Конфигурационная изомерия

Конфигурационными изомерами называются стереоизомеры, молекулы которых имеют различное расположение атомов в пространстве без учета конформаций.

По типу симметрии все стереоизомеры делятся на энантиомеры и диастереомеры.

В 1915 году французский физик Ж.-Б. Био открыл явление оптической активности - способности жидкостей вращать плоскость поляризации плоскополяризованного света. Оптическую активность измеряют приборами, которые называются поляриметрами. Монохроматический свет, пройдя через поляризатор (призма Николя из исландского шпата), становится поляризованным. Если в прибор поместить раствор с оптически активным веществом, то поляризованный свет приобретает плоскость поляризации, смещенную на угол a.(измеряется в градусах).

В 1948 году Л. Пастер, отделив пинцетом друг от друга кристаллы двух зеркальных форм оптически неактивной натрий-аммониевой соли виноградной кислоты, получил из неактивной смеси оптически активные вещества. Оба изомера смещали плоскость поляризации поляризованного света на один и тот же угол, но в разные стороны: один - по часовой стрелке (правовращающий, "+"), другой - против часовой стрелки (левовращающий, "-"). Так впервые были получены право- и левовращающие винные кислоты из неактивной виноградной кислоты. Эти изомеры были названы оптическими антиподами, или оптическими изомерами.

Равная смесь право- и левовращающих изомеров одного соединения называется рацематом, она оптически неактивна.

Энантиомеры (оптические изомеры, зеркальные изомеры, антиподы)- это стереоизомеры, молекулы которых относятся друг к другу как предмет и несовместимое с ним зеркальное отображение. Это явление называется энантиомерией.

Энантиомерами являются только те соединения, в которых содержится один или несколько асимметрических (хиральных) атомов углерода.

Асимметрическим (хиральным) является атом, у которого выполняются следующие условия: 1) sp³ гибридное состояние, 2) все четыре заместителя разные.

Все физические и химические свойства энантиомеров одинаковы, кроме вращения плоскости поляризации плоскополяризованного света и биологической активности.

Поляриметр позволяет определить только знак вращения, но не указывает, какой конкретно энантиомер имеет такое вращение. Для этого необходимо установить абсолютную конфигурацию, то есть истинное расположение заместителей в пространстве относительно хирального центра. Определяют абсолютную конфигурацию сложными физико-химическими методами. После выяснения абсолютных конфигураций нескольких соединений появилась возможность характеризовать все остальные путем сравнения их конфигураций с конфигурациями эталонных соединений, то есть определить относительные конфигурации.

В качестве стандарта М.А. Розанов в 1906 г. предложил "+"-глицериновый альдегид, которому условно приписали D-конфигурацию, а его антиподу левовращающему изомеру L-конфигурацию, то есть следующее расположение заместителей:

L-ряд D-ряд

Для изображения конфигурационных изомеров пользуются формулами Фишера. Хиральный центр рисуют с четырьмя связями, расположенными под прямым углом друг к другу. Вертикальные линии изображают заместителей, находящихся за плоскостью листа бумаги, горизонтальные - над плоскостью, центральный атом находится в плоскости листа. Асимметрический (хиральный) атом часто помечают звездочкой *.

К D-стереохимическому ряду относят родственные D-глицериновому альдегиду соединения с аналогичной конфигурацией центра хиральности, к L-ряду аналогично конфигурации L-глицеринового альдегида.

Важно отметить, что знак вращения не имеет прямой связи с конфигурацией.

Количество изомеров определяют по формуле:

N=2ⁿ, где N-число изомеров,

n-число хиральных атомов углерода

Среди энантиомеров могут быть симметричные молекулы, не обладаюшие оптической активностью, называются они мезоизомерами.

Например: Винная к-та
D – (+) – ряд L – (–) – ряд		Мезовинная к-та

Рацемат – виноградная к-та

s-Диастереомерия.

Оптические изомеры, не являющиеся зеркальными изомерами, отличающиеся конфигурацией нескольких, но не всех асимметрических атомов углерода, обладающие различными физическими и химическими свойствами, называются s-диастереомерами.

Например, 2-гидрокси-3-хлорбутановая кислота имеет 4 изомера:

I и II, III и IV – энантиомеры:

I и III, I и IV, II и III, II и IV – диастереомеры.

Таким образом, в зависимости от расположения атомов в пространстве могут быть различные пространственные изомеры, обладающие биологической активностью.