STEREOCHEMIA

		Izomeria związków organicznych
		Pierwsze możliwe przestrzenne rozmieszczenie atomów węgla w cząsteczce występuje gdy cząsteczka zawiera 4 atomy węgla (C4H10). W takiej cząsteczce są możliwe dwa sposoby połączenia atomów węgla w cząsteczce: w postaci łańcucha n-butanu i w postaci rozgałęzionej, czyli metylopropanu (izobutan). Na przedstawionym modelu widzimy, że cząsteczki zawierają taką samą liczbę atomów tego samego pierwiastka, lecz atomy te są połączone z sobą w inny sposób. Innym przykładem jest związek chemiczny o wzorze sumarycznym - C5H12. Związek chemiczny o takim wzorze może posiadać trzy odmiany strukturalne. Takie związki różniące się przestrzennym rozmieszczeniem atomów nazywa się izomerami. Rodzaje izomerii występujące w związkach organicznych przedstawia poniższy schemat. Wyróżnia się izomerię strukturalną steroeoizomeria (przestrzenna)
		Izomeria strukturalna
		Izomeria strukturalna - polega na występowaniu związków izomerycznych, w których atomy tych samych pierwiastków są ze sobą połączone w różnej kolejności W odniesieniu do węglowodorów i ich pochodnych wyrózniamy izomerię izomerię łańcuchową, gdzie atomy węgla mogą przyjmować różne ułóżenia w łańcuchu izomerię położenia, gdzie mamy do czynienia z różnym położeniem wiązań nienasyconych oraz różnym położeniem podstawników w cząsteczce izomerię z różnymi podstawnikami w cząsteczce Izomeria łańcuchowa W cząsteczkach węglowodorów począwszy od butanu atomy węgla mogą przyjmować różne ułożenia w łąńcuchu C4H10 Ze wzrostem liczby atomów węgla szybko wzrasta ilość izomerów. C5H12 Dla cząsteczki posiadającej 10 atomów węgla izomerów jest 75, dla 20 atomów węgla - 366319, dla 30 atomów węgla - 411109 izomerów. Nazwa Wzór sumaryczny Wzór półstrukturalny Ilość izomerów Nazwa Wzór sumaryczny Wzór półstrukturalny Ilość izomerów Metan CH4 CH4 1 Heksan C6H14 CH3(CH2)4CH3 5 Etan C2H6 CH3CH3 1 Heptan C7H16 CH3(CH2)5CH3 9 Propan C3H8 CH3CH2CH3 1 Oktan C8H18 CH3(CH2)6CH3 18 Butan C4H10 CH3CH2CH2CH3 2 Nonan C9H 20 CH3(CH2)7CH3 35 Pentan C5H12 CH3(CH2 )3CH3 3 Dekan C10H22 CH3(CH2)8CH3 75 Izomeria położenia Izomeria położenia dotyczy położenia podstawnika lub wiązania wielokrotnego w cząsteczce. Przykłady: C3H7-Cl 1-chloropropan CH3-CH2-CH2-Cl 2-chloropropan CH3-CHCl-CH3 C5H10 Izomeria z różnymi podstawnikami w cząsteczce
		Stereoizomeria
		Stereoizomeria - to szczególny rodzaj izomerii, gdzie atomy połączone są między sobą w identycznej kolejności ale różnią się sposobem rozmieszczenia atomów w przestrzeni. Wyróżniamy tutaj następujące rodzaje izomerii; izomeria geometryczna izomeria optyczna Izomeria geometryczna Ten typ izomerii występuje wówczas, gdy w układzie przestrzennym cząsteczki zaznacza się określona płaszczyzna. Jeżeli wyróżnione grupy cząsteczki leżą po tej samej stronie płaszczyzny mamy do czynienia z izomerem cis a jeżeli po przeciwnych stronach z izomerem trans. Konfigurację izomerów geometrycznych rozróżnia się za pomocą nazw, które zawierają przedrostek cis- lub -trans, co wskazuje na usytuowanie grup po tej samej lub po przeciwnej stronie cząsteczki. Patrz rysunek Izomeria optyczna Jest to rodzaj stereoizomerii występującej w cząsteczkach chiralnych, które zawierają atom węgla, do którego przyłączone są cztery różne grupy. Taki atom nosi nazwę centrum chiralności. A to oznacza, że dla każdej cząsteczki posiadającej centrum chiralności możemy znalezć drugą cząsteczkę będącą jej lustrzanym odbiciem Izomeria optyczna wiąże się ze zdolnością skręcania płaszczyzny światła spolaryzowanego. Substancje takie nazywa się optycznie czynnymi; skręcające płaszczyznę światła spolaryzowanego w prawo - nazywa się prawoskrętnymi /+/, a skręcajace w lewo -lewoskrętnymi /-/. Związki skręcające płaszczyznę światła w prawo zaznacza się za pomocą symbolu (+) przed nazwą związku, skręcające w lewwo symbolem (-). Na przykład - (+) - glukoza, (-) - fruktoza Izomery bedące wzajemnymi odbiciami lustrzanymi noszą nazwę enacjomerów Przykład - kwas mlekowy Właściwości enancjomerów 1. Enancjomery mają identyczne właściwości fizyczne z wyjątkiem kierunku skręcania płaszczyzny polaryzacji światła 2. Enancjomery wykazują identyczne właściwości chemiczne; wyjątkiem jest ich zachowanie się w stosunku do optycznie czynnych reagentów. Oznacza to, że jeżeli reagent jest optycznie czynny, jego wpływ na oba enancjomery nie jest identyczny podczas ataku i dlatego szybkość reakcji jest różna - w niektórych przypadkach tak dalece różna, że reakcja z jednym izomerem w ogóle nie zachodzi. Równocząsteczkowa mieszanina enacjomerów nie wykazuje optycznej czynności i nosi nazwę mieszaniny recemicznej Odmiana racemiczna jest optycznie nieczynna. Jest wynikiem równoważenia skręcalności cząsteczki jednego izomeru przez skręcalność cząsteczki drugiego izomeru. W celu zaznaczenia racemicznego charakteru określonej próbki stosuje się znak (+/-), jak na przykład kwas (+/-)-mlekowy. Konfiguracja D- i L- Często dla względnego charakteryzowania cząstek chiralnych wprowadzono pojęcie konfiguracji D- i L-, co uwidocznione jest w nazwach związków. Na przykład - aldehyd D-glicerynowy, aldehyd L-glicerynowy Punktem odniesienia dla konfiguracji D- i L- jest budowa cząsteczki aldehydu glicerynowego a konkretnie położenie podstawników H- oraz HO- przy środkowym węglu. D-aldehyd glicerynowy   L-aldehyd glicerynowy Najczęściej konfigurację D- i L- spotykamy w grupie cukrów. Jeżeli cząsteczki cukrów prostych swoją budową nawiązuje do D-aldehydu glicerynowego, zaliczane są do szeregu D, natomiast te, których budowa nawiązuje do L-aldehydu glicerynowego, zaliczane są do szeregu L. Uporządkowanie na szeregi D i L następuje według konfiguracji podstawników, przy czym bierzemy pod uwagę to centrum chiralności, które jest najbardziej oddalone od grupy karbonylowej. L-Glukoza   D-glukoza Przykłady konfiguracji D- i L-. W prezentowanych przykładach w nazwie zaznaczono skręcalność optyczną i konfiguracją D- i L- .Uzyskano tym sposobem pełniejszą nazwę optycznie czynnego związku chemicznego. Na przykład - D(+) - aldehyd glicerynowy, L(-) - aldehyd glicerynowy. Często zachodzi potrzeba opisania konfiguracji w sposób prostszy i wygodniejszy, niż rysowanie jej za każdym razem. Najbardziej użyteczny sposób,obecnie zalecany, polega na stosowaniu symboli R i S. Konfiguracja R (łac. rectus -prawy) i S (łac. sinister - lewy) W celu odczytania konfiguracji na podstawie modelu lub wzoru, podstawnikom przy asymetrycznym atomie trzeba najpierw przypisać numery od 1 do 4 według tzw. reguł pierwszeństwa. Reguły pierwszeństwa podstawników Reguła 1. Jeżeli wszystkie cztery atomy połączone z centrum chiralności są różne, to pierwszeństwo grup zależy od liczb atomowych, przy czym priorytet ma atom o wiekszej liczbie atomowej. Jeżeli dwa atomy są izotopami tego samego pierwiastka, to pierwszeństwo ma atom o większej liczbie masowej. Reguła 2 Jeżeli nie można na podstawie reguły 1 ustalić wzglednego pierwszeństwa dwóch grup, to należy przeprowadzic podobne porównanie następnych atomów w tych grupach. Następnie spoglądamy na cząsteczkę w taki sposób, aby grupa o najniższym pierwszeństwie (4) była jak najdalej od nas oddalona. Trzeba pamiętać, żeby asymetryczny atom węgla znajdował się bliżej obserwatora niż podstawnik 4. Przy takim ustawieniu podstawniki 1, 2, 3 zwrócone są w stronę patrzącego i można wyobrazić sobie, że układają się na okręgu. Jeżeli kolejność 1, 2, 3 jest zgodna z kierunkiem ruchu wskazówek zegara, to taką konfigurację oznaczamy symbolem R a odwrotnej konfiguracji przypisujemy symbol S. Na przykład dla bromochlorojodometanu konfiguracje przedstawiają się następująco. Dlaczego tak wygląda pierwszeństwo podstawników? Ponieważ liczby atomowe Z podstawników odpowiednio wynoszą I - 53, Br - 35, Cl - 17, H - 1. Prostym przykładem związku, który wymaga stosowania reguły 2, jest optycznie czynny alkohol amylowy. W związku tym przy asymetrycznym atomie znajduje się atom wodoru, grupa metylowa - CH3, grupa etylowa - CH2CH3 i hydroksymetylowa -CH2OH. Wodór otrzymuje numer 4, ponieważ Z = 1. Z reguły 2 wynika, że grupa -CH2OH otrzymuje numer 1, zawiera bowiem tlen o Z = 8, grupa -CH2CH3 otrzymuje numer 2 (na drugiej pozycji znajduje się węgiel o Z = 6) a grupa -CH3 numer 4. Diastereoizomery Istnieje grupa związków chemicznych, która zawiera więcej jak jedno centrum chiralności. W tej grupie związków chemicznych obok już wcześniej zdefiniowanych enacjomerów spotykamy się z izomerami nie będące wzajemnymi lustrzanymi odbiciami. Noszą one nazwę diastereoizomerów. W przedstawionym przykładzie struktury I i II oraz III i IV są enancjomerami, natomiast struktura III jest diastereoizomerem zarówno związku I, jak i związku II oraz struktura IV jest diastereoizomerem związków I i II. Rozpatrując poniższy przykład (2,3-dichlorobutan), widzimy, że cząsteczka zawiera dwa centra chiralności. Struktury I i II są enacjomerami (nie można na siebie nałożyć), natomiast struktury III i IV mimo że posiadają centra chralności możemy na siebie nałożyć (wystarczy strukturę III obrócić o 180^o, a pokryje się ona całkowicie ze strukturą IV). W przykładzie mamy tylko trzy struktury stereoizomeryczne, tj. I, II i III. Związki chemiczne, którego cząsteczki dają się nałożyć na swoje odbicia lustrzane, mimo iż zawierają centra chiralności noszą nazwę mezo. W zależności od ilości asymetrycznych atomów węgla (n), ilość izomerów optycznie czynnych (enancjomerów) obliczamy ze wzoru 2^n. Przykładowo czasteczki o dwóch asymetrycznych atomach węgla dają cztery izomery optycznie czynne.
		Izomery konformacyjne
		Izomery konformacyjne to stereoizomery różniące się między sobą rozmieszczeniem atomów w przestrzeni. Różne konformacje powstają przez obrót poszczególnych części cząsteczki wokół wiązań pojedyńczych i geometrycznie nie przystają do siebie (patrz przykład) Konformacje różnią się tylko stanem energetycznym gdzie najkorzystniejszą jest konformacja najuboższa energetycznie. Konformacja ma znaczenie dla cząsteczek alkanów oraz ich pochodnych.