ИЗОМЕРИЯ
Спасибо нашим инвесторам из казино онлайн
ИЗОМЕРИЯ
(от греч. isomeros—составленный из равных частей), явление, состоящее в том, что вещества, имеющие одинаковую молекулярную формулу, различаются между собой физ. и хим. свойствами. Первый подобного рода случай описал Либих (Liebig) в 1823 г., а термин И. предложен Берцелиу-сом (Berzelius) в 1830 г. Изучение явлений изомерии показало, что различие физических и химич. свойств закономерно зависит не только от различия элементов, входящих в состав вещества, но и от различия во взаимном расположении атомов в молекуле. Хотя И. встречается и среди неорганических соединений, но несравненно более многочисленные и разнообразные случаи ее наблюдаются среди соединений органических, и И. в органической химии имеет чрезвычайно важное теоретическое и практическое значение. Теория строения органических веществ принимает все четыре валентности углерода равнозначными. Поэтому в углеводороде метане, СН4, все четыре атома Н одинаковы, и безразлично, какой из этих атомов заместить например радикалом CHS или СН2.СН3. Т. о. ни этан СН3.СН3 ни пропан СН3.СН2.СН3 не имеют изомеров. В пропане же атом Н можно заменить группой CHS двояким образом: или 1) у одного из крайних атомов С, или 2) у среднего. Следовательно для бутана С4Н10 могут быть две различные формулы строения: 1) CHj. CHs. CH,—CH,,& 2) СН, .CH. CHs с: н. Действительно существуют 2 бутана, отличающихся друг от друга как по хим. строению, так и по физ. и хим. свойствам. У одного цепь углеродных атомов прямая, нераз-ветвленная, у другого—разветвленная. И., зависящая от этой причины, называется изомерией цепи. Соединения, имеющие неразветвленную цепь углеродных атомов, называются нормальными (напр. нормальный бутан), а соединения с разветвленной цепью углеродных атомов—изосоедине-ниями (напр. изобутан).—Если при наличии одной и той же цепи атомов углерода различие строения зависит от то го, что другие атомы или радикалы становятся в различных местах этой цепи, то такая И. называется И. положения. Так, для пропана может быть и действительно существует 2 изомерных однохлористых производных: CHj. СНг • CHsCl хлористый пропил СН,.СНС1.СН, хлористый изопропил Могут быть явления комбинированной И.— одновременно и изомерия цепи и изомерия положения, как например для следующих двух монохлористых производных бутана: СН,.СН3.СНС1.СН, и СНз. СН. СН2С1 сн3 По мере увеличения числа углеродных атомов в молекуле органических соединений, число изомеров цепи быстро возрастает. Для углеводорода С5Н12 имеются 3 изомера; для углеводорода С13Н28 возможны 802 изомера и т. д. Изомеры положения более многочисленны и разнообразны, чем изомеры цепи.— Встречается частный случай И., зависящий от того, что двух – или более валентный атом связывает радикалы, которые в различных изомерах различны, но в сумме содержат одно и то же число атомов; такой случай И. носит название метамерии. Например эфир С4Н10О существует в двух метамерах: С2Н5—О—С2Н5 и СН8—О—С»Н7.—Когда в молекуле Н переходит от одного атома к другому, вызывая этим изменение характера связей, то получается изомерное соединение; при этом вещество при одних реакциях реагирует по одной структурной формуле, при других—по другой, т. ч. обе формулы являются как бы равнозначными. Такое явление носит название таутомерии (равнозначность) или десмотропии (изменение связей). Одним из типичнейших примеров явлений таутомерии может служить т. н. «кето-энольная» таутомерия, зависящая от перехода кетонной формы в алкогольную и обратно: R—с—R, [
о
кетонная форма R —О — R,
\
ОН энольная форма («Эн» в термине «энол»—приставка, характеризующая этиленовые углеводороды,—указывает на двойную связь; ол—окончание, характеризующее название спиртов.) Т. к. процесс таутомеризации обратим, то для смеси 2 таутомерных форм устанавливается состояние равновесия, зависящее от t°, растворителя и других условий. Обе формы можно выделить в чистом виде.’ Вышеприведенные виды И. наблюдаются как у соединений с открытой цепью атомов С (ациклических, жирного ряда), так и у циклических соединений. У этих последних имеются кроме того особые виды И.: 1) И., зависящая от числа атомов, входящих в построение самого кольца, например: сн, н, с/\сн, ;\/( сн, гексаметнлен Н2С-СН. СН3 Н. С^/СН, сн. метил-лентаметилен HCf 2) И., обусловленная неодинаковым расположением тех атомов или радикалов, к-рые замещают атомы Н внутри кольца (И. положения в ядре), напр.: cci& cci& cci HCf >,CH Hc/j, CH нс^ 1′сн СН& СС1 ог! то-дк- мета-ди-& пара-ди – хлорбензсл хлорбензол хлорбензол СН СН CC1 HCi
\сН
HCj^NiCCl НС f^jjCH 3f^\cci нс\ 1′сн HClx
y-CCI
HCi >’CH NN N а-хл
српиридин ^-хлорпиридкн у-хлорпиридин Все приведенные виды И. зависят от неодинакового взаимного распределения атомов в молекуле, от различной хим. структуры молекул и поэтому носят название структурных изомеров. Но кроме того известны многочисленные случаи, когда вещества, имеющие несомненно одну и ту же структурную формулу, тем не менее оказываются различными по физ. и хим. свойствам. Структурные формулы не могут дать объяснения этому явлению, т. к. хим. молекулы суть образования телесные, имеющие протяжение по 3 измерениям, тогда как структурные формулы изображаются на плоскости и имеют следовательно протяжение только по 2 измерениям. Если же придать структурным формулам протяжение по третьему измерению, т. е. изображать их в виде телесных моделей молекул или в виде проекций таких моделей на плоскость, то тогда существование подобного рода кажущихся лишними изомеров становится вполне понятным и необходимым, как это показали в 1874 г. Вант Гофф и Лебель (van’t Hoff, Le Bel). Такого рода изомеры называются стерео-изомерами.—Понятие об изомерии лежит в основе всей современной органической химии и имеет большое значение в биологии. Различные изомеры, как структурные, так и стереоизомеры, оказываются различными и по их воздействию на живые клетки и в свою очередь подвергаются неодинаковым изменениям под влиянием жизненных процессов. Так напр. иприт C1.CH2.CH2.S. CH2.CH2C1 является одним из наиболее ужасных боевых отравляющих веществ, тогда как его изомер CH3.CHC1.S. CHC1.CH3 такими свойствами не обладает; алкогольному брожению способны подвергаться только определенные стереоизомеры гексоз; различные стереоизомеры имеют нередко различный вкус, обладают неодинаковым фармакологическим действием. Подобного рода фактов в настоящее время известно уже большое количество.
Лит.:
Вальден П., Прошлое и настоящее стереохимии, Л., 1926; ВантГоффЯ., Расположение атомов в пространстве, М., 1913; Голлеман А., Органическая химия, Одесса, 1923; Ч и ч и б а б и и А., Основные начала органической химии, Москва-Ленинград, 1929.