ІЗОмерІя ОрГанІЧних СПОЛУК. ПрОСтОрОВа БУДОВа мОЛеКУЛ

Віссю симетрії називають уявну вісь, що проходить через молекулу, при повороті навколо якої на кут 360°/n (п — ціле число, рівне 2, 3, 4 і т. д.) молекула суміщається зі своїм вихідним положенням.

Число п визначає порядок осі симетрії. якщо n = 2, 3 і так далі, вісь симетрії на­зивають відповідно віссю другого, третього і так далі порядку. Наприклад, молекула хлороформу (рис. 5.4, в) суміщається зі своїм вихідним положенням при кожному повороті навколо зв'язку С—Н на кут 360°/3 = 120°. Отже вісь, що проходить через молекулу вздовж зв'язку С—Н, називається віссю симетрії третього порядку.

Різні об'єкти, у тому числі і молекули, в яких відсутні площина, центр та вісь симетрії, мають властивість не суміщатися зі своїм дзеркальним зображенням. Цю властивість називають хіральністю (від грец. %єір — рука), а молекули, які її мають, — хіральними.

Термін «хіральність» був уведений англійським фізиком У. Томпсоном (1884). Наочним прикладом хіральності можуть слугувати ліва і права руки, які є віддзеркаленням одна одної, але разом з тим їх не можна сумістити при будь-якому способі накладення (рис. 5.5). Через це рукавичка з лівої руки не при­датна для правої і навпаки.

Молекули, що мають хоча б один елемент симетрії, завжди ідентичні зі своїм дзеркальним відображен­ням, і їх називають ахіральними.

Хіральність молекули можна легко встановити шляхом побудови моделі молекули і моделі її дзер­кального відображення з подальшим їх суміщенням. якщо моделі не суміщаються — молекула хіральна, якщо суміщаються — ахіральна. Такий же висновок можна зробити і на підставі стереохімічних формул молекул за наявності або відсутності елементів симетрії, найчастіше площини симетрії:

СІ

хіральні молекули І

(площина симетрії Вг^ \,"'Н и г-

відсутня) І³

бромойо д охлор ом етан

Ні

ахіральні молекули

(площина симетрії

присутня)

хлороформ

Хіральність молекул — обов'язкова умова для виявлення речовиною оптичної активності.

Сполуки з одним асиметричним атомом Карбону.Однією з причин виникнення хіральності органічних молекул є наявність в їх структурі sр³ -гібридизованого атома Карбону, зв'язаного з чотирма різними замісниками. Такий атом Карбону нази­вають хіральним, або асиметричним. Часто для нього застосовують більш загальну

Глава 5

назву — «хіральний центр». У структурних формулах асиметричний атом Карбону прийнято позначати зірочкою — С*:

Н Н

д С

сі

2-хлоробутан

Молекули, які містять один асиметричний атом Карбону, існують у вигляді двох ізомерів, що відносяться один до одного як хіральний предмет до свого дзер­кального відображення. Такі ізомери називають енантіомерами (від грец. enantio — протилежний) (рис. 5.6).

Вг

Н

дзеркало

А б в

Рис. 5.6. Моделі енантіомерних молекул бромойодохлорометану

Дзеркальне відображення хіральної молекули утвориться, якщо поміняти місцями будь-які два замісники при асиметричному атомі Карбону. енантіомери дуже подібні між собою, але все ж таки не тотожні. Вони мають однаковий склад і послідовність зв'язування атомів у молекулі, але відрізняються відносним розта­шуванням їх у просторі, тобто конфігурацією. якщо в ізомері а перехід від атома йоду до атома Хлору через атом Брому спрямований за годинниковою стрілкою, то в ізомері б аналогічний перехід має протилежний напрям (див. рис. 5.6). У тому, що ці молекули різні, можна легко переконатися при накладенні їх моделей одна на одну (див. рис. 5.6, в).

енантіомери ідентичні за фізичними і хімічними властивостями. Суттєва відмінність між ними полягає в тому, що вони по-різному відносяться до поля­ризованого світла, а саме: обертають площину поляризації на той самий кут, але в протилежних напрямах (якщо один обертає вліво, то інший — на такий же кут вправо). Тому їх ще називають оптичними ізомерами, або оптичними антиподами. Крім того, енантіомери з різною швидкістю реагують з іншими хіральними спо­луками і, як правило, мають різну фізіологічну активність.

Суміш рівних кількостей енантіомерів називають рацемічною. Така суміш не має оптичної активності, тому що однакове за значенням, але протилежне за напря­мом обертання взаємно компенсується. Для позначення рацемічної суміші перед назвою сполуки ставлять символ (±).

Зображення оптичних ізомерів на площині.Для зображення просторової будови оптичних ізомерів на площині можуть бути використані стереохімічні формули. Наприклад, енантіомери 2-бутанолу, зображені за допомогою стереохімічних фор­мул, мають такий вигляд:

сн₃ сн,

С₂Н₅"

он

но

Поиск по сайту: