Izomērija

Vikipēdijas lapa
Jump to navigation Jump to search

Izomērija ir parādība, ka pastāv vielas, kurām ir vienāda molekulmasa un ķīmiskais sastāvs, bet dažāda struktūra (dažāda atomu un saišu starp tiem kārtība molekulā vai arī dažāds atomu vai to grupu telpiskais izvietojums) . Izomērija ir galvenokārt organisku vielu īpašība, jo neorganiskās vielas neveido tik sarežģītas struktūras.

Struktūrizomērija[labot šo sadaļu | labot pirmkodu]

Struktūrizomērija ir visplašāk pazīstamais izomērijas veids. Tas ir iespējams molekulās, kur atomi var sakārtoties vairāk nekā vienā veidā. Piemēri: n-pentāns (CH3CH2CH2CH2CH3), 2-metilbutāns (CH3CH(CH3)CH2CH3), 2,2-dimetilpropāns (C(CH3)4) vai arī o-ksilols, m-ksilols un p-ksilols.

cis - trans izomērija[labot šo sadaļu | labot pirmkodu]

2-amino-propānkarbonskābe

Šis izomērijas veids iespējams molekulās, kur ir vismaz viena dubultsaite un abos tās galos ir kādi aizvietotāji. Ja aizvietotāji ir vienā pusē, tad to sauc par cis jeb Z (no vācu valodas Zusammen jeb kopā) izomēru, ja aizvietotāji ir pretējās pusēs, tad to sauc par trans jeb E (no vācu valodas Entgegen jeb atsevišķi) izomēru. Vienam un tam pašam struktūrizomēram var būt vairāki cis - trans izomēri. Ja molekulā ir vairākas dubultsaites, vienam un tam pašam struktūrizomēram var būt vairāk nekā 2 cis - trans izomēri.

Piemēri: E-butēns-2 un Z-butēns-2. Attēlā aizvietotāji ir aminogrupa un karboksilgrupa.

Stereoizomērija[labot šo sadaļu | labot pirmkodu]

Stereoizomērija (optiskā izomērija) iespējama molekulās, kur vismaz vienam oglekļa atomam visi četri aizvietotāji ir atšķirīgi. Šo atomu sauc par hirālo jeb optiski aktīvo oglekli (asimetrisko oglekļa atomu, dažkārt stereocentru). Tīri šo vielu izomēru šķīdumi vai monokristāli griež caurejošās gaismas polarizācijas plakni, tāpēc tos sauc par optiskajiem izomēriem. Abu izomēru maisījumu attiecībās 1:1 sauc par racemātu. Tas nav optiski aktīvs. Te ir iespējams (+) (gaismas polarizācijas plakni griež pulksteņrādītāja virzienā no skatītāja punkta jeb pa labi) un (-) (gaismas polarizācijas plakni griež pretēji pulksteņrādītāja virzienam jeb pa kreisi) izomērs. Lielākajai daļai dzīvajos organismos sintezēto vielu ir viens noteikts optiskais izomērs. Ar vienkāršākajām ķīmiskās sintēzes metodēm parasti tiek iegūts racemāts. Vienam un tam pašam struktūrizomēram var būt vairāki optiskie izomēri. Ja molekula satur vairākus hirālos oglekļa atomus, tai var būt vairāk nekā 2 optiskie izomēri.

Piemēri:

Stereoizomēru apzīmējumi[labot šo sadaļu | labot pirmkodu]

Lai spoguļizomērus varētu atšķirt, tos apzīmē ar speciāliem simboliem pirms vielas nosaukuma:

  • (+)- vai (−)-; raksta arī kā d- vai l-

Apzīmējumi pamatojas uz vielas vai tās šķīduma spēju griezt polarizētu gaismu vienā vai otrā virzienā ((+)- pa labi, (−)- pa kreisi).

  • D- vai L- (Dekstrorotācija no latīņu valodas Dexter jeb pa labi; Levorotācija no latīņu valodas Laevus jeb pa kreisi)

Apzīmējumi pamatojas uz vielas molekulas ģeometriju, par pamatu ņemot dabā sastopamā (+)-glicerīnaldehīda molekulu, kurai patvaļīgi tika piedēvēta D-konfigurācija (glicerīnaldehīda spoguļizomēram - attiecīgi L-konfigurācija). Šo sistēmu lieto galvenokārt ogļhidrātu un aminoskābju optisko izomēru atšķiršanai, lietojot Fišera formulas. Jāatceras, ka nav tiešas sakarības starp polarizētās gaismas griešanu un molekulas ģeometrisko konfigurāciju (tas atkarīgs no konkrētiem aizvietotājiem molekulā). Gan D/L, gan (+)/(-) apzīmējumi norāda uz molekulas nevis atsevišķu hirālu oglekļu vai citu atomu konfigurāciju.

  • (R)- vai (S)-

Šie apzīmējumi pamatojas uz konkrētu hirālu atomu ģeometriju, bet par pamatu ņemts tā saucamais Kāna-Ingolda-Preloga (Cahn-Ingold-Prelog) likums jeb aizvietotāju secības likums. R un S apzīmējumi ir krietni izplatītāki mūsdienu organiskajā ķīmijā.

Kāna-Ingolda-Preloga likums hirāla atoma konfigurācijas noteikšanai:

  1. Uzzīmē hirālo centru (tetraedru) telpiski tā, lai divi aizvietotāji būtu plaknē, viens aizvietotājs virzās prom no plaknes un skatītāja, viens aizvietotājs no plaknes virzienā uz skatītāju.
  2. Rotē saiti ap vienu no plaknē esošajiem aizvietotājiem un hirālo centru tā, lai aizvietotājs ar mazāko prioritāti būtu novietots "aiz plaknes". Starp dažādiem aizvietotājiem lielāka prioritāte ir atomam ar lielāku kārtas numuru. Gadījumos, kad viens un tas pats atoms veido vairākas saites ar hirālo centru, apskata nākamos atomus un to atommasas (tā, piemēram, etilgrupai C2H5- ir augstāka prioritāte kā metilgrupai CH3-).
  3. Nosaka visu pārējo aizvietotāju prioritātes no lielākās (1.) līdz mazākajai (3.).
  4. Apskata, vai prioritātes aizvietotājiem samazinās pulksteņrādītāja virzienā vai pretēji. Ja pulksteņrādītāja virzienā, tad hirālā centra konfigurācija ir R (no latīņu Rectus), ja pretēji pulksteņrādītāja virzienam, tad S (no latīņu Sinister).

Stereoizomēru iedalījums[labot šo sadaļu | labot pirmkodu]

Enantiomēri - divi stereoizomēri, kuriem pilnīgi visi stereocentri (hirālie atomi) ir ar pretēju konfigurāciju. Enantiomēru fizikālās īpašības ir identiskas, ja neskaita pāris atšķirības, piemēram, enantiomēru optisko griešanu. Racemāts ir enantiomēru maisījums tieši 1:1 attiecībā.

Diastereomēri - visi stereoizomēri savā starpā, kuriem vismaz viens hirāls atoms ir ar vienādu konfigurāciju un vismaz viens hirāls atoms ir ar pretēju (līdz ar to diastereomēri ir visi tie stereoizomēri, kuri savā starpā nav enantiomēri). Diastereomēru fizikālās īpašības (piemēram, šķīdība, kušanas punkts) var krietni atšķirties un to sadalīšana (viena attīrīšana no otra) jau ir krietni vieglāka nekā enantiomēru.

Mezo savienojumi - hirālas molekulas, kuras satur simetrijas plakni. Šādā gadījumā, piemēram R,S-vīnskābe un S,R-vīnskābe patiesībā nav enantiomēri, bet gan viens un tas pats savienojums.

Rotamēri - stereoizomēri, kuri savā starpā atšķiras tikai ar rotāciju ap vienkāršo saiti. Rotācija ap vienkāršo saiti var būt apgrūtināta stērisko (telpisko) traucējumu dēļ un tādējādi izveidojas enerģijas barjera.

Atropoizomēri - rotamēri, kuriem enerģijas barjera rotācijai ap kādu vienkāršo saiti ir tik liela, ka tā nav iespējama normālos apstākļos un molekula eksistē divās atsevišķās formās. Visbiežāk šo terminu attiecina uz biaril- saitēm jeb vienkāršajām saitēm starp diviem aromātiskiem gredzeniem (piemēram, BINAP vai BINOL).

Epimēri - divi stereoizomēri, kuri atšķiras tikai ar viena hirālā centra konfigurāciju (hirālo centru skaits lielāks par 1).

Anomēri - specifisks epimēru gadījums ogļhidrātiem, kuros hirālais ogleklis, kuram ir atšķirīga konfigurācija, ir anomērais ogleklis jeb C1.

Skatīt arī[labot šo sadaļu | labot pirmkodu]