«ИЗОМЕРИЯ МОЛЕКУЛ»

ИЗОМЕРИЯ МОЛЕКУЛ

явление, состоящее в существовании молекул, обладающих одинаковой мол. массой и составом, но различающихся по строению или расположению атомов в пр-ве и, следовательно, по хим. и физ. св-вам. Такие молекулы наз. и з о м е р а м и. Существуют два вида И. м.— структурная и конформационная. Структурными изомерами наз. соединения, характеризующиеся одинаковыми хим. ф-лами, но разными структурными ф-лами. Так, нормальный бутан и изобутан при одинаковых ф-лах (С4Н10) имеют разные структурные ф-лы:

и явл. изомерными соединениями.

Молекулы структурных изомеров — разные молекулы, и их взаимопревращение невозможно без разрыва хим. связей. Если при к.-л. условиях наблюдают переходы между структурными изомерами, то последние наз. т а у т о м е р а м и.

Особым типом структурной И. м. явл. оптическая изомерия. Оптич. изомеры (т. н. э н а н т и о м е р ы) возникают в том случае, когда молекула содержит атом, являющийся киральным, т. е. молекула должна иметь асимметричный центр, напр. асимметричный тетраэдрич. атом С (см. СИММЕТРИЯ МОЛЕКУЛЫ), заместители к-рого могут быть расположены двумя зеркально-симметричными способами. Так, в изомерах молекулы фторхлорбромметана заместители при тетраэдрич. атоме углерода (Н, F, Cl и Br) расположены зеркально-симметричным способом. Оптич. изомеры имеют одинаковые физ. св-ва, за исключением того, что они вращают плоскость поляризации света в противоположные стороны, т. е. явл. оптически активными веществами.

Конформационная изомерия связана с различием пространств. форм (к о н ф о р м е р о в) одной и той же молекулы. Конформеры, возникающие при вращении ат. групп вокруг хим. связей и отвечающие разным минимумам потенц. поверхности (см. МОЛЕКУЛА), наз. поворотными изомерами (или ротамерами), а о соответствующем явлении говорят как о поворотной И. м. Если же взаимопревращения изомеров происходят при одноврем. вращении вокруг неск. связей в циклич. молекулах или при изменении нек-рых валентных углов, то И. м. наз. и н в е р с и о н н о й. Так, молекула 1,2-дихлорэтана существует в виде двух ротамеров:

Транс-ротамер стабильнее гош-изомера, а энергетич. барьер, разделяющий их, равен 13 кДж/моль. Молекула аммиака существует в виде двух одинаковых пирамидальных и н в е р т о м е р о в, превращающихся друг в друга через плоскую форму:

Барьер инверсии аммиака (разность энергий плоской и пирамидальной форм) равен 25 кДж/моль.

Энергетич. барьеры, разделяющие конформеры, при норм. темп-pax не превышают 100 кДж/моль, а времена их жизни обычно =10-10 —10-13 с. Если же величина барьера существенно выше, то взаимопревращения невозможны (статистически крайне редки) и соответствующие изомеры наз. геометрическими. Напр., геом. изомеры 1,2-дихлорэтилена

в принципе можно получить один из другого путём поворота вокруг двойной связи С=С на 180°. Однако поскольку энергетич. барьер такого поворота =250 кДж/моль, эти изомеры живут практически бесконечно долго, не превращаясь друг в друга. Геом. изомеры — фактически разные в-ва (хотя формально явл. состояниями одного соединения), обладающие разл. св-вами. Напр., темп-pa кипения цис- и транс-изомеров 1,2-дихлорэтилена равна соотв. 60,1 и 48,4°С.

ИЗОМЕРИЯ МОЛЕКУЛ

ИЗОМЕРИ́Я МОЛЕ́КУЛ (от изо...(см. ИЗО... (часть сложных слов)) и греч. meros — доля, часть), существование молекул,(см. МОЛЕКУЛА) обладающих одинаковой молярной массой и составом, но различающихся по строению или расположению атомов в пространстве, и, следовательно, по физическим и химическим свойствам. Такие молекулы называют изомерами.

Существуют два вида изомерных молекул — структурная и конформационная(см. КОНФОРМАЦИИ МОЛЕКУЛЫ).

Структурными изомерами называются соединения, имеющие одинаковые химические формулы (брутто-формулы), но различные структурные формулы. Конформационные изомеры (конформеры) различаются пространственными формами одной и той же молекулы.

Изомерия молекул была открыта в 1823 г. Ю. Либихом(см. ЛИБИХ Юстус), обнаружившим, что серебряная соль гремучей кислоты (Ag—O=N=C) и изоцианат серебра (Ag—N=C=O), имеющие брутто-формулу AgCON, обладают разными физическими и химическими свойствами. Термин «изомеры» предложен в 1830 г. Й. Я. Берцелиусом(см. БЕРЦЕЛИУС Йенс Якоб). Явление изомерии было впервые объяснено А. М. Бутлеровым(см. БУТЛЕРОВ Александр Михайлович), создавшим в 1861 теорию химического строения органических соединений.

Структурные изомеры имеют разную последовательность химических связей и их молекулы изображаются разными структурными формулами. Среди структурных изомеров наиболее известны и хорошо изучены изомеры алканов C_nH2_n+2. Например, структурные формулы нормального бутана и изобутана различаются.

Структурная формула бутана:

Н₃С—СН₂—СН₂—СН₃

Структурная формула изобутана:

Н₃С

|

СН—СН3

|

Н₃С.

Структурные изомеры — это разные молекулы, поэтому соответствующие соединения обладают разными физическими и химическими свойствами. Структурные изомеры могут переходить друг в друга в результате реакций перегруппировки. Молекулы структурных изомеров — разные молекулы, и их взаимопревращение невозможно без разрыва химических связей. Если при каких-либо условиях наблюдаются переходы между структурными изомерами, то их называют таутомерами.

Особым типом структурной изомерии является оптическая изомерия. Молекулы оптических изомеров энантиоморфны — зеркально симметричны одна по отношению к другой. Такие изомеры вращают плоскость поляризации света в противоположные стороны, в то время как остальные физические свойства у них одинаковы.

Конформационная изомерия молекул связана с различием пространственных форм (конформеров) одной и той же молекулы. Конформеры изометричных молекул могут быть поворотными изомерами (ротамерами). Поворотные изомеры возникают при вращении атомов или атомных групп вокруг химических связей и отвечают разным минимумам потенциальной поверхности молекулы. Они представляют собой различные состояния одной и той же молекулы. У инвертомеров взаимопревращение изомеров происходит при одновременном вращении вокруг нескольких связей в циклических молекулах, инвертомеры превращаются друг в друга через плоскую форму, у геометрических конформеров взаимопревращения практически невозможны.