Изомерия органических соединений

Вещества, имеющие одинаковый состав и молекулярную массу, но различное строение молекул, называются ИЗОМЕРАМИ.

Стереоизомеры -- это соединения с одинаковым строением, т. е. одним и тем же порядком соединения атомов, но отличающиеся расположением тех же атомов в пространстве. Пространственное строение органических соединений является предметом изучения специальной области химии – стереохимии. Стереохимия — это «химия в трех измерениях». Большинство молекул трехмерны (сокращенно 3D).

С позиции их относительной устойчивости стереоизомеры разделяют на конфигурационные и конформационные.

Конфигурационные стереоизомеры характеризуются тем, что могут существовать в виде индивидуальных форм, т. е. обладают определенной конфигурационной устойчивостью. Каждый из них может быть выделен в виде самостоятельно существующего вещества, имеющего набор определенных физических и химических свойств, отличных от свойств другого стереоизомера.

С позиции представлений симметрии все стереоизомеры разделяют на энантиомеры и диастереомеры.

Энантиомеры - это стереоизомеры, молекулы которых относятся друг

к другу как предмет и несовместимое с ним зеркальное изображение.

Диастереомеры

— это стереоизомеры, молекулы которых не относятся друг к другу как предмет и несовместимое с ним зеркальное изображение.

Рацематы оптически неактивны, так как левое вращение одного энантиомера компенсируется правым вращением равного количества другого. В этом случае перед названием соединения иногда ставят знак «плюс-минус» (±).

Ацетальдегид Цианид-ион 2-Гидроксипропанонитрил

Рис. Образование равномолекулярной смеси энантиомеров (рацемата) в химической реакции.

Конформационные стереоизомеры, или просто конформации, чаще всего возникают в результате вращения отдельных фрагментов молекул вокруг простых связей. Конформации могут существовать только все вместе в виде единого множества геометрических форм молекулы с различным взаимным расположением в пространстве отдельных атомов и атомных групп.

Конформация алканов на примере бутана. Из множества конформаций, возможных при полном обороте на 360°, рассматривают лишь те, которые возникают через каждые 60°.

Стереохимические формулы (1) и проекции Ньюмена (2) При этом один из атомов углерода бутана (изображен кружком) помещается сзади другого, который изображается точкой, а связи атомов углерода с водородом (или с заместителями) проецируется на плоскость рисунка

Конформация с максимально удаленными друг от друга метильными группами (анти), является энергетически более выгодной, чем какая-либо другая из представленных на рисунке конформации.

Схема: Энергетическая кривая конформеров

Чем больше сила взаимного отталкивания атомов водорода или заместителей, тем выше энергия системы; поэтому заторможенной конформации будет соответствовать минимум потенциальной энергии молекулы.

Накоплен большой фактический материал, выявляющий взаимосвязь между конформационным и конфигурационным строением молекул и их биологической активностью и фармакологической активностью лекарств. Во многих случаях фармакологическая активность одного из стереоизомеров во много раз больше, чем другого.

Установлено, что левовращающие изомеры часто активнее правовращающих. Также установлено, что изомеры действуют различно на вкусовые нервные окончания и имеют различную силу действия. Например, правовращающие аспарагиновая и глутаминовая кислоты сладкого вкуса, а их левовращающие изомеры — без вкусны.

В настоящее время только около 45% хиральных лекарств, используемых в клинике, доступны как активные энантиомеры- остальные продаются только как рацемические смеси. В результате многие больные получают дозы лекарств, которые на 50% или более неактивны или даже токсичны.