A szerves kémiában akkor beszélünk izomerizmusról, amikor két molekulának ugyanaz a nyers képlete, de eltérő szerkezeti vagy sztereokémiai képlete van . Ezeknek az izomereknek nevezett molekuláknak különböző fizikai, kémiai és biológiai tulajdonságaik lehetnek.
A kifejezés izoméria származik a görög ίσος ( ISO-k = azonos) és μερος ( Meros = rész).
Az izomerizmusnak különféle típusai vannak, beleértve az alkotmányos izomerizmust (síkizoméria) és a konfigurációs izomerizmust ( sztereoizomerizmus ).
Az izomerizmust először 1827- ben figyelték fel , amikor Friedrich Woehler izocianinsavat készített (HN = C = O), és megjegyezte, hogy bár elemi összetétele megegyezik a fulinsavéval (H- CNN , Justus von Liebig készítette az előző évben), ezen anyagok kémiai tulajdonságai gyökeresen eltérnek. Ez a megállapítás ellentétben állt azon kor elméleteivel, amelyekben úgy vélték, hogy egy anyag tulajdonságait teljesen a nyers képlete határozza meg.
A leírásban az „izomer” (vagy pontosabban „izomer szervek” ) javasolták a svéd kémikus Jöns Jacob Berzelius a 1830
Az egyik alkotmányos izomerizmusról (vagy síkbeli vagy szerkezeti izomerizmusról) beszél, amikor a molekulák azonos molekulaképlettel rendelkeznek, de a kifejlesztett és félig kifejlesztett formulák eltérnek egymástól. Ezért különböznek az atomok sorrendjétől.
A lánc (vagy gerinc) izomerizmus olyan izomerekre vonatkozik, amelyek szénláncukban különböznek egymástól .
Példa: C 4 H 10
butane méthylpropane (isobutane) CH3-CH2-CH2-CH3 CH3-CH-CH3 | CH3A funkció-helyzetű izomerizmus minősíti azokat az izomereket, amelyekben egy funkcionális csoport a szénlánc különböző szénatomjaira kerül, ami azt jelenti, hogy a funkció a gerincen belül mozog. Példa: C 3 H 8 O
propan-1-ol propan-2-ol CH2-CH2-CH3 CH3-CH-CH3 | | OH OHEgyes kémiai reakciók lehetővé teszik az egyik helyzetbeli izomer átkapcsolását a másikra, ezeket átrendeződési reakcióknak nevezzük . Például az antrakinon-származékok ismertek a fotoindukált reverzibilis átalakításuk para-ana-quinoiddá. Ez a jelenség magában foglalja egy atom vagy atomcsoport vándorlását a transz formából az ana formába való átmenet során .
A funkcionális izomerizmus jellemzi azokat az izomereket, amelyek funkcionális csoportjai eltérőek, ezért eltérő fizikai és kémiai tulajdonságokkal rendelkeznek. Ezeket az izomereket "funkcionális" izomereknek nevezzük.
Példa: C 2 H 6 O
éthanol méthoxyméthane CH3-CH2-OH CH3-O-CH3A telítetlen izomeria jellemzi azokat az izomereket, amelyek telítetlensége eltérő.
Példa: C 3 H 6
propène cyclopropane CH2=CH-CH3 H2C——CH2 \ / CH2A sztereoizomerizmus jelöli az elrendezés izomerjeit a térben, vagyis azonos alkatú molekulákat (azonos félig kidolgozott képletük van ), de az atomok térbeli szervezete eltér. A Cram képviselet , különösen, lehetővé teszi, hogy különbséget sztereoizomerek (vagy optikai izomerek).
Megkülönböztetnek konformációs sztereoizomereket, amelyek csak az egyes kötések körüli forgásokkal különböznek, és a konfigurációs sztereoizomereket, amelyek két nagy csoportra oszlanak: enantiomerekre és diasztereomerekre.
Ezeknek az izomereknek ugyanaz a szerkezeti képlete. Ezeket csak egyetlen kötés (sigma kötés) körüli elfordulásával különböztethetjük meg, anélkül, hogy megszakítanánk. Például bután (C 4 H 10) három konformerrel rendelkezik.
AtropoizomerizmusEzeknek az izomereknek ugyanaz a szerkezeti képlete. Atropoizomerizmusról akkor beszélünk, amikor az egyetlen kötés (sigma kötés) körüli aktivációs gát elegendő ahhoz, hogy jellemezhessük mind a két atropoizomert, amelyek egymás enantiomerjei . A katalízisben aszimmetrikusan alkalmazott izomer forma jellemzően orto- csoportban szubsztituált bifenileken figyelhető meg .
Más néven optikai izomerek , enantiomerek két molekula, amelyek egymás tükörképei, és egymással nem hozhatók fedésbe: hogy valóban mutatnak kiralitást ( jobbraforgató vagy balraforgató ). Ezért szimmetrikusak egymáshoz képest, a szimmetriasík a tükör. A kiralitás legkonkrétabb példája egy jobb kéz, amelyet nem lehet ráhelyezni a bal kézre.
A különböző enantiomereket a Cahn-Ingold-Prelog ( UIPAC ) szabályokkal nevezzük meg, amelyek meghatározzák a sztereogén centrumok abszolút konfigurációját , az R és S leírók felhasználásával.
Példák klinikai hatékonyságú enantiomerekre az orvostudományban:
A diasztereomerek (ami meg van írva, mint diasztereomerek ) a konfigurációját a sztereoizomerek, amelyek nem enantiomerek.
Érdekes az esetben egy mezo -izomer egy sztereoizomerje , amelynek páros számú aszimmetrikus szénatomot tartalmaznak, és egy belső szimmetriasíkkal (a képet egy tükör van ráhelyezve), ez akirális.
A Z és E konfigurációk geometriai diasztereoizomerizmusaAmikor, mindkét oldalán egy kettős kötést , két különböző csoport, két konfigurációban: Z és E . Valójában a kettős kötés körüli szabad forgás a π kötés jelenléte miatt nem lehetséges : ennek eredményeként két lehetséges konfigurációjú síkmolekula jön létre .
A CIP egyezmény szerinti prioritási sorrend használatával (Cahn, Ingold, Prelog) a következőképpen definiáljuk a két izomerizmust:
Történelmileg ez az izomeria típus nem felel meg pontosan a cisz-transz izomerizmusnak, ahol a szubsztituensek prioritását a szterikus akadályuk határozza meg . A hibás megfelelés tipikus példája a cisz-2-klór-but-2-én, amely szintén (E) -2-klór-but-2-én.
Példa: 3-amino-but-2-enoesav, szemben. A prioritások a COOH> H és az NH 2> CH 3. Az első esetben tehát a prioritási csoportok a sík ugyanazon oldalán vannak: ez tehát a (Z) -3-amino-but-2-énsav ábrázolása. Ezzel szemben a második ábrán a prioritási csoportok ellentétesek: a képviselt molekula tehát (E) -3-amino-but-2-enoesav.
Általában a Z konfigurációk ritkábbak, mert a prioritási csoportokat (gyakran a legnagyobbakat) szterikus akadályuk destabilizálja . Bizonyos konfigurációk azonban stabilizálhatók, különösen kelátképzéssel . Az is lehetséges, hogy egy E izomert Z izomerré alakítsunk (vagy fordítva) fotoizomerizációval .
Megjegyzés: A kettős kötés jelenléte miatti diasztereoizomerizmus esetén a cisz és transz kifejezéseket kevésbé használják, amelyek inkább minősítik a csoportok relatív helyzetét anélkül, hogy figyelembe vennék prioritásukat. Például, az illusztráció a konfiguráció E , akkor azt mondják, hogy H van transz a CH 3, És hogy a H van cisz az NH 2.
InvertomerizmusEgy másik, sokkal ritkább geometriai diasztereoizomerizmus, amely akkor jelenik meg, amikor az atomok, például a nitrogén inverziója kellően blokkolt az invertomerek jellemzésére.
Endo-exo izomerizmusNagyon jelen van a szubsztituenseket tartalmazó policiklusos rendszerekben , ez a típusú diasztereoizomerizmus akkor fordul elő, amikor egy szubsztituens a policiklusos ághoz képest két pozíciót foglalhat el, legközelebb vagy legtávolabb - lásd például a tropanolt .
EpimeriaKét epimer csak egyetlen aszimmetrikus szén abszolút konfigurációjával különbözik egymástól , például D- mannóz és D- glükóz vagy D-glükóz és D- galaktóz között .
AnomerizmusEz az epimetria speciális esete az ózonok 1 szénatomjára. Ez lehetővé teszi különösen az α és β konvenció leírását. Ha az 1 szén szénatomjának hidroxilfunkciója a sík alatt van (Haworth ábrázolása), akkor a dózist α (alfa) -nak mondjuk, míg ha az 1 szén hidroxilja a sík felett van, akkor a dózist β (béta) -nak mondjuk.
Példa: α-glükóz: a képen az 1-es szén a jobb oldalon van, és a hidroxil-funkció nincs sem felül, sem alul (úgy kellene választani, hogy α vagy β legyen).
Ez a nómenklatúra nagyon fontos a diszacharidokban és poliszacharidokban megkötött kémiai kötések leírásához.
Példa: a szacharóz (α-D-glükopirannozil (1 → 2) β-D-fruktofurannozid) egy diszacharid, amely α-glükózból és α1-2-be kapcsolt β-fruktózból áll.
Egyéb típusokDiasztereoizometria van két azonos kötési lánccal rendelkező izomer molekula között, amelyek két vagy több kiralitási központot (négy különböző szubsztituenst hordozó atomot) tartalmaznak, és amelyek nem enantiomerek. Példa: A (R) - (S) és (R) - (R) formák a borkősav olyan diasztereomerek, és különböző fizikai tulajdonságokkal.