბრტყეში დარჩეს მხოლოდ ბრომფტორქლორმეთანის მოლეკულის ნახშირბადის ატომი, როგორც ეს ნაჩვენებია სურათზე:

მოდით გავაპროექტოთ ყველა ატომი ნახატის სიბრტყეზე (Br და CL ქვემოდან ზემოდან, რადგან ისინი განლაგებულია ნახაზის სიბრტყის ქვეშ, ხოლო F და H ზემოდან ქვემოდან). იმისათვის, რომ მიღებული პროექცია განსხვავდებოდეს სტრუქტურული ფორმულისგან, ჩვენ ვეთანხმებით, რომ არ გამოვსახოთ ასიმეტრიული ნახშირბადის ატომი. ის ნაგულისხმევიფიშერის პროექციაში ვერტიკალური და ჰორიზონტალური ხაზების გადაკვეთაზე:

როგორც ზემოთ მოყვანილი მაგალითიდან ჩანს, ფიშერის პროექცია აგებულია ისე, რომ ასიმეტრიული ატომის ბმები შემცვლელებთან ერთად გამოსახულია ვერტიკალური და ჰორიზონტალური (მაგრამ არა დახრილი!) ხაზებით.

ფიშერის პროგნოზების გამოყენებისას მნიშვნელოვანია გვახსოვდეს, რომ მათში ვერტიკალური ხაზი ასახავს ჩვენგან მოშორებულ კავშირებს, ხოლო ჰორიზონტალური ხაზი - ჩვენკენ მიმართულ კავშირებს. ეს იწვევს ფიშერის პროგნოზების გამოყენების შემდეგ წესებს:

აკრძალულია:
1) თქვენ არ შეგიძლიათ ამოიღოთ პროექცია ნახაზის სიბრტყიდან (მაგალითად, დაათვალიერეთ იგი "შუქზე", ანუ ფურცლის მეორე მხრიდან).
2) თქვენ არ შეგიძლიათ ატრიალოთ პროექცია ნახაზის სიბრტყეში 90° და 270°-ით.
3) თქვენ არ შეგიძლიათ ასიმეტრიულ ატომზე ორი შემცვლელის შეცვლა.

შეუძლია:
1) შეგიძლიათ ნახატის სიბრტყეში პროექცია შემოატრიალოთ 180°-ით. ამ ბრუნვით, ვერტიკალური ხაზები რჩება ვერტიკალური, ხოლო ჰორიზონტალური - ჰორიზონტალური.
2) შესაძლებელია ასიმეტრიულ ატომზე შემცვლელთა წყვილი პერმუტაციების ლუწი რაოდენობის შესრულება.
3) შესაძლებელია ასიმეტრიულ ატომზე სამი შემცვლელის წრიული გადაწყობა. მის ადგილზე მეოთხე მოადგილე რჩება.

ასიმეტრიულინახშირბადის ატომი გლუკოზის მოლეკულაში გაერთიანებულია ოთხ არაეკვივალენტურ ჯგუფთან; ასეთ ატომებს მიეკუთვნება ნახშირბადის ატომები 1-დან 5-მდე რიცხვებით.

ანტიპოდები

ნივთიერება, რომელსაც ახასიათებს სინათლის პოლარიზაციის სიბრტყის საპირისპირო და სიდიდის ტოლი ბრუნვები ყველა სხვა ფიზიკური და ქიმიური თვისების იდენტიფიცირებით (გარდა სხვა ოპტიკურად აქტიურ ნივთიერებებთან რეაქციებისა და ფიზიკური თვისებების ქირალურ გარემოში)

რაზმატი- ორი ენანტიომერის თანაბარი ნაზავი ( ენანტიომერები(ძვ. ბერძნ. ἐνάντιος + μέρος - მოპირდაპირე + ნაწილი, საზომი) - სტერეოიზომერების წყვილი, რომლებიც ერთმანეთის სარკისებური გამოსახულებაა, სივრცეში შეუთავსებელი. რაზემატებს არ აქვთ ოპტიკური აქტივობა და ასევე განსხვავდებიან ინდივიდუალური ენანტიომერებისგან. ისინი წარმოადგენენ არასტერეოსელექტიური რეაქციების პროდუქტებს

რეზამატის სახეები

· რასემული კონგლომერატიარის ორი ენანტიომერის კრისტალების მექანიკური ნაზავი 1:1 თანაფარდობით, თითოეული კრისტალი შედგება მხოლოდ ერთი ენანტიომერის მოლეკულებისგან.

· რაკემიური ნაერთი(ნამდვილი რაცემატი) შედგება კრისტალებისაგან, რომელთაგან თითოეული შეიცავს ორივე ენანტიომერის მოლეკულებს და მათი თანაფარდობა 1:1-ია. რაცემულ ნაერთებში ენანტიომერების ეს თანაფარდობა შენარჩუნებულია კრისტალური მედის დონემდე.

· ფსევდორაცემატიარის ორი ენანტიომერული ნაერთის მყარი ხსნარი, ანუ არის ენანტიომერების ერთგვაროვანი უწესრიგო ნარევი 1:1 თანაფარდობით.

ფიზიკური თვისებები

· ოპტიკური აქტივობა. რასმატები არ ავლენენ ოპტიკურ აქტივობას, ანუ ისინი არ ატრიალებენ სინათლის პოლარიზაციის სიბრტყეს. ეს ფენომენი აიხსნება იმით, რომ ენანტიომერებისთვის ოპტიკური ბრუნვა საპირისპიროა ნიშნით, მაგრამ თანაბარი სიდიდით. ვინაიდან ბრუნვა არის დანამატი სიდიდე, რაცემატის შემთხვევაში, ენანტიომერების წვლილის კომპენსაციის გამო, ის ნულის ტოლია.

· ბროლის ფორმა. მას შემდეგ, რაც ენანტიომერები ქმნიან ენანტიომორფულ კრისტალებს, რასემული კონგლომერატები არსებობს ორი ტიპის კრისტალების სახით, რომლებიც ერთმანეთის სარკისებურ სურათებს წარმოადგენენ. სწორედ ამ ფაქტმა მისცა საშუალება ლ.პასტერს ხელით გამოეყო რაკემიური ტარტრატების კრისტალები.

· სიმჭიდროვე. 1895 წელს ჩამოყალიბებული ვალახის წესის მიხედვით, რაცემატების კრისტალებს უფრო მაღალი სიმკვრივე აქვთ, ვიდრე ცალკეული ენანტიომერების კრისტალებს. ეს დაკავშირებულია როგორც თერმოდინამიკურ ფაქტორებთან, ასევე რაკემიური ნაერთის ნუკლეაციისა და კრისტალური ზრდის კინეტიკასთან. ეს წესი დადასტურდა კრისტალოგრაფიული მონაცემთა ბაზის ანალიზით.

· დნობის ტემპერატურა. რაცემული კონგლომერატისთვის, დნობის წერტილი ყოველთვის უფრო დაბალია, ვიდრე ცალკეული ენანტიომერების დნობის წერტილი, როგორც ეს ჩანს მისი ფაზური დიაგრამიდან. მაგალითად, ენანტიომერულად სუფთა ჰექსაგელიცენი დნება 265-267 °C ტემპერატურაზე, ხოლო რაცემატი დნება 231-233 °C ტემპერატურაზე.

თუ რაცემატი მართალია, რაც დამახასიათებელია ორგანული რაზმების უმეტესობისთვის, მაშინ მისი დნობის წერტილი შეიძლება იყოს უფრო მაღალი ან დაბალი ვიდრე ენანტიომერების დნობის წერტილი. ამრიგად, დიმეთილის ტარტრატის შემთხვევაში, სუფთა ენათიომერის და რაცემატის დნობის წერტილებია, შესაბამისად, 43,3 °C და 86,4 °C. მანდელიუმის მჟავას რაცემატი, პირიქით, დნება უფრო დაბალ ტემპერატურაზე, ვიდრე ენანტიომერულად სუფთა ნივთიერება (118,0 °C და 132,8 °C, შესაბამისად). ინდივიდუალური ენანტიომერის დამატება ნამდვილ რაცემატში ყოველთვის იწვევს დნობის დაბალ ტემპერატურას, განსხვავებით კონგლომერატებისთვის.

იშვიათ შემთხვევებში, როდესაც რაცემატები ავლენენ მყარი ხსნარების თვისებებს, ისინი დნება იმავე ტემპერატურაზე, როგორც ცალკეული ენანტიომერები (კამფორისთვის - ≈178 ° C).

· ხსნადობა. ქირალური ნაერთების უმეტესობას ახასიათებს ხსნადობის განსხვავებები რაცემატსა და ცალკეულ ენანტიომერებს შორის. რაცემული კონგლომერატების ხსნადობა უფრო მაღალია ვიდრე სუფთა ენანტიომერების ხსნადობა. მეიერჰოფერის ცერის წესი, რომელიც გამოიყენება არადისოციაციურ ორგანულ ნაერთებზე, ამბობს, რომ რაცემატის ხსნადობა ორჯერ აღემატება ენანტიომერებს. ნამდვილი რაცემატებისთვის ხსნადობა შეიძლება იყოს ენანტიომერების ხსნადობაზე მეტი ან ნაკლები

მონოსაქარიდების რეაქციები

გლუკოზა, ან ყურძნის შაქარი, ან დექსტროზა(D-გლუკოზა), C 6 H 12 O 6 - გვხვდება მრავალი ხილისა და კენკრის წვენში, მათ შორის ყურძენში, საიდანაც მოდის ამ ტიპის შაქრის სახელი. ეს არის მონოსაქარიდი და ექვსჰიდროქსი შაქარი (ჰექსოზა). გლუკოზის ერთეული არის პოლისაქარიდების (ცელულოზა, სახამებელი, გლიკოგენი) და რიგი დისაქარიდების (მალტოზა, ლაქტოზა და საქაროზა) ნაწილი, რომლებიც, მაგალითად, სწრაფად იშლება გლუკოზასა და ფრუქტოზაში საჭმლის მომნელებელ ტრაქტში.

D-ფრუქტოზა

მიღებული β-ფორმის სახით. ძალიან ჰიგიროსკოპიული უფერო პრიზმები ან ნემსები. დნება 103-105 (იხრწნება).
სპეციფიური ოპტიკური ბრუნვა ნატრიუმის D ხაზისთვის 20°C ტემპერატურაზე: [α] D 20 -132.2 → -92.4 (c=4 H 2 O-ში).
ხსნადობა: 375 20, 740 55 H 2 O-ში; ხსნადი MeOH, EtOH, პირიდინში, აცეტონში, გამყინვარების ძმარმჟავაში.
უწყლო ფორმა სტაბილურია >21,4 °C ტემპერატურაზე. შეუძლია ჰიდრატაცია შექმნას ჰემიჰიდრატი (და დიჰიდრატი) ტემპერატურაზე< 20°С. Перекристаллизовать из МеОН. Положительная реакция Селиванова. Кристаллический сахар - β-D-пираноза, но в растворе содержится ≥ 15% фуранозной формы и значительное количество открытой линейной формы. В составе соединений найдена только фуранозная форма. Сладкий вкус.

Ასკორბინის მჟავა(ძველი ბერძნულიდან ἀ - არა- + ლათ. scorbutus- სკურვი) - ორგანული ნაერთი ფორმულით C 6 ჰ 8 ო 6, არის ადამიანის კვების ერთ-ერთი მთავარი ნივთიერება, რომელიც აუცილებელია შემაერთებელი და ძვლოვანი ქსოვილის ნორმალური ფუნქციონირებისთვის. ასრულებს ზოგიერთი მეტაბოლური პროცესის შემამცირებელი აგენტისა და კოენზიმის ბიოლოგიურ ფუნქციებს და არის ანტიოქსიდანტი. იზომერებიდან მხოლოდ ერთია ბიოლოგიურად აქტიური - L-ასკორბინის მჟავა, რომელსაც ე.წ ვიტამინი C . ასკორბინის მჟავა ბუნებრივად გვხვდება ბევრ ხილსა და ბოსტნეულში.

გლიკოზიდები- ორგანული ნაერთები, რომელთა მოლეკულები შედგება ორი ნაწილისგან: ნახშირწყლების (პირანოზიდი ან ფურანოზიდი) ნარჩენი და არანახშირწყლოვანი ფრაგმენტი (ე.წ. აგლიკონი). უფრო ზოგადი გაგებით, ნახშირწყლები, რომლებიც შედგება ორი ან მეტი მონოსაქარიდის ნარჩენებისგან, ასევე შეიძლება ჩაითვალოს გლიკოზიდებად. ძირითადად კრისტალური, ნაკლებად ხშირად ამორფული ნივთიერებები, წყალში და ალკოჰოლში ძალიან ხსნადი.

გლიკოზიდები არის ორგანული ნივთიერებების დიდი ჯგუფი, რომლებიც გვხვდება მცენარეულ (ნაკლებად ხშირად ცხოველებში) სამყაროში და/ან მიიღება სინთეზურად. მჟავა, ტუტე ან ფერმენტული ჰიდროლიზის დროს ისინი იყოფა ორ ან მეტ კომპონენტად - აგლიკონად და ნახშირწყლად (ან რამდენიმე ნახშირწყლად). გლიკოზიდებიდან ბევრი ტოქსიკურია ან აქვს ძლიერი ფიზიოლოგიური ეფექტი, მაგალითად, დიგიტალის გლიკოზიდები, სტროფანტუსი და სხვა.

ფრუქტოზა(ხილის შაქარი), C 6 H 12 O 6 - მონოსაქარიდი, კეტონის სპირტი, კეტოექსოზა, გლუკოზის იზომერი.

ფიზიკური თვისებები

თეთრი კრისტალური ნივთიერება, წყალში ძალიან ხსნადი. ფრუქტოზის დნობის წერტილი უფრო დაბალია, ვიდრე გლუკოზის დნობის წერტილი. 2-ჯერ უფრო ტკბილი ვიდრე გლუკოზა და 4-5-ჯერ უფრო ტკბილი ვიდრე ლაქტოზა.

ქიმიური თვისებები

წყალხსნარებში ფრუქტოზა არსებობს ტავტომერების ნარევის სახით, რომელშიც ჭარბობს β-D-ფრუქტოპირანოზა და შეიცავს დაახლოებით 20% β-D-ფრუქტოფურანოზას და დაახლოებით 5% α-D-ფრუქტოფურანოზას.

გლუკოზისა და სხვა ალდოზებისგან განსხვავებით, ფრუქტოზა არასტაბილურია როგორც ტუტე, ასევე მჟავე ხსნარებში; იშლება პოლისაქარიდების ან გლიკოზიდების მჟავა ჰიდროლიზის პირობებში

თანამედროვე იდეები ორგანული ნაერთების სტრუქტურის შესახებ. ორგანული ნაერთების სტერეოქიმიის საფუძვლები. ასიმეტრიული ნახშირბადის ატომი. ქირალიზმი. ფიშერის პროექციის ფორმულები.

ა.მ.-ის ქიმიური სტრუქტურის თეორია. ბუტლეროვი

1861 წელს ა. ბუტლეროვმა შემოგვთავაზა ორგანული ნაერთების ქიმიური სტრუქტურის თეორია, რომელიც შედგება შემდეგი ძირითადი პრინციპებისგან.

1) ნივთიერებების მოლეკულებში არის ატომების ქიმიური კავშირის მკაცრი თანმიმდევრობა, რომელსაც ქიმიური სტრუქტურა ეწოდება.

2) ნივთიერების ქიმიური თვისებები განისაზღვრება მისი ელემენტარული კომპონენტების ბუნებით, მათი რაოდენობით და ქიმიური აგებულებით.

3) თუ იგივე შემადგენლობისა და მოლეკულური წონის ნივთიერებებს განსხვავებული სტრუქტურა აქვთ, მაშინ იზომერიზმის ფენომენი ხდება.

4) ვინაიდან სპეციფიკურ რეაქციებში იცვლება მოლეკულის მხოლოდ ზოგიერთი ნაწილი, პროდუქტის სტრუქტურის შესწავლა ხელს უწყობს ორიგინალური მოლეკულის სტრუქტურის დადგენას.

5) ცალკეული ატომების ქიმიური ბუნება (რეაქტიულობა) მოლეკულაში იცვლება გარემოდან გამომდინარე, ე.ი. დამოკიდებულია სხვა ელემენტების რომელ ატომებთან არის დაკავშირებული.

ბუტლეროვის თეორია იძლევა მოლეკულის გეომეტრიის (მიკროსკოპული თვისებების) ცოდნის ფუნდამენტურ შესაძლებლობას ქიმიური თვისებების (მაკროსკოპული თვისებების) ცოდნის მეშვეობით. სტრუქტურის თეორიის ძირითადი პრინციპები ინარჩუნებს თავის მნიშვნელობას დღემდე.

ქიმიური კავშირის ელექტრონული თეორიები.

ორგანული ნაერთების ელექტრონული სტრუქტურა გამოსახულია ლუისის ელექტრონული ფორმულების გამოყენებით. ისინი იყენებენ წერტილებს ყველა ვალენტური ელექტრონის პოზიციის აღსანიშნავად: ქიმიური ბმების ელექტრონები და ელექტრონების მარტოხელა წყვილი. ითვლება, რომ ელექტრონების მარტოხელა წყვილი წარმოადგენს მხოლოდ ერთი ატომის გარე გარსის ნაწილს, ხოლო ელექტრონები, რომლებიც მონაწილეობენ კოვალენტური ბმის ფორმირებაში, ორივე ატომის გარე გარსის ნაწილია. მაგალითად, ქვემოთ მოყვანილი ნახშირბადის ტეტრაქლორიდის ლუისის ფორმულაში, ყველა ატომს აქვს ელექტრონების ოქტეტი.

ლუისის სტრუქტურის თითოეული ატომისთვის ფორმალური მუხტი განისაზღვრება. ითვლება, რომ ატომი ფლობს ყველა გაუზიარებელ ელექტრონს და ელექტრონების ნახევარს კოვალენტურ ბმებში. ატომის კუთვნილი ელექტრონების სიჭარბე მოლეკულაში თავისუფალ ატომთან შედარებით იწვევს უარყოფით მუხტს, ხოლო დეფიციტი იწვევს დადებით მუხტს. ყველა ატომის ფორმალური მუხტების ჯამი იძლევა მთლიანი ნაწილაკების მუხტს.

კვანტური ორგანული ქიმიის ძირითადი პრინციპები.

კოვალენტური ბმების თანამედროვე თეორიები ეფუძნება კვანტური მექანიკის ცნებებს. კვანტური მექანიკის პრინციპების მიხედვით, ატომში ელექტრონის მდგომარეობა განისაზღვრება ტალღური ფუნქციით, რომელსაც ატომური ორბიტალი ეწოდება. ატომებს შორის ქიმიური ბმის წარმოქმნა განიხილება ორი ორბიტალის ურთიერთქმედების შედეგად, რომელთაგან თითოეული შეიცავს ერთ ელექტრონს. ამ შემთხვევაში ხდება მოლეკულური ორბიტალების (MOs) წარმოქმნა. ორი ატომური ორბიტალიდან წარმოიქმნება ორი მოლეკულური ორბიტალი, რომელთაგან ერთი ( დამაკავშირებელი) აქვს უფრო დაბალი ენერგია, ხოლო მეორეს ( შესუსტება) – უფრო მაღალი ენერგია ვიდრე ორიგინალური AO.

შემაკავშირებელი ელექტრონები იკავებენ ქვედა ენერგიის შემაკავშირებელ ორბიტალს, ამიტომ ორბიტალების ურთიერთქმედება იწვევს ენერგიის მომატებას.

ატომური ორბიტალების ტიპებიდან გამომდინარე, რომლებიც გაერთიანებულია, წარმოიქმნება სხვადასხვა ტიპის MO. ამაში გადამწყვეტ როლს თამაშობს ორბიტალების სიმეტრია და კვანძოვანი თვისებები. ატომურის -ორბიტალებს აქვთ სფერული სიმეტრია და არ აქვთ კვანძოვანი ზედაპირი, რომელიც გადის ატომის ცენტრში. ატომურიგვ -ორბიტალებს აქვთ ცილინდრული სიმეტრია და სამი მდგომარეობა p x , p y და p z . ყოველი გვ - ორბიტალს აქვს კვანძოვანი სიბრტყე, რომელიც გადის ატომის ცენტრში და შესაბამისად ღერძზე პერპენდიკულარულია. x, y ან z.

კვანძოვანი ზედაპირი არის ადგილი, სადაც ელექტრონის პოვნის ალბათობა ნულის ტოლია და ტალღის ფუნქცია ცვლის ნიშანს. რაც უფრო მეტი კვანძია, მით უფრო მაღალია ორბიტალის ენერგია. ამრიგად,გვ -ორბიტალი შედგება ორი ნაწილისგან, რომლებშიც ტალღის ფუნქციის ნიშნები საპირისპიროა.

პოლიატომური მოლეკულების ელექტრონული სტრუქტურის განხილვისას აუცილებელია ორბიტალთა ნაკრების გამოყენება, რომელიც აღწევს მათ მაქსიმალურ გადახურვას. ამასთან დაკავშირებით, არსებობს კონცეფცია ჰიბრიდიზაცია ორბიტალები. ნახშირბადის ატომი აღგზნებულ მდგომარეობაში შეიცავს ოთხ დაუწყვილებელ ელექტრონს მის გარე ენერგეტიკულ დონეზე და შეუძლია შექმნას ოთხი კოვალენტური ბმა.

ჰიბრიდული ორბიტალები მონაწილეობენ ბმების ფორმირებაში.

პირველი ვალენტური მდგომარეობა არის sp 3 ჰიბრიდიზაცია . ნახშირბადის ატომის ერთი s და სამი p ორბიტალის მონაწილეობით ჰიბრიდიზაციის შედეგად წარმოიქმნება ოთხი ეკვივალენტური sp 3 -ჰიბრიდული ორბიტალი, რომლებიც მიმართულია ტეტრაედრის წვეროებზე 109,5 o კუთხით:

sp 3 ჰიბრიდიზაციის მდგომარეობაში ნახშირბადის ატომი ქმნის ოთხსს-აერთებს ოთხ შემცვლელს და აქვს ტეტრაედრული კონფიგურაცია ბმის კუთხეებით ტოლი ან ახლოს 109,5 o:

მეთანი

მეორე ვალენტური მდგომარეობა არის sp 2 ჰიბრიდიზაცია . ნახშირბადის ატომის ერთი s- და ორი p-ორბიტალის მონაწილეობით ჰიბრიდიზაციის შედეგად წარმოიქმნება სამი ეკვივალენტური sp 2-ჰიბრიდული ორბიტალი, რომელიც მდებარეობს იმავე სიბრტყეში 120 o კუთხით, ხოლო p-ორბიტალი არ მონაწილეობს. ჰიბრიდიზაციაში მდებარეობს ჰიბრიდული ორბიტალების სიბრტყის პერპენდიკულარულად.

sp 2 ჰიბრიდიზაციის მდგომარეობაში ნახშირბადის ატომი ქმნის სამსს-ბმები ჰიბრიდული ორბიტალებით და ერთიგვბმა, რომელიც გამოწვეულია p-ორბიტალით, არ მონაწილეობს ჰიბრიდიზაციაში და აქვს სამი შემცვლელი.

ნახშირბადის მესამე ვალენტური მდგომარეობა არის sp-ჰიბრიდიზაცია . ერთი s- და ერთი p-ორბიტალის მონაწილეობით ჰიბრიდიზაციის შედეგად წარმოიქმნება ორი ეკვივალენტური sp-ჰიბრიდული ორბიტალი, რომლებიც მდებარეობს 180 0 კუთხით, ხოლო p-ორბიტალები, რომლებიც არ მონაწილეობენ ჰიბრიდიზაციაში, განლაგებულია სიბრტყის პერპენდიკულარულად. ჰიბრიდული ორბიტალებისა და ერთმანეთის მიმართ. sp-ჰიბრიდიზაციის მდგომარეობაში ნახშირბადის ატომი ქმნის ორსს-ბმები ჰიბრიდული ორბიტალებით და ორიგვბმა, რომელიც გამოწვეულია p-ორბიტალებით, რომლებიც არ მონაწილეობენ ჰიბრიდიზაციაში და აქვს ორი შემცვლელი:

აცეტილენი

სტერეოქიმიის საფუძვლები.

სტერეოქიმია არის ქიმიის ნაწილი, რომელიც ეძღვნება მოლეკულების სივრცითი სტრუქტურის შესწავლას და ამ სტრუქტურის გავლენას ნივთიერების ფიზიკურ და ქიმიურ თვისებებზე, მათი რეაქციების მიმართულებასა და სიჩქარეზე.

კონფორმაციები (ბრუნვის იზომერიზმი).

უმარტივესი ორგანული ნახშირწყალბადიდან, მეთანიდან, მის უახლოეს ჰომოლოგზე, ეთანზე გადასვლა ქმნის სივრცითი სტრუქტურის პრობლემებს, რომელთა გადაწყვეტისთვის საკმარისი არ არის ადრე განხილული პარამეტრების ცოდნა. ბმის კუთხეების ან ბმის სიგრძის შეცვლის გარეშე, შეიძლება წარმოვიდგინოთ ეთანის მოლეკულის მრავალი გეომეტრიული ფორმა, რომლებიც ერთმანეთისგან განსხვავდებიან ნახშირბადის ტეტრაედრების ორმხრივი ბრუნვით C-C ბმის გარშემო. ამ ბრუნვის შედეგად, მბრუნავი იზომერები (კონფორმატორები) . სხვადასხვა კონფორმატორების ენერგია არ არის იგივე, მაგრამ ენერგეტიკული ბარიერი, რომელიც ჰყოფს სხვადასხვა მბრუნავ იზომერებს, მცირეა ორგანული ნაერთების უმეტესობისთვის. ამიტომ, ჩვეულებრივ პირობებში, როგორც წესი, შეუძლებელია მოლეკულების დაფიქსირება ერთ მკაცრად განსაზღვრულ კონფორმაციაში. როგორც წესი, რამდენიმე ბრუნვის ფორმა, რომლებიც ადვილად გარდაიქმნება ერთმანეთში, თანაარსებობს წონასწორობაში.

განვიხილოთ კონფორმაციების გრაფიკული წარმოდგენის გზები და მათი ნომენკლატურა. ეთანის მოლეკულისთვის შეიძლება ვიწინასწარმეტყველოთ ორი კონფორმაციის არსებობა, რომლებიც ენერგიით მაქსიმალურად განსხვავდებიან. ისინი ნაჩვენებია ქვემოთ, როგორც პერსპექტიული პროგნოზები (1) ("სახერხებლის თხა"), გვერდითი პროგნოზები (2) და ნიუმენის ფორმულები .

მარცხნივ ნაჩვენები კონფორმაცია ე.წ დაბნელებული . ეს სახელი გვახსენებს, რომ ორივე CH 3 ჯგუფის წყალბადის ატომები ერთმანეთის საპირისპიროა. დაბნელებულმა კონფორმაციამ გაზარდა შიდა ენერგია და, შესაბამისად, არახელსაყრელია. მარჯვნივ ნაჩვენები კონფორმაცია ე.წ დათრგუნული , რაც გულისხმობს იმას, რომ თავისუფალი ბრუნვა C-C ბმის ირგვლივ "ინჰიბირებულია" ამ პოზიციაზე, ე.ი. მოლეკულა უპირატესად ამ კონფორმაციით არსებობს.

რაც უფრო რთული ხდება მოლეკულა, იზრდება შესაძლო კონფორმაციების რაოდენობა. დიახ, ამისთვის ნ-ბუტანი უკვე შეიძლება გამოსახული იყოს ექვს კონფორმაციით, რომლებიც განსხვავდება CH 3 ჯგუფების შედარებითი განლაგებით, ე.ი. როტაცია ცენტრალური კავშირის გარშემო C-C. ქვემოთ, n-ბუტანის კონფორმაციები გამოსახულია ნიუმენის პროგნოზების სახით. მარცხნივ (დაჩრდილული) ნაჩვენები კონფორმაციები ენერგიულად არახელსაყრელია, პრაქტიკულად რეალიზებულია მხოლოდ დათრგუნული.

ბუტანის სხვადასხვა დაბნელებული და დათრგუნული კონფორმაციები ენერგიით ერთნაირი არ არის. ყველა კონფორმაციის შესაბამისი ენერგია წარმოიქმნება ცენტრალური C-C ბმის გარშემო ბრუნვის დროს.

ამრიგად, კონფორმაციები არის მოლეკულის სხვადასხვა სივრცითი ფორმა, რომელსაც აქვს გარკვეული კონფიგურაცია. კონფორმერები არის სტერეოიზომერული სტრუქტურები, რომლებიც შეესაბამება პოტენციური ენერგიის დიაგრამაზე ენერგეტიკულ მინიმუმებს, არიან მობილურ წონასწორობაში და შეუძლიათ მარტივი ბმების გარშემო ბრუნვის გზით.

ზოგჯერ ასეთი გარდაქმნების ბარიერი საკმარისად მაღალი ხდება სტერეოიზომერული ფორმების განცალკევებისთვის (მაგალითად, ოპტიკურად აქტიური ბიფენილები). ასეთ შემთხვევებში ისინი აღარ საუბრობენ კონფორმატორებზე, არამედ რეალურად არსებულზე სტერეოიზომერები .

გეომეტრიული იზომერიზმი.

ორმაგი ბმის სიხისტის მნიშვნელოვანი შედეგი (მის გარშემო ბრუნვის არარსებობა) არის არსებობა გეომეტრიული იზომერები . მათგან ყველაზე გავრცელებულია ცის-, ტრანს-იზომერები ეთილენის სერიის ნაერთები, რომლებიც შეიცავს არათანაბარ შემცვლელებს უჯერი ატომებზე. უმარტივესი მაგალითია ბუტენ-2-ის იზომერები.

გეომეტრიულ იზომერებს აქვთ იგივე ქიმიური სტრუქტურა, განსხვავდებიან ატომების სივრცითი განლაგებით, ე.ი. ავტორი კონფიგურაციები . ეს განსხვავება ქმნის განსხვავებას ფიზიკურ (ასევე ქიმიურ) თვისებებში. გეომეტრიული იზომერები, კონფორმერებისგან განსხვავებით, შეიძლება იზოლირებული იყოს სუფთა სახით და არსებობდეს როგორც ინდივიდუალური სტაბილური ნივთიერებები. მათი ურთიერთ გარდაქმნისთვის საჭიროა 125–170 კჯ/მოლი რიგის ენერგია, რომელიც შეიძლება უზრუნველყოფილი იყოს გათბობით ან დასხივებით.

უმარტივეს შემთხვევებში, გეომეტრიული იზომერების ნომენკლატურა არ წარმოადგენს რაიმე სირთულეს: cis- ფორმები არის გეომეტრიული იზომერები, რომლებშიც იდენტური შემცვლელები დევს pi კავშირის სიბრტყის იმავე მხარეს, ტრანსი- იზომერებს აქვთ იდენტური შემცვლელები პი ბონდის სიბრტყის სხვადასხვა მხარეს. უფრო რთულ შემთხვევებში გამოიყენება Z, E-ნომენკლატურა . მისი მთავარი პრინციპი: მიუთითეთ კონფიგურაცია cis-(Z, გერმანულიდან Zusammen - ერთად) ან ტრანსი-(E, გერმანული Entgegen-დან - მოპირდაპირე) მდებარეობა უფროსი მოადგილეები ორმაგი კავშირით.

Z,E სისტემაში უფრო მაღალი ატომური ნომრის შემცვლელები ითვლება უფროსად. თუ უჯერი ნახშირბადთან უშუალოდ დაკავშირებული ატომები იგივეა, მაშინ ისინი გადადიან "მეორე ფენაზე", საჭიროების შემთხვევაში - "მესამე ფენაზე" და ა.შ.

3. ოპტიკური იზომერიზმი (ენანტიომერიზმი).

ორგანულ ნაერთებს შორის არის ნივთიერებები, რომლებსაც შეუძლიათ სინათლის პოლარიზაციის სიბრტყის ბრუნვა. ამ ფენომენს ოპტიკურ აქტივობას უწოდებენ და შესაბამის ნივთიერებებს ოპტიკურად აქტიური . ოპტიკურად აქტიური ნივთიერებები გვხვდება წყვილებში ოპტიკური ანტიპოდები - იზომერები, რომელთა ფიზიკური და ქიმიური თვისებები ნორმალურ პირობებში ერთნაირია, გარდა ერთისა - პოლარიზაციის სიბრტყის ბრუნვის ნიშნისა. (თუ ერთ-ერთ ოპტიკურ ანტიპოდს აქვს, მაგალითად, სპეციფიკური ბრუნვა +20 o, მაშინ მეორეს აქვს სპეციფიკური ბრუნი -20 o).

პროექციის ფორმულები.

სიბრტყეზე ასიმეტრიული ატომის პირობითად გამოსასახავად გამოიყენეთ E. Fisher-ის საპროექციო ფორმულები . ისინი მიიღება იმ ატომების სიბრტყეზე პროექციის გზით, რომლებთანაც დაკავშირებულია ასიმეტრიული ატომი. ამ შემთხვევაში, თავად ასიმეტრიული ატომი ჩვეულებრივ გამოტოვებულია, ინარჩუნებს მხოლოდ გადამკვეთ ხაზებს და შემცვლელ სიმბოლოებს. შემცვლელების სივრცითი განლაგების დასამახსოვრებლად, გატეხილი ვერტიკალური ხაზი ხშირად ინახება პროექციის ფორმულებში (ზედა და ქვედა შემცვლელები ამოღებულია ნახატის სიბრტყის მიღმა), მაგრამ ეს ხშირად არ კეთდება. მარცხენა მოდელი წინა ფიგურაში:

აქ მოცემულია პროექციის ფორმულების რამდენიმე მაგალითი:

(+)-ალანინი(-)2-ბუტანოლ(+)-გლიცერალდეჰიდი

ნივთიერებების სახელები აჩვენებს მათ ბრუნვის ნიშნებს. ეს ნიშნავს, რომ, მაგალითად, აქვს ბუტანოლ-2-ის მარცხენა ანტიპოდი სივრცითი კონფიგურაცია, გამოხატულია ზუსტად ზემოაღნიშნული ფორმულით და მისი სარკისებური გამოსახულება შეესაბამება დექსტროროტორულ ბუტანოლ-2-ს. კონფიგურაციის განმარტებაოპტიკური ანტიპოდები ტარდება ექსპერიმენტულად.

პრინციპში, თითოეული ოპტიკური ანტიპოდი შეიძლება გამოსახული იყოს თორმეტი (!) სხვადასხვა პროექციის ფორმულით - იმის მიხედვით, თუ როგორ მდებარეობს მოდელი პროექციის აგებისას, რომელი მხრიდან ვუყურებთ მას. პროექციის ფორმულების სტანდარტიზაციის მიზნით, შემოღებულ იქნა მათი დაწერის გარკვეული წესები. ამრიგად, მთავარი ფუნქცია, თუ ის არის ჯაჭვის ბოლოს, ჩვეულებრივ მოთავსებულია ზედა, მთავარი ჯაჭვი გამოსახულია ვერტიკალურად.

„არასტანდარტული“ წერილობითი პროექციის ფორმულების შესადარებლად, თქვენ უნდა იცოდეთ პროექციის ფორმულების ტრანსფორმაციის შემდეგი წესები, „არასტანდარტული“ დაწერილი პროექციის ფორმულების შესადარებლად საჭიროა იცოდეთ პროექციის ფორმულების ტრანსფორმაციის შემდეგი წესები.

1. ფორმულები შეიძლება შემობრუნდეს 180°-ით ნახატის სიბრტყეში მათი სტერეოქიმიური მნიშვნელობის შეცვლის გარეშე:

2. შემცვლელების ორი (ან ნებისმიერი ლუწი რიცხვი) გადაწყობა ერთ ასიმეტრიულ ატომზე არ ცვლის ფორმულის სტერეოქიმიურ მნიშვნელობას:

3. ასიმეტრიულ ცენტრში შემცვლელების ერთი (ან კენტი რიცხვი) პერმუტაცია იწვევს ოპტიკური ანტიპოდის ფორმულას:

4. 90°-იანი ბრუნვა სახატავ სიბრტყეში აქცევს ფორმულას ანტიპოდელად, გარდა იმ შემთხვევისა, როდესაც არ იცვლება შემცვლელების მდებარეობის პირობა სახატავი სიბრტყის მიმართ, ე.ი. არ გაითვალისწინოთ, რომ ახლა გვერდითი შემცვლელები განლაგებულია ნახაზის სიბრტყის უკან, ხოლო ზედა და ქვედა - მის წინ. თუ იყენებთ ფორმულას წერტილოვანი ხაზით, მაშინ წერტილოვანი ხაზის შეცვლილი ორიენტაცია პირდაპირ შეგახსენებთ ამას:

5. პერმუტაციების ნაცვლად, პროექციის ფორმულები შეიძლება გარდაიქმნას ნებისმიერი სამი შემცვლელის საათის ისრის ან საწინააღმდეგო ისრის მიმართულებით როტაციით; მეოთხე შემცვლელი არ ცვლის თავის პოზიციას (ეს ოპერაცია უდრის ორ გადაწყობას):

6. საპროექციო ფორმულები არ შეიძლება იყოს მიღებული ნახაზის სიბრტყიდან.

რაკემატები.

თუ ნივთიერების ფორმულა შეიცავს ასიმეტრიულ ატომს, ეს არ ნიშნავს, რომ ასეთ ნივთიერებას ექნება ოპტიკური აქტივობა. თუ ნორმალური რეაქციის დროს წარმოიქმნება ასიმეტრიული ცენტრი (ჩანაცვლება CH 2 ჯგუფში, დამატება ორმაგ ბმაზე და ა.შ.), მაშინ ორივე ანტიპოდური კონფიგურაციის შექმნის ალბათობა იგივეა. ამიტომ, მიუხედავად თითოეული ცალკეული მოლეკულის ასიმეტრიისა, მიღებული ნივთიერება აღმოჩნდება ოპტიკურად არააქტიური. ამ სახის ოპტიკურად არააქტიურ მოდიფიკაციას, რომელიც შედგება ორივე ანტიპოდის თანაბარი რაოდენობით, ე.წ რბოლები.

სხვა სახის ოპტიკურად აქტიური ნივთიერებები.

ამ განყოფილებაში ჩამოთვლილია ორგანული ნაერთების სხვა კლასები, რომლებიც ასევე ავლენენ ოპტიკურ აქტივობას (ანუ, ოპტიკური ანტიპოდების წყვილის სახით არსებობს).

ნახშირბადის ატომს არ აქვს მონოპოლია ორგანული ნაერთების მოლეკულებში ქირალური ცენტრების შექმნაზე. ქირალობის ცენტრი ასევე შეიძლება იყოს სილიციუმის, კალის და ტეტრაკოვალენტური აზოტის ატომები მეოთხეულ ამონიუმის მარილებში და მესამეული ამინის ოქსიდებში:

ამ ნაერთებში ასიმეტრიის ცენტრს აქვს ტეტრაედრული კონფიგურაცია, ისევე როგორც ასიმეტრიული ნახშირბადის ატომი. თუმცა, ასევე არსებობს ნაერთები ქირალური ცენტრის განსხვავებული სივრცითი სტრუქტურით.

პირამიდული კონფიგურაცია არის ქირალური ცენტრები, რომლებიც წარმოიქმნება სამვალენტიანი აზოტის, ფოსფორის, დარიშხანის, ანტიმონისა და გოგირდის ატომებით. პრინციპში, ასიმეტრიის ცენტრი შეიძლება ჩაითვალოს ტეტრაედრად, თუ ჰეტეროატომის მარტოხელა ელექტრონული წყვილი მიიღება მეოთხე შემცვლელად:

ასევე შეიძლება მოხდეს ოპტიკური აქტივობა გარეშე ქირალური ცენტრი, მთლიანი მოლეკულის სტრუქტურის ქირალურობის გამო ( მოლეკულური ქირალობა ან მოლეკულური ასიმეტრია ). ყველაზე ტიპიური მაგალითებია ყოფნა ქირალური ღერძი ან ქირალური თვითმფრინავი .

ქირალური ღერძი ჩნდება, მაგალითად, ალენებში, რომლებიც შეიცავს სხვადასხვა შემცვლელს sp 2- ჰიბრიდული ნახშირბადის ატომები. ადვილი მისახვედრია, რომ ქვემოთ მოცემული ნაერთები შეუთავსებელი სარკისებური გამოსახულებაა და, შესაბამისად, ოპტიკური ანტიპოდები:

ქირალური ღერძის მქონე ნაერთების კიდევ ერთი კლასი არის ოპტიკურად აქტიური ბიფენილები, რომლებსაც აქვთ ორთო- პოზიციებს აქვთ მოცულობითი შემცვლელები, რომლებიც აფერხებენ თავისუფალ ბრუნვას C-C ბმის გარშემო, რომელიც აკავშირებს ბენზოლის რგოლებს:

ქირალური თვითმფრინავი ახასიათებს ის ფაქტი, რომ შეიძლება გამოიყოს "ზედა" და "ქვედა", ასევე "მარჯვენა" და "მარცხენა" მხარეები. ქირალური სიბრტყით ნაერთების მაგალითია ოპტიკურად აქტიური ტრანსი-ციკლოოქტენი და ოპტიკურად აქტიური ფეროცენის წარმოებული:

დიასტერეომერიზმი.

რამდენიმე ასიმეტრიული ატომის მქონე ნაერთებს აქვთ მნიშვნელოვანი მახასიათებლები, რაც განასხვავებს მათ ადრე განხილული უფრო მარტივი ოპტიკურად აქტიური ნივთიერებებისგან ასიმეტრიის ერთი ცენტრით.

დავუშვათ, რომ გარკვეული ნივთიერების მოლეკულაში არის ორი ასიმეტრიული ატომი; დავარქვათ მათ პირობითად A და B. ადვილი მისახვედრია, რომ შესაძლებელია მოლეკულები შემდეგი კომბინაციებით:

	((-)	((-)		((-)	((+)
მოლეკულა 1	ფ ა		მოლეკულა 3	აა	BB
	((+)	((+)		((+)	((-)
მოლეკულა 2	აა	BB	მოლეკულა 4	აა	BB

1 და 2 მოლეკულები არის ოპტიკური ანტიპოდების წყვილი; იგივე ეხება 3 და 4 მოლეკულების წყვილს. თუ შევადარებთ მოლეკულებს სხვადასხვა წყვილი ანტიპოდებიდან - 1 და 3, 1 და 4, 2 და 3, 2 და 4 - ერთმანეთს, მაშინ დავინახავთ, რომ ჩამოთვლილი წყვილები არ არის ოპტიკური ანტიპოდები: ერთი ასიმეტრიული ატომის კონფიგურაცია იგივეა, მეორის კონფიგურაცია არ არის იგივე. ეს წყვილები არიან დიასტერეომერები , ე.ი. სივრცითი იზომერები, არა ქმნიან ოპტიკურ ანტიპოდებს ერთმანეთთან.

დიასტერეომერები ერთმანეთისგან განსხვავდებიან არა მხოლოდ ოპტიკური ბრუნვით, არამედ ყველა სხვა ფიზიკური მუდმივობითაც: მათ აქვთ სხვადასხვა დნობის და დუღილის წერტილი, განსხვავებული ხსნადობა და ა.შ. .

ამ ტიპის ნაერთის მაგალითია ქლორომალის მჟავა

მის სტერეოიზომერულ ფორმებს აქვთ შემდეგი პროექციის ფორმულები:

ერითრო-ფორმები ტრიო-ფორმები

ტიტულები ერითრო- და სამეული- მომდინარეობს ნახშირწყლების ერითროზის და თრეოზის სახელებიდან. ეს სახელები გამოიყენება ორი ასიმეტრიული ატომის მქონე ნაერთებში შემცვლელების ფარდობითი პოზიციის დასადგენად: ერითრო - იზომერებიისინი არიან ისეთები, რომელთათვისაც ორი იდენტური გვერდითი შემცვლელი ჩანს სტანდარტული პროექციის ფორმულაში ერთ მხარეს (მარჯვნივ ან მარცხნივ); სამეული - იზომერებიაქვს იდენტური გვერდითი შემცვლელები პროექციის ფორმულის სხვადასხვა მხარეს. ორი ერითრო-იზომერები არის ოპტიკური ანტიპოდების წყვილი; მათი შერევისას წარმოიქმნება რაზმატი. ოპტიკური იზომერების წყვილი არის და ტრიო-ფორმები; შერევისას ისინი ასევე წარმოქმნიან რაცემატს, რომელიც თვისებებით განსხვავდება რაცემატისგან ერითრო-ფორმები. ამრიგად, სულ არის ქლორმალის მჟავას ოთხი ოპტიკურად აქტიური იზომერი და ორი რაცემატი.

ასიმეტრიული ცენტრების რაოდენობის შემდგომი მატებასთან ერთად იზრდება სივრცითი იზომერების რაოდენობა და ყოველი ახალი ასიმეტრიული ცენტრი აორმაგებს იზომერების რაოდენობას. იგი განისაზღვრება ფორმულით 2 n, სადაც n არის ასიმეტრიული ცენტრების რაოდენობა.

სტერეოიზომერების რაოდენობა შეიძლება შემცირდეს ზოგიერთ სტრუქტურაში ნაწილობრივი სიმეტრიის გამო. ამის მაგალითია ღვინის მჟავა, რომელშიც ცალკეული სტერეოიზომერების რაოდენობა მცირდება სამამდე. მათი პროექციის ფორმულები:

ფორმულა I იდენტურია Ia ფორმულისა, ვინაიდან იგი გარდაიქმნება მასში ნახატის სიბრტყეში 180°-ით ბრუნვისას და, შესაბამისად, არ წარმოადგენს ახალ სტერეოიზომერს. ამ ოპტიკურად არააქტიურ მოდიფიკაციას ე.წ მეზო ფორმა . მეზო-ყველა ოპტიკურად აქტიურ ნივთიერებას აქვს რამდენიმე იდენტური (ანუ, იდენტურ შემცვლელებთან დაკავშირებული) ასიმეტრიული ცენტრის ფორმები. პროექციის ფორმულები მეზო-ფორმები ყოველთვის შეიძლება ამოვიცნოთ იმით, რომ ისინი შეიძლება დაიყოს ჰორიზონტალური ხაზით ორ ნაწილად, რომლებიც, ქაღალდზე დაწერისას, ფორმალურად იდენტურია, მაგრამ სინამდვილეში ასახულია:

II და III ფორმულები ასახავს ღვინის მჟავას ოპტიკურ ანტიპოდებს; მათი შერევისას წარმოიქმნება ოპტიკურად არააქტიური რაზმატი - ყურძნის მჟავა.

ოპტიკური იზომერების ნომენკლატურა.

ოპტიკური ანტიპოდების ნომენკლატურის უმარტივესი, უძველესი, მაგრამ ჯერ კიდევ გამოყენებული სისტემა ემყარება წოდებული ანტიპოდის საპროექციო ფორმულის შედარებას გარკვეული სტანდარტული ნივთიერების საპროექციო ფორმულასთან, რომელიც არჩეულია „გასაღად“. დიახ, ამისთვისა-ჰიდროქსი მჟავები და ა-ამინომჟავები, მთავარია მათი პროექციის ფორმულის ზედა ნაწილი (სტანდარტული ნოტაციით):

L-ჰიდროქსი მჟავები (X = OH) D-ჰიდროქსი მჟავები (X = OH)

L-ამინომჟავები (X = NH 2) D-ამინომჟავები (X = NH 2)

ყველა კონფიგურაციაა- ჰიდროქსი მჟავები, რომლებსაც აქვთ ჰიდროქსილის ჯგუფი მარცხნივ ფიშერის პროექციის სტანდარტულ ფორმულაში, აღინიშნება ნიშნით ლ; თუ ჰიდროქსილი მდებარეობს პროექციის ფორმულაში მარჯვნივ - ნიშანი დ

შაქრის კონფიგურაციის განსაზღვრის გასაღები არის გლიცერალდეჰიდი:

L-(-)-გლიცერალდეჰიდი D-(+)-გლიცერალდეჰიდი

შაქრის მოლეკულებში აღნიშვნა D-ან L-ეხება კონფიგურაციას ქვედაასიმეტრიული ცენტრი.

სისტემა D-,L-აღნიშვნას აქვს მნიშვნელოვანი ნაკლოვანებები: პირველ რიგში, აღნიშვნა D-ან L-მიუთითებს მხოლოდ ერთი ასიმეტრიული ატომის კონფიგურაციაზე; მეორეც, ზოგიერთი ნაერთისთვის მიიღება სხვადასხვა სიმბოლოები, იმისდა მიხედვით, არის თუ არა გასაღები გლიცერალდეჰიდის ან ჰიდროქსიმჟავის აღებისას, მაგალითად:

ძირითადი სისტემის ეს ნაკლოვანებები ზღუდავს მის გამოყენებას ამჟამად ოპტიკურად აქტიური ნივთიერებების სამი კლასით: შაქარი, ამინომჟავები და ჰიდროქსი მჟავები. განკუთვნილია ზოგადი გამოყენებისთვის R,S- სისტემა კანი, ინგოლდი და პრელოგი.

ოპტიკური ანტიპოდის R- ან S- კონფიგურაციის დასადგენად, აუცილებელია შემცვლელთა ტეტრაედრის მოწყობა ნახშირბადის ასიმეტრიული ატომის გარშემო ისე, რომ ყველაზე დაბალი შემცვლელს (ჩვეულებრივ წყალბადს) ჰქონდეს მიმართულება „დამკვირვებლისგან შორს“. მაშინ, თუ მოძრაობა სამი დარჩენილი შემცვლელის წრეში გადასვლისას ხდება უფროსიდან საშუალო ასაკით და შემდეგ უმცროსამდე. საათის საწინააღმდეგოდ - ესს -იზომერი (ასოცირდება ხელის იგივე მოძრაობასთან ასო S-ის წერისას), თუ საათის ისრის მიმართულებით - ეს R- იზომერი (ასოცირდება ხელის მოძრაობასთან ასო R-ის წერისას).

ასიმეტრიულ ატომზე შემცვლელების ხანდაზმულობის დასადგენად გამოიყენება ატომური რიცხვების გამოთვლის წესები, რომლებიც უკვე განვიხილეთ გეომეტრიული იზომერების Z,E ნომენკლატურასთან დაკავშირებით.

პროექციის ფორმულის მიხედვით R, S-ნოტაციების შესარჩევად აუცილებელია ლუწი რაოდენობის პერმუტაციებით (რომლებიც, როგორც ვიცით, არ ცვლის ფორმულის სტერეოქიმიურ მნიშვნელობას), ჩაანაცვლოთ შემცვლელები ისე, რომ ყველაზე ახალგაზრდა ისინი (ჩვეულებრივ წყალბადი) არის პროექციის ფორმულის ბოლოში. შემდეგ დანარჩენი სამი შემცვლელის ასაკი, რომელიც ეცემა საათის ისრის მიმართულებით, შეესაბამება აღნიშვნას R, საათის ისრის საწინააღმდეგოდ - აღნიშვნას S:

5. სტერეოიზომერების მიღების მეთოდები

სუფთა სტერეოიზომერების მიღება მნიშვნელოვანი ამოცანაა, რადგან, როგორც წესი, სტერეოიზომერული ფორმებიდან მხოლოდ ერთია ბიოლოგიურად აქტიური. ამასობაში ნორმალურ პირობებში, როგორც წესი, წარმოიქმნება სტერეოიზომერების ნარევები - დიასტერეომერები ან ოპტიკური ანტიპოდები. სუფთა სტერეოიზომერული ფორმების მისაღებად ეს ნარევები.

სამგანზომილებიანი მოლეკულის პროექცია სიბრტყეზე

ფიშერის პროექცია (ფიშერის პროექციის ფორმულა, ფიშერის ფორმულა) - სამგანზომილებიანი მოლეკულის პროექციის სახით გამოსახვის მეთოდი, რომლის დროსაც ვერტიკალური ბმები ამოღებულია პროექციის სიბრტყის მიღმა და ჰორიზონტალური ბმები გამოდის ამ სიბრტყის წინ. ეს ფორმულები შემოგვთავაზა ე. ფიშერმა 1891 წელს ნახშირწყლების სტრუქტურების გამოსასახად. ფიშერის პროგნოზების გამოყენება არანახშირწყლოვანი მოლეკულებისთვის შეიძლება იყოს შეცდომაში შემყვანი და არ არის რეკომენდებული IUPAC-ის მიერ.

მშენებლობა

ფიშერის პროექციაში ქიმიური ბმები გამოსახულია ჰორიზონტალური და ვერტიკალური ხაზების სახით, რომელთა გადაკვეთაზე არის სტერეოცენტრები. ნახშირბადის ჩონჩხი გამოსახულია ვერტიკალურად, თავზე ნახშირბადის ატომით, საიდანაც იწყება ჩონჩხის ნუმერაცია (მაგალითად, ალდეჰიდის ატომი ალდოზებისთვის). გარდა ამისა, ფიშერის პროექციაში ყველა ჰორიზონტალური კავშირი მიმართულია დამკვირვებლისკენ და ვერტიკალური კავშირები ამოღებულია დამკვირვებლისგან. ეს პირობა მნიშვნელოვანია ფიშერის პროექციის სწორი კონსტრუქციისთვის, ასევე მოლეკულის სამგანზომილებიანი სტრუქტურის რეკონსტრუქციისთვის მისი პროექციიდან. ამ მიზეზით, ფიშერის პროექცია არ შეიძლება შემობრუნდეს 90° ან 270°-ით, რადგან ეს გამოიწვევს სტერეოცენტრების კონფიგურაციის ცვლილებას. IUPAC-ის მითითებების თანახმად, წყალბადის ატომები უნდა იყოს გამოსახული ცალსახად, მაგრამ სტრუქტურები წყალბადის ატომების გარეშე ასევე ითვლება მისაღები.

3D ჩანაწერის აღდგენა

ფიშერის პროექციისგან მოლეკულის სივრცითი ფორმის აღსადგენად აუცილებელია დამკვირვებლისკენ მიმართული ჰორიზონტალური ბმები (სქელი სოლი) და ვერტიკალური ბმები - გამოსახულების სიბრტყის მიღმა (დატეხილი სოლი). შემდეგი, თქვენ შეგიძლიათ გამოსახოთ მოლეკულა ნებისმიერი სამგანზომილებიანი წარმოდგენით.

გამოყენება

ფიშერის პროგნოზები ყველაზე ფართოდ გამოიყენება მონოსაქარიდების, ასევე ამინომჟავების სტრუქტურული ფორმულების შესაქმნელად. ისინი ასევე ქმნიან d/l ნომენკლატურის საფუძველს, რომელიც გამოიყენება ამ ბუნებრივი ნაერთების ენანტიომერების გამოსაყოფად.

თავი 7. ორგანული ნაერთების მოლეკულების სტრუქტურის სტერეოქიმიური საფუძვლები

თავი 7. ორგანული ნაერთების მოლეკულების სტრუქტურის სტერეოქიმიური საფუძვლები

სტერეოქიმია (ბერძნულიდან. სტერეოები- სივრცითი) არის „ქიმია სამ განზომილებაში“. მოლეკულების უმეტესობა სამგანზომილებიანია (სამგანზომილებიანი, შემოკლებით 3D). სტრუქტურული ფორმულები ასახავს მოლეკულის ორგანზომილებიან (2D) სტრუქტურას, მათ შორის ატომების რაოდენობას, ტიპს და შემაკავშირებელ თანმიმდევრობას. შეგახსენებთ, რომ ნაერთებს, რომლებსაც აქვთ ერთი და იგივე შემადგენლობა, მაგრამ განსხვავებული ქიმიური სტრუქტურა, ეწოდება სტრუქტურული იზომერები (იხ. 1.1). მოლეკულის სტრუქტურის უფრო ფართო კონცეფცია (ზოგჯერ ფიგურალურად უწოდებენ მოლეკულურ არქიტექტურას), ქიმიური სტრუქტურის კონცეფციასთან ერთად, მოიცავს სტერეოქიმიურ კომპონენტებს - კონფიგურაციას და კონფორმაციას, რომელიც ასახავს სივრცულ სტრუქტურას, ანუ მოლეკულის სამგანზომილებიანობას. მოლეკულები, რომლებსაც აქვთ იგივე ქიმიური სტრუქტურა, შეიძლება განსხვავდებოდეს სივრცითი აგებულებით, ანუ არსებობდეს სივრცითი იზომერების სახით - სტერეოიზომერები.

მოლეკულების სივრცითი სტრუქტურა არის ატომების და ატომური ჯგუფების შედარებითი განლაგება სამგანზომილებიან სივრცეში.

სტერეოიზომერები არის ნაერთები, რომლებშიც მოლეკულებს აქვთ ატომების ქიმიური ბმების ერთი და იგივე თანმიმდევრობა, მაგრამ ამ ატომების განსხვავებული მდებარეობა ერთმანეთთან შედარებით სივრცეში.

თავის მხრივ, სტერეოიზომერები შეიძლება იყოს კონფიგურაციადა კონფორმაციული იზომერები,ანუ იცვლება შესაბამისად კონფიგურაციადა კონფორმაცია.

7.1. კონფიგურაცია

კონფიგურაცია არის ატომების განლაგების წესრიგი სივრცეში, ცალკეული ბმების გარშემო ბრუნვის შედეგად გამოწვეული განსხვავებების გათვალისწინების გარეშე.

კონფიგურაციის იზომერებს შეუძლიათ ერთმანეთში გარდაქმნან ზოგიერთის გატეხვით და სხვა ქიმიური ბმების წარმოქმნით და შეიძლება ცალკე არსებობდეს ცალკეული ნაერთების სახით. ისინი იყოფა ორ ძირითად ტიპად - ენანტიომერებიდა დიასტერეომერები.

7.1.1. ენანტიომერიზმი

ენანტიომერები არის სტერეოიზომერები, რომლებიც დაკავშირებულია ერთმანეთთან, როგორც ობიექტი და შეუთავსებელი სარკისებური გამოსახულება.

მათ შეუძლიათ მხოლოდ ენანტიომერების სახით არსებობა ქირალურიმოლეკულები.

ქირალურობა არის ობიექტის თვისება, რომ არ იყოს თავსებადი მის სარკისებურ გამოსახულებასთან. ქირალი (ბერძნულიდან. cheir- ხელი), ან ასიმეტრიული, ობიექტები არის მარცხენა და მარჯვენა ხელი, ასევე ხელთათმანები, ჩექმები და ა.შ. ეს დაწყვილებული ობიექტები წარმოადგენს ობიექტს და მის სარკის სურათს (ნახ. 7.1, ა). ასეთი ნივთები არ შეიძლება მთლიანად ერთმანეთთან შერწყმული.

ამავდროულად, ჩვენს ირგვლივ არის მრავალი ობიექტი, რომელიც თავსებადია მათ სარკისებურ გამოსახულებასთან, ე.ი. აქირალური(სიმეტრიული), როგორიცაა თეფშები, კოვზები, ჭიქები და ა.შ. აქირალურ ობიექტებს აქვთ მინიმუმ ერთი სიმეტრიის სიბრტყე,რომელიც ყოფს ობიექტს ორ სარკისებრ იდენტურ ნაწილად (იხ. სურ. 7.1, ბ).

მსგავსი ურთიერთობები შეინიშნება მოლეკულების სამყაროშიც, ანუ მოლეკულები იყოფა ქირალურ და აქირალურ. აქირალურ მოლეკულებს აქვთ სიმეტრიის სიბრტყეები, ქირალურ მოლეკულებს არა.

ქირალურ მოლეკულებს აქვთ ერთი ან მეტი ქირალურობის ცენტრი. ორგანულ ნაერთებში ყველაზე ხშირად მოქმედებს ქირალობის ცენტრი ასიმეტრიული ნახშირბადის ატომი.

ბრინჯი. 7.1.ქირალური ობიექტის (a) ანარეკლი სარკეში და სიმეტრიის სიბრტყე, რომელიც ჭრის აქირალურ საგანს (b)

ასიმეტრიული ნახშირბადის ატომი არის ის, რომელიც დაკავშირებულია ოთხ სხვადასხვა ატომთან ან ჯგუფთან.

მოლეკულის სტერეოქიმიური ფორმულის გამოსახვისას ჩვეულებრივ გამოტოვებულია სიმბოლო "C" ასიმეტრიული ნახშირბადის ატომისთვის.

იმის დასადგენად, არის თუ არა მოლეკულა ქირალური თუ აქირალური, არ არის საჭირო მისი გამოსახვა სტერეოქიმიური ფორმულით, საკმარისია გულდასმით გავითვალისწინოთ მასში შემავალი ნახშირბადის ატომები. თუ არსებობს მინიმუმ ერთი ნახშირბადის ატომი ოთხი განსხვავებული შემცვლელით, მაშინ ეს ნახშირბადის ატომი ასიმეტრიულია და მოლეკულა, იშვიათი გამონაკლისების გარდა (იხ. 7.1.3), არის ქირალური. ამრიგად, ორი სპირტიდან - პროპანოლ-2 და ბუტანოლ-2 - პირველი არის აქირალური (ორი CH 3 ჯგუფი C-2 ატომზე), მეორე კი ქირალური, რადგან მის მოლეკულაში C-2 ატომში ოთხივე შემცვლელები განსხვავებულია (N, OH, CH 3 და C 2 H 5). ასიმეტრიული ნახშირბადის ატომი ზოგჯერ აღინიშნება ვარსკვლავით (C*).

შესაბამისად, 2-ბუტანოლის მოლეკულას შეუძლია არსებობდეს როგორც ენანტიომერების წყვილი, რომლებიც არ არიან თავსებადი სივრცეში (ნახ. 7.2).

ბრინჯი. 7.2.ქირალური ბუტანოლ-2-ის მოლეკულების ენანტიომერები შეუთავსებელია

ენანტიომერების თვისებები. ენანტიომერებს აქვთ იგივე ქიმიური და ფიზიკური თვისებები (დნობის და დუღილის წერტილები, სიმკვრივე, ხსნადობა და ა.შ.), მაგრამ ავლენენ განსხვავებულს. ოპტიკური აქტივობა,ანუ პოლარიზებული სინათლის სიბრტყის გადახრის უნარი*.

როდესაც ასეთი სინათლე გადის ერთ-ერთი ენანტიომერის ხსნარში, პოლარიზაციის სიბრტყე გადაიხრება მარცხნივ, მეორე - მარჯვნივ იგივე α კუთხით. სტანდარტულ პირობებამდე შემცირებული α კუთხის მნიშვნელობა არის ოპტიკურად აქტიური ნივთიერების მუდმივი და ე.წ სპეციფიკური როტაცია[α]. მარცხნივ ბრუნვა აღინიშნება მინუს ნიშნით (-), მარჯვნივ ბრუნვა აღინიშნება პლუს ნიშნით (+), ხოლო ენანტიომერებს უწოდებენ მარცხნივ და მარჯვნივ ბრუნვას.

ენანტიომერების სხვა სახელები დაკავშირებულია ოპტიკური აქტივობის გამოვლინებასთან - ოპტიკური იზომერები ან ოპტიკური ანტიპოდები.

თითოეულ ქირალურ ნაერთს შეიძლება ჰქონდეს მესამე, ოპტიკურად არააქტიური ფორმა - რასემატიკრისტალური ნივთიერებებისთვის, ეს ჩვეულებრივ არ არის მხოლოდ ორი ენანტიომერის კრისტალების მექანიკური ნაზავი, არამედ ახალი მოლეკულური სტრუქტურა, რომელიც წარმოიქმნება ენანტიომერების მიერ. რაცემატები ოპტიკურად არააქტიურია, რადგან ერთი ენატიომერის მარცხენა ბრუნვა კომპენსირდება მეორის თანაბარი რაოდენობის მარჯვენა ბრუნვით. ამ შემთხვევაში, ნაერთის სახელწოდების წინ ზოგჯერ მოთავსებულია პლუს ან მინუს ნიშანი (?).

7.1.2. შედარებითი და აბსოლუტური კონფიგურაციები

ფიშერის პროექციის ფორმულები. სტერეოქიმიური ფორმულები შეიძლება გამოყენებულ იქნას სიბრტყეზე კონფიგურაციის იზომერების გამოსასახავად. თუმცა, უფრო მოსახერხებელია უფრო მარტივი წერის გამოყენება ფიშერის პროექციის ფორმულები(უფრო მარტივი - ფიშერის პროგნოზები). განვიხილოთ მათი აგებულება რძემჟავა (2-ჰიდროქსიპროპანური) მჟავის მაგალითის გამოყენებით.

ერთ-ერთი ენანტიომერის ტეტრაედრული მოდელი (ნახ. 7.3) განთავსებულია სივრცეში ისე, რომ ნახშირბადის ატომების ჯაჭვი ვერტიკალურ მდგომარეობაშია, ხოლო კარბოქსილის ჯგუფი ზევით. ბმები არანახშირბადის შემცვლელებთან (H და OH) ქირალურ ცენტრში უნდა

* იხილეთ სახელმძღვანელო დეტალებისთვის რემიზოვი A.N., Maksina A.G., Potapenko A.Ya.სამედიცინო და ბიოლოგიური ფიზიკა. მე-4 გამოცემა, შესწორებული. და დამატებითი - M.: Bustard, 2003.- P. 365-375.

ბრინჯი. 7.3.ფიშერის პროექციის ფორმულის აგება (+) - რძემჟავა

დამკვირვებლისკენ უნდა მივმართოთ. ამის შემდეგ, მოდელი დაპროექტებულია თვითმფრინავზე. ამ შემთხვევაში, ასიმეტრიული ატომის სიმბოლო გამოტოვებულია; იგი გაგებულია, როგორც ვერტიკალური და ჰორიზონტალური ხაზების გადაკვეთის წერტილი.

ქირალური მოლეკულის ტეტრაედრული მოდელი პროექციამდე შეიძლება განთავსდეს სივრცეში სხვადასხვა გზით, არა მხოლოდ როგორც ნაჩვენებია ნახ. 7.3. საჭიროა მხოლოდ პროექციაზე ჰორიზონტალური ხაზის შემქმნელი კავშირები დამკვირვებლისკენ იყოს მიმართული, ხოლო ვერტიკალური კავშირები - ნახატის სიბრტყის მიღმა.

ამ გზით მიღებული პროგნოზები, მარტივი გარდაქმნების დახმარებით, შეიძლება მიიყვანონ სტანდარტულ ფორმამდე, რომელშიც ნახშირბადის ჯაჭვი მდებარეობს ვერტიკალურად, ხოლო უფროსი ჯგუფი (ლაქტურ მჟავაში ეს არის COOH). ტრანსფორმაციები საშუალებას იძლევა ორი ოპერაცია:

პროექციის ფორმულაში ნებადართულია ნებისმიერი ორი შემცვლელის ადგილის შეცვლა ერთ ქირალურ ცენტრში ლუწი რამდენჯერ (საკმარისია ორი პერმუტაცია);

პროექციის ფორმულა შეიძლება შემობრუნდეს ფიგურის სიბრტყეში 180-ით? (რაც უდრის ორ პერმუტაციას), მაგრამ არა 90?.

D.L-Configuration აღნიშვნის სისტემა. მეოცე საუკუნის დასაწყისში. შემოთავაზებული იყო ენანტიომერების კლასიფიკაციის სისტემა შედარებით მარტივი (სტერეოიზომერიზმის თვალსაზრისით) მოლეკულებისთვის, როგორიცაა α-ამინომჟავები, α-ჰიდროქსი მჟავები და მსგავსი. უკან კონფიგურაციის სტანდარტიმიიღეს გლიცერალდეჰიდი. მისი ლევოროტაციული ენაანტიომერი იყო თვითნებურადმიეკუთვნება ფორმულას (I). ნახშირბადის ატომის ეს კონფიგურაცია აღინიშნა ასო l (ლათ. ლაევუსი- მარცხნივ). დექსტროროტორულ ენანტიომერს შესაბამისად მიენიჭა ფორმულა (II), ხოლო კონფიგურაცია აღინიშნა ასო d (ლათინურიდან. დექსტერი- მართალია).

გაითვალისწინეთ, რომ სტანდარტული პროექციის ფორმულაშილ -გლიცერალდეჰიდს აქვს OH ჯგუფი მარცხნივ დად -გლიცერალდეჰიდი - მარჯვნივ.

კლასიფიკაცია როგორც d- ან l - მრავალი სხვა ოპტიკურად აქტიური ნაერთები, რომლებიც დაკავშირებულია სტრუქტურაში, წარმოიქმნება მათი ასიმეტრიული ატომის კონფიგურაციის კონფიგურაციასთან შედარებით.დ- ან ლ -გლიცერალდეჰიდი. მაგალითად, პროექციის ფორმულაში რძემჟავას (I) ერთ-ერთ ენანტიომერში OH ჯგუფი არის მარცხნივ, როგორცლ -გლიცერალდეჰიდი, ამიტომ ენათიომერი (I) კლასიფიცირდება როგორცლ - რიგი. იგივე მიზეზების გამო, ენანტიომერი (II) კლასიფიცირდება როგორცდ - რიგი. ამრიგად, ფიშერის პროგნოზების შედარებიდან ჩვენ განვსაზღვრავთ ნათესავიკონფიგურაცია

უნდა აღინიშნოს, რომლ -გლიცერალდეჰიდს აქვს მარცხენა ბრუნვა დალ -რძის მჟავა - მართალია (და ეს არ არის იზოლირებული შემთხვევა). უფრო მეტიც, ერთი და იგივე ნივთიერება შეიძლება იყოს მარცხენა ან მემარჯვენე, რაც დამოკიდებულია განსაზღვრის პირობებზე (სხვადასხვა გამხსნელები, ტემპერატურა).

პოლარიზებული სინათლის სიბრტყის ბრუნვის ნიშანი არ არის დაკავშირებული კუთვნილებასთანდ- ან ლ -სტერეოქიმიური სერია.

ოპტიკურად აქტიური ნაერთების ფარდობითი კონფიგურაციის პრაქტიკული განსაზღვრა ხორციელდება ქიმიური რეაქციების გამოყენებით: ან შესწავლილი ნივთიერება გარდაიქმნება გლიცერალდეჰიდში (ან სხვა ნივთიერებად ცნობილი ფარდობითი კონფიგურაციით), ან, პირიქით,დ- ან ლ -გლიცერალდეჰიდი წარმოქმნის საცდელ ნივთიერებას. რა თქმა უნდა, ყველა ამ რეაქციის დროს ნახშირბადის ასიმეტრიული ატომის კონფიგურაცია არ უნდა შეიცვალოს.

მარცხენა და მარჯვენა გლიცერალდეჰიდის თვითნებური მინიჭება ჩვეულებრივი კონფიგურაციებისთვის იძულებითი ნაბიჯი იყო. იმ დროს, აბსოლუტური კონფიგურაცია არ იყო ცნობილი არცერთი ქირალური ნაერთისთვის. აბსოლუტური კონფიგურაციის დადგენა შესაძლებელი გახდა მხოლოდ ფიზიკოქიმიური მეთოდების განვითარების წყალობით, განსაკუთრებით რენტგენის დიფრაქციული ანალიზით, რომლის დახმარებით 1951 წელს პირველად განისაზღვრა ქირალური მოლეკულის აბსოლუტური კონფიგურაცია - ეს იყო მარილი (+) -ღვინის მჟავა. ამის შემდეგ გაირკვა, რომ d- და l-გლიცერალდეჰიდების აბსოლუტური კონფიგურაცია ნამდვილად არის ის, რაც მათ თავდაპირველად მიენიჭათ.

d,l-სისტემა ამჟამად გამოიყენება α-ამინომჟავებისთვის, ჰიდროქსი მჟავებისთვის და (გარკვეული დანამატებით) ნახშირწყლებისთვის.

(იხ. 11.1.1).

R,S-კონფიგურაციის აღნიშვნის სისტემა. d,L-სისტემა ძალიან შეზღუდულია, რადგან ხშირად შეუძლებელია რომელიმე ნაერთის კონფიგურაციის გლიცერალდეჰიდთან დაკავშირება. ქირალობის ცენტრების კონფიგურაციის აღნიშვნის უნივერსალური სისტემა არის R,S სისტემა (ლათ. სწორი ნაწლავი- სწორი, ბოროტი- მარცხნივ). ის ეფუძნება თანმიმდევრობის წესი,ქირალობის ცენტრთან დაკავშირებული შემცვლელების ხანდაზმულობის საფუძველზე.

შემცვლელების ხანდაზმულობა განისაზღვრება ელემენტის ატომური ნომრით, რომელიც უშუალოდ უკავშირდება ქირალობის ცენტრს - რაც უფრო დიდია ის, მით უფრო ძველია შემცვლელი.

ამრიგად, OH ჯგუფი უფრო ძველია ვიდრე NH 2, რომელიც, თავის მხრივ, უფრო ძველია ვიდრე ნებისმიერი ალკილის ჯგუფი და COOH-ზეც კი, რადგან ამ უკანასკნელში ნახშირბადის ატომი დაკავშირებულია ასიმეტრიულ ცენტრთან. თუ ატომური რიცხვები ერთნაირია, ჯგუფი, რომლის ატომს ნახშირბადის გვერდით აქვს უფრო მაღალი ატომური რიცხვი, ითვლება უფროსად, ხოლო თუ ეს ატომი (ჩვეულებრივ ჟანგბადი) დაკავშირებულია ორმაგი ბმით, ის ორჯერ ითვლება. შედეგად, შემდეგი ჯგუფები განლაგებულია უპირატესობის კლებადობით: -COOH > -CH=O > -CH 2 OH.

კონფიგურაციის დასადგენად, ნაერთის ტეტრაედრული მოდელი მოთავსებულია სივრცეში ისე, რომ ყველაზე პატარა შემცვლელი (უმეტეს შემთხვევაში ეს წყალბადის ატომია) ყველაზე შორს იყოს დამკვირვებლისგან. თუ დანარჩენი სამი შემცვლელის ხანდაზმულობა მცირდება საათის ისრის მიმართულებით, მაშინ R- კონფიგურაცია ენიჭება ქირალობის ცენტრს (ნახ. 7.4, ა), თუ საათის ისრის საწინააღმდეგოდ. -ს- კონფიგურაცია (იხ. სურ. 7.4, ბ), როგორც ჩანს მძღოლის მიერ საჭესთან (იხ. ნახ. 7.4, V).

ბრინჯი. 7.4.რძემჟავა ენანტიომერების კონფიგურაციის განსაზღვრა R,S-სისტემა (ახსნა ტექსტში)

RS სისტემის მიხედვით კონფიგურაციის მითითებისთვის, შეგიძლიათ გამოიყენოთ Fisher პროგნოზები. ამისათვის პროექცია გარდაიქმნება ისე, რომ უმცროსი მოადგილე მდებარეობს ერთ-ერთ ვერტიკალურ ბმულზე, რომელიც შეესაბამება მის პოზიციას ნახატის სიბრტყის უკან. თუ პროექციის ტრანსფორმაციის შემდეგ დარჩენილი სამი შემცვლელის ასაკი მცირდება საათის ისრის მიმართულებით, მაშინ ასიმეტრიულ ატომს აქვს R- კონფიგურაცია და პირიქით. ამ მეთოდის გამოყენება ნაჩვენებია l-ლაქტური მჟავის მაგალითზე (რიცხვები მიუთითებს ჯგუფების ხანდაზმულობაზე).

არსებობს უფრო მარტივი გზა, რათა დადგინდეს R- ან S- კონფიგურაცია ფიშერის პროექციის მიხედვით, რომელშიც უმცროსი შემცვლელი (ჩვეულებრივ H ატომი) მდებარეობს ერთ-ერთზე. ჰორიზონტალურიკავშირები. ამ შემთხვევაში, ზემოაღნიშნული პერმუტაციები არ ხორციელდება, მაგრამ შემცვლელების ასაკი დაუყოვნებლივ განისაზღვრება. თუმცა, ვინაიდან H ატომი „უადგილოა“ (რაც საპირისპირო კონფიგურაციის ექვივალენტურია), პრიორიტეტის დაქვეითება ახლა ნიშნავს არა R-კონფიგურაციას, არამედ S-კონფიგურაციას. ეს მეთოდი ნაჩვენებია l-ვაშლის მჟავის მაგალითზე.

ეს მეთოდი განსაკუთრებით მოსახერხებელია მოლეკულებისთვის, რომლებიც შეიცავს რამდენიმე ქირალურ ცენტრს, როდესაც საჭირო იქნება პერმუტაციები თითოეული მათგანის კონფიგურაციის დასადგენად.

არ არსებობს კორელაცია d,l და RS სისტემებს შორის: ეს არის ორი განსხვავებული მიდგომა ქირალური ცენტრების კონფიგურაციის დასანიშნად. თუ d,L-სისტემის ნაერთები მსგავსი კონფიგურაციებით ქმნიან სტერეოქიმიურ სერიებს, მაშინ RS-სისტემაში ქირალურ ცენტრებს ნაერთებში, მაგალითად, l-სერიის, შეიძლება ჰქონდეთ R- და S- კონფიგურაცია.

7.1.3. დიასტერეომერიზმი

დიასტერეომერები არის სტერეოიზომერები, რომლებიც არ არიან დაკავშირებული ერთმანეთთან, როგორც ობიექტი და შეუთავსებელი სარკისებური გამოსახულება, ანუ ისინი არ არიან ენანტიომერები.

დიასტერეომერების ყველაზე მნიშვნელოვანი ჯგუფებია σ-დიასტერეომერები და π-დიასტერეომერები.

σ -დიასტერეომერები.ბევრი ბიოლოგიურად მნიშვნელოვანი ნივთიერება შეიცავს ერთზე მეტ ქირალურ ცენტრს მოლეკულაში. ამ შემთხვევაში იზრდება კონფიგურაციის იზომერების რაოდენობა, რომელიც განისაზღვრება როგორც 2n, სადაც ნარის ქირალობის ცენტრების რაოდენობა. მაგალითად, თუ ორი ასიმეტრიული ატომია, ნაერთი შეიძლება არსებობდეს ოთხი სტერეოიზომერის სახით (2 2 = 4), რაც ქმნის ენანტიომერების ორ წყვილს.

2-ამინო-3-ჰიდროქსიბუტანის მჟავას აქვს ქირალობის ორი ცენტრი (C-2 და C-3 ატომები) და ამიტომ უნდა არსებობდეს ოთხი კონფიგურაციის იზომერი, რომელთაგან ერთი ბუნებრივი ამინომჟავაა.

სტრუქტურები (I) და (II), რომლებიც შეესაბამება l- და d-threonine-ს, ასევე (III) და (IV), შესაბამისი L- და d-allothreonine (ბერძნულიდან. ალიოსი- სხვა), დაკავშირებულია ერთმანეთთან, როგორც საგანი და მასთან შეუთავსებელი სარკის გამოსახულება, ანუ ისინი ენანტიომერების წყვილია. (I) და (III), (I) და (IV), (II) და (III), (II) და (IV) სტრუქტურების შედარებისას ცხადია, რომ ნაერთების ამ წყვილებში ერთ ასიმეტრიულ ცენტრს აქვს იგივე. კონფიგურაცია, მეორე კი პირიქით. სტერეოიზომერების ასეთი წყვილია დიასტერეომერები.ასეთ იზომერებს σ-დიასტერეომერებს უწოდებენ, ვინაიდან მათში შემცვლელები დაკავშირებულია ქირალობის ცენტრთან σ ბმებით.

ამინომჟავები და ჰიდროქსი მჟავები ქირალობის ორი ცენტრით კლასიფიცირდება როგორცდ- ან ლ - რიგი ასიმეტრიული ატომის კონფიგურაციის მიხედვით ყველაზე დაბალი რიცხვით.

დიასტერეომერები, ენანტიომერებისგან განსხვავებით, განსხვავდებიან ფიზიკური და ქიმიური თვისებებით. მაგალითად, ლ-თრეონინს, რომელიც ცილების ნაწილია, და ლ-ალლოტრეონინს აქვთ სხვადასხვა სპეციფიკური ბრუნვის მნიშვნელობები (როგორც ზემოთ არის ნაჩვენები).

მეზოკავშირები. ზოგჯერ მოლეკულა შეიცავს ორ ან მეტ ასიმეტრიულ ცენტრს, მაგრამ მოლეკულა მთლიანობაში რჩება სიმეტრიული. ასეთი ნაერთების მაგალითია ღვინის (2,3-დიჰიდროქსიბუტანედიოინის) მჟავას ერთ-ერთი სტერეოიზომერი.

თეორიულად, ეს მჟავა, რომელსაც აქვს ორი ქირალურობის ცენტრი, შეიძლება არსებობდეს ოთხი სტერეოიზომერის (I)-(IV) სახით.

სტრუქტურები (I) და (II) შეესაბამება d- და l-სერიების ენანტიომერებს (მინიშნება ეფუძნება "ზედა" ქირალურ ცენტრს). როგორც ჩანს, სტრუქტურები (III) და (IV) ასევე შეესაბამება ენანტიომერების წყვილს. სინამდვილეში, ეს არის იგივე ნაერთის ფორმულები - ოპტიკურად არააქტიური მეზოტარტარის მჟავა.ფორმულების (III) და (IV) იდენტურობის გადამოწმება მარტივია ფორმულის (IV) 180°-ით მობრუნებით, სიბრტყიდან ამოღების გარეშე. ქირალობის ორი ცენტრის მიუხედავად, მეზოტარტარის მჟავას მოლეკულა მთლიანობაში აკირულია, რადგან მას აქვს სიმეტრიის სიბრტყე, რომელიც გადის C-2-C-3 ბმის შუაში. d- და l- ღვინის მჟავებთან მიმართებაში, მეზოტარტარის მჟავა არის დიასტერეომერი.

ამრიგად, არსებობს ღვინის მჟავების სამი (და არა ოთხი) სტერეოიზომერი, რაკემიური ფორმის გარეშე.

R,S სისტემის გამოყენებისას არ არსებობს სირთულეები ნაერთების სტერეოქიმიის აღწერისას რამდენიმე ქირალური ცენტრით. ამისათვის დაადგინეთ თითოეული ცენტრის კონფიგურაცია R, S-სისტემის მიხედვით და მიუთითეთ იგი (ფრჩხილებში შესაბამისი ლოკანტებით) სრული სახელის წინ. ამრიგად, d-ტარტარული მჟავა მიიღებს სისტემატურ სახელს (2R,3R)-2,3-დიჰიდროქსიბუტანედიოინის მჟავას, ხოლო მეზოტარტარულ მჟავას ექნება სტერეოქიმიური სიმბოლოები (2R,3S)-.

მეზოტარტარული მჟავის მსგავსად, არსებობს α-ამინომჟავის ცისტინის მეზო ფორმა. ქირალობის ორი ცენტრით, ცისტინის სტერეოიზომერების რაოდენობა სამია იმის გამო, რომ მოლეკულა შინაგანად სიმეტრიულია.

π -დიასტერეომერები.ეს მოიცავს კონფიგურაციულ იზომერებს, რომლებიც შეიცავს π ბმას. იზომერიზმის ეს ტიპი დამახასიათებელია, კერძოდ, ალკენებისთვის. რაც შეეხება π-ბმა სიბრტყეს, ერთი და იგივე შემცვლელი ნახშირბადის ორ ატომზე შეიძლება განთავსდეს ერთდროულად (cis) ან განსხვავებულად. (ტრანსი)მხარეები. ამასთან დაკავშირებით, არსებობს სტერეოიზომერები, რომლებიც ცნობილია როგორც cis-და ტრანსი-იზომერები, როგორც ილუსტრირებულია ცის- და ტრანს-ბუტენებით (იხ. 3.2.2). π-დიასტერეომერები არის უმარტივესი უჯერი დიკარბოქსილის მჟავები - მალეინის და ფუმარიული.

მალეინის მჟავა თერმოდინამიკურად ნაკლებად სტაბილურია ცის-იზომერი შედარებით ტრანსი-იზომერი - ფუმარინის მჟავა. გარკვეული ნივთიერებების ან ულტრაიისფერი სხივების მოქმედებით წონასწორობა მყარდება ორივე მჟავას შორის; გაცხელებისას (~150?C) გადადის უფრო სტაბილურისკენ ტრანსი- იზომერი.

7.2. კონფორმაციები

მარტივი C-C ბმის გარშემო შესაძლებელია თავისუფალი ბრუნვა, რის შედეგადაც მოლეკულას შეუძლია სივრცეში სხვადასხვა ფორმები მიიღოს. ეს ჩანს ეთანის (I) და (II) სტერეოქიმიურ ფორმულებში, სადაც CH ჯგუფები მონიშნულია ფერით. 3 განსხვავებულად მდებარეობს SN-ების სხვა ჯგუფთან შედარებით 3.

ერთი CH ჯგუფის ბრუნვა 3 სხვასთან შედარებით ხდება კონფიგურაციის დარღვევის გარეშე - იცვლება მხოლოდ წყალბადის ატომების ფარდობითი პოზიცია სივრცეში.

მოლეკულის გეომეტრიულ ფორმებს, რომლებიც გადადიან ერთმანეთში σ-ბმების გარშემო ბრუნვით, კონფორმაციები ეწოდება.

Ამის მიხედვით კონფორმაციულიიზომერები სტერეოიზომერებია, რომელთა შორის განსხვავება გამოწვეულია σ-ბმების გარშემო მოლეკულის ცალკეული მონაკვეთების ბრუნვით.

კონფორმაციული იზომერები ჩვეულებრივ არ შეიძლება იზოლირებული იყოს მათ ინდივიდუალურ მდგომარეობაში. მოლეკულის სხვადასხვა კონფორმაციის ერთმანეთში გადასვლა ხდება ბმების გაწყვეტის გარეშე.

7.2.1. აციკლური ნაერთების კონფორმაციები

უმარტივესი ნაერთი C-C ბმით არის ეთანი; განვიხილოთ მისი მრავალი კონფორმაციიდან ორი. ერთ-ერთ მათგანში (სურ. 7.5, ა) ორი CH ჯგუფის წყალბადის ატომებს შორის მანძილი 3 ყველაზე პატარა, ამიტომ C-H ბმები, რომლებიც ერთმანეთის საპირისპიროა, ერთმანეთს მოგერიებენ. ეს იწვევს მოლეკულის ენერგიის ზრდას და, შესაბამისად, ამ კონფორმაციის დაბალ სტაბილურობას. C-C ბმის გასწვრივ დათვალიერებისას, ცხადია, რომ სამი C-H ბმა თითოეულ ნახშირბადის ატომზე "დაბნელება" ერთმანეთს წყვილებში. ამ კონფორმაციას ე.წ დაბნელებული.

ბრინჯი. 7.5.დაბლოკილი (ა, ბ)და დათრგუნული (ში, გ)ეთანის კონფორმაცია

ეთანის სხვა კონფორმაციაში, რომელიც წარმოიქმნება ერთ-ერთი CH ჯგუფის ბრუნვის შედეგად 3 60-ზე? (იხ. სურ. 7.5, გ), ორი მეთილის ჯგუფის წყალბადის ატომები რაც შეიძლება შორს არიან ერთმანეთისგან. ამ შემთხვევაში, ელექტრონების მოგერიება C-H ბმებიდან მინიმალური იქნება და ასეთი კონფორმაციის ენერგიაც მინიმალური. ამ უფრო სტაბილურ კონფორმაციას ე.წ დათრგუნული.ორივე კონფორმაციის ენერგიის სხვაობა მცირეა და შეადგენს ~12 კჯ/მოლს; იგი განსაზღვრავს ე.წ ბრუნვის ენერგეტიკული ბარიერი.

ნიუმენის პროექციის ფორმულები. ეს ფორმულები (უფრო მარტივი - ნიუმენის პროგნოზები) გამოიყენება სიბრტყეზე კონფორმაციების გამოსახატავად. პროექციის ასაგებად, მოლეკულა განიხილება ნახშირბადის ერთ-ერთი ატომის მხრიდან მისი ბმის გასწვრივ მეზობელ ნახშირბადის ატომთან, რომლის გარშემოც ხდება ბრუნვა. პროექციისას დამკვირვებელთან ყველაზე ახლოს მყოფი ნახშირბადის ატომიდან წყალბადის ატომებთან (ან ზოგადად სხვა შემცვლელებთან) სამი ბმა განლაგებულია სამსხივიანი ვარსკვლავის სახით 120? კუთხით. დამკვირვებლიდან ამოღებული ნახშირბადის ატომი (უხილავი) გამოსახულია წრედ, საიდანაც ის ასევე არის 120 კუთხით? სამი კავშირი გადის. ნიუმენის პროგნოზები ასევე იძლევა დაბნელებული (იხ. სურ. 7.5, ბ) და დათრგუნული (იხ. სურ. 7.5, დ) კონფორმაციების ვიზუალურ წარმოდგენას.

ნორმალურ პირობებში ეთანის კონფორმაციები ადვილად გარდაიქმნება ერთმანეთში და შეგვიძლია ვისაუბროთ სხვადასხვა კონფორმაციების სტატისტიკურ კომპლექტზე, რომლებიც ოდნავ განსხვავდებიან ენერგიით. შეუძლებელია უფრო სტაბილური კონფორმაციის ცალკეული ფორმით გამოყოფა.

უფრო რთულ მოლეკულებში წყალბადის ატომების მეზობელი ნახშირბადის ატომების სხვა ატომებით ან ჯგუფებით ჩანაცვლება იწვევს მათ ურთიერთ მოგერიებას, რაც გავლენას ახდენს პოტენციური ენერგიის ზრდაზე. ამრიგად, ბუტანის მოლეკულაში ყველაზე ნაკლებად ხელსაყრელი კონფორმაცია იქნება დაბნელებული კონფორმაცია და ყველაზე ხელსაყრელი იქნება ინჰიბირებული კონფორმაცია ყველაზე შორეულ CH 3 ჯგუფებთან. განსხვავება ამ კონფორმაციების ენერგიებს შორის არის ~25 კჯ/მოლი.

ალკანებში ნახშირბადის ჯაჭვის გახანგრძლივებასთან ერთად, კონფორმაციების რაოდენობა სწრაფად იზრდება ყოველი C-C ბმის გარშემო ბრუნვის შესაძლებლობის გაზრდის შედეგად, ასე რომ, ალკანების გრძელმა ნახშირბადის ჯაჭვებმა შეიძლება მიიღონ მრავალი განსხვავებული ფორმა, როგორიცაა ზიგზაგი (I), არარეგულარული (II). ) და კლანჭის ფორმის (III). ).

სასურველია ზიგზაგის კონფორმაცია, რომელშიც ყველა C-C ბმა ნიუმანის პროექციაში ქმნის კუთხეს 180°, როგორც ბუტანის შეფერხებულ კონფორმაციაში. მაგალითად, გრძელი ჯაჭვის პალმიტური C 15 H 31 COOH და სტეარის C 17 H 35 COOH მჟავების ფრაგმენტები ზიგზაგის კონფორმაციაში (ნახ. 7.6) არის უჯრედის მემბრანების ლიპიდების ნაწილი.

ბრინჯი. 7.6.სტეარის მჟავის ჩონჩხის ფორმულა (ა) და მოლეკულური მოდელი (ბ).

კლანჭების ფორმის კონფორმაციაში (III), ნახშირბადის ატომები, რომლებიც ერთმანეთისგან შორს არიან სხვა კონფორმაციებში, ერთმანეთს ერწყმის. თუ არსებობს ფუნქციური ჯგუფები საკმარისად ახლო მანძილზე, მაგალითად X და Y, რომლებსაც შეუძლიათ ერთმანეთთან რეაგირება, მაშინ ინტრამოლეკულური რეაქციის შედეგად ეს გამოიწვევს ციკლური პროდუქტის წარმოქმნას. ასეთი რეაქციები საკმაოდ გავრცელებულია, რაც დაკავშირებულია თერმოდინამიკურად სტაბილური ხუთ და ექვსწევრიანი რგოლების ფორმირების უპირატესობასთან.

7.2.2. ექვსწევრიანი რგოლების კონფორმაციები

ციკლოჰექსანის მოლეკულა არ არის ბრტყელი ექვსკუთხედი, რადგან ბრტყელი სტრუქტურის შემთხვევაში ნახშირბადის ატომებს შორის ბმის კუთხეები იქნება 120°, ანუ ისინი მნიშვნელოვნად გადახრილი იქნება ნორმალური კავშირის კუთხიდან 109,5° და წყალბადის ყველა ატომი იქნება არახელსაყრელი დახურული პოზიცია. ეს გამოიწვევს ციკლის არასტაბილურობას. სინამდვილეში, ექვსწევრიანი ციკლი ყველა ციკლიდან ყველაზე სტაბილურია.

ციკლოჰექსანის განსხვავებული კონფორმაციები წარმოიქმნება ნახშირბადის ატომებს შორის σ ბმების გარშემო ნაწილობრივი ბრუნვის შედეგად. რამდენიმე არაგეგმური კონფორმაციიდან ენერგიულად ყველაზე ხელსაყრელი კონფორმაციაა სავარძლები(ნახ. 7.7), ვინაიდან მასში C-C ობლიგაციებს შორის ყველა ბმის კუთხე უდრის ~110?-ს და მეზობელ ნახშირბადის ატომებში წყალბადის ატომები ერთმანეთს არ ფარავს.

არაპლატურ მოლეკულაში მხოლოდ პირობითად შეიძლება საუბარი წყალბადის ატომების განლაგებაზე „სიბრტყის ზემოთ და ქვემოთ“. ამის ნაცვლად, გამოიყენება სხვა ტერმინები: ბმები, რომლებიც მიმართულია ციკლის სიმეტრიის ვერტიკალური ღერძის გასწვრივ (ნახ. 7.7, აფერად ნაჩვენები) ე.წ ღერძული(ა) და ციკლიდან მოშორებით ორიენტირებული კავშირები (თითქოს ეკვატორის გასწვრივ, გლობუსთან ანალოგიით) ე.წ. ეკვატორული(ვ).

თუ რგოლში არის შემცვლელი, კონფორმაცია შემცვლელის ეკვატორულ პოზიციასთან უფრო ხელსაყრელია, როგორიცაა მეთილციკლოჰექსანის კონფორმაცია (I) (ნახ. 7.8).

მეთილის ჯგუფის ღერძულ მოწყობასთან კონფორმაციის (II) დაბალი მდგრადობის მიზეზი არის 1,3-დიაქსიალური მოგერიება CH ჯგუფები 3 და H ატომები 3 და 5 პოზიციებზე. ამ

ბრინჯი. 7.7.ციკლოჰექსანი სავარძელში:

ა- ჩონჩხის ფორმულა; ბ- ბურთულიანი მოდელი

ბრინჯი. 7.8.მეთილციკლოჰექსანის მოლეკულის რგოლის ინვერსია (არ არის ნაჩვენები წყალბადის ყველა ატომი)

ამ შემთხვევაში ციკლი გადის ე.წ ინვერსიები,უფრო სტაბილური კონფორმაციის მიღება. მოგერიება განსაკუთრებით ძლიერია ციკლოჰექსანის წარმოებულებში, რომლებსაც აქვთ 1- და 3-პოზიციური ნაყარი ჯგუფები.

ბუნებაში ნაპოვნია ციკლოჰექსანის სერიის მრავალი წარმოებული, რომელთა შორის მნიშვნელოვან როლს ასრულებს ჰექსაჰიდრული სპირტები - ინოზიტოლები.მათ მოლეკულებში ასიმეტრიული ცენტრების არსებობის გამო, ინოზიტოლები არსებობს რამდენიმე სტერეოიზომერის სახით, რომელთაგან ყველაზე გავრცელებულია. მიოინოსიტოლი.მიოინოსიტოლის მოლეკულას აქვს სტაბილური სავარძლის კონფორმაცია, რომელშიც ექვსი OH ჯგუფიდან ხუთი ეკვატორულ მდგომარეობაშია.