Приглашаем посетить сайт
ИЗОМЕРИЯ
ИЗОМЕРИЯ (от греч. isomeros-составленный из равных частей), явление, состоящее в том, что вещества, имеющие одинаковую молекулярную формулу, различаются между собой физ. и хим. свойствами. Первый подобного рода случай описал Либих (Liebig) в 1823 г., а термин И. предложен Берцелиу-сом (Berzelius) в 1830 г. Изучение явлений изомерии показало, что различие физических и химич. свойств закономерно зависит не только от различия элементов, входящих в состав вещества, но и от различия во взаимном расположении атомов в молекуле. Хотя И. встречается и среди неорганических соединений, но несравненно более многочисленные и разнообразные случаи ее наблюдаются среди соединений органических, и И. в органической химии имеет чрезвычайно важное теоретическое и практическое значение. Теория строения органических веществ принимает все четыре валентности углерода равнозначными. Поэтому в углеводороде метане, СН4, все четыре атома Н одинаковы, и безразлично, какой из этих атомов заместить например радикалом CHS или СН2.СН3. Т. о. ни этан СН3.СН3 ни пропан СН3.СН2.СН3 не имеют изомеров. В пропане же атом Н можно заменить группой CHS двояким образом: или 1) у одного из крайних атомов С, или 2) у среднего. Следовательно для бутана С4Н10 могут быть две различные формулы строения: 1) CHj.CHs.CH,-CH,,
2) СН, .CH.CHs с: н. Действительно существуют 2 бутана, отличающихся друг от друга как по хим. строению, так и по физ. и хим. свойствам. У одного цепь углеродных атомов прямая, нераз-ветвленная, у другого-разветвленная. И., зависящая от этой причины, называется изомерией цепи. Соединения, имеющие неразветвленную цепь углеродных атомов, называются нормальными (напр. нормальный бутан), а соединения с разветвленной цепью углеродных атомов-изосоедине-ниями (напр. изобутан).-Если при наличии одной и той же цепи атомов углерода различие строения зависит от то го, что другие атомы или радикалы становятся в различных местах этой цепи, то такая И. называется И. положения. Так, для пропана может быть и действительно существует 2 изомерных однохлористых производных: CHj . СНг CHsCl хлористый пропил СН,.СНС1.СН, хлористый изопропил Могут быть явления комбинированной И.- одновременно и изомерия цепи и изомерия положения, как например для следующих двух монохлористых производных бутана: СН,.СН3.СНС1.СН, и СНз.СН.СН2С1 сн3 По мере увеличения числа углеродных атомов в молекуле органических соединений, число изомеров цепи быстро возрастает. Для углеводорода С5Н12 имеются 3 изомера; для углеводорода С13Н28 возможны 802 изомера и т. д. Изомеры положения более многочисленны и разнообразны,чем изомеры цепи.- Встречается частный случай И., зависящий от того, что двух- или более валентный атом связывает радикалы, которые в различных изомерах различны, но в сумме содержат одно и то же число атомов; такой случай И. носит название метамерии. Например эфир С4Н10О существует в двух метамерах: С2Н5-О-С2Н5 и СН8-О-С»Н7.-Когда в молекуле Н переходит от одного атома к другому, вызывая этим изменение характера связей, то получается изомерное соединение; при этом вещество при одних реакциях реагирует по одной структурной формуле, при других-по другой, т. ч. обе формулы являются как бы равнозначными. Такое явление носит название таутомерии (равнозначность) или десмотропии (изменение связей). Одним из типичнейших примеров явлений таутомерии может служить т. н. «кето-энольная» таутомерия, зависящая от перехода кетонной формы в алкогольную и обратно: R-с-R, [ о кетонная форма R -О - R, \ ОН энольная форма («Эн» в термине «энол»-приставка, характеризующая этиленовые углеводороды,-указывает на двойную связь; ол-окончание, характеризующее название спиртов.) Т. к. процесс таутомеризации обратим, то для смеси 2 таутомерных форм устанавливается состояние равновесия, зависящее от t°, растворителя и других условий. Обе формы можно выделить в чистом виде.' Вышеприведенные виды И. наблюдаются как у соединений с открытой цепью атомов С (ациклических, жирного ряда), так и у циклических соединений. У этих последних имеются кроме того особые виды И.: 1) И., зависящая от числа атомов, входящих в построение самого кольца, например: сн, н,с/\сн, ;\/( сн, гексаметнлен Н2С-------СН . СН3 Н.С^/СН, сн. метил-лентаметилен HCf 2) И., обусловленная неодинаковым расположением тех атомов или радикалов, к-рые замещают атомы Н внутри кольца (И. положения в ядре), напр.: cci
cci
cci HCf >,CH
Hc/j,CH нс^ 1'сн СН
СС1 ог!то-дк
мета-ди
пара-ди- хлорбензсл
хлорбензол
хлорбензол СН
СН
CC1 HCi \сН
HCj^NiCCl НС f^jjCH 3f^\cci нс\ 1'сн HClx y-CCI HCi >'CH NN
N а-хлсрпиридин ^-хлорпиридкн у-хлорпиридин Все приведенные виды И. зависят от неодинакового взаимного распределения атомов в молекуле, от различной хим. структуры молекул и поэтому носят название структурных изомеров. Но кроме того известны многочисленные случаи, когда вещества, имеющие несомненно одну и ту же структурную формулу, тем не менее оказываются различными по физ. и хим. свойствам. Структурные формулы не могут дать объяснения этому явлению, т.к. хим. молекулы суть образования телесные, имеющие протяжение по 3 измерениям, тогда как структурные формулы изображаются на плоскости и имеют следовательно протяжение только по 2 измерениям. Если же придать структурным формулам протяжение по третьему измерению, т. е. изображать их в виде телесных моделей молекул или в виде проекций таких моделей на плоскость, то тогда существование подобного рода кажущихся лишними изомеров становится вполне понятным и необходимым, как это показали в 1874 г. Вант Гофф и Лебель (van't Hoff, Le Bel). Такого рода изомеры называются стерео-изомерами.-Понятие об изомерии лежит в основе всей современной органической химии и имеет большое значение в биологии. Различные изомеры, как структурные, так и стереоизомеры, оказываются различными и по их воздействию на живые клетки и в свою очередь подвергаются неодинаковым изменениям под влиянием жизненных процессов. Так напр. иприт C1.CH2.CH2.S.CH2.CH2C1 является одним из наиболее ужасных боевых отравляющих веществ, тогда как его изомер CH3.CHC1.S.CHC1.CH3 такими свойствами не обладает; алкогольному брожению способны подвергаться только определенные стереоизомеры гексоз; различные стереоизомеры имеют нередко различный вкус, обладают неодинаковым фармакологическим действием. Подобного рода фактов в настоящее время известно уже большое количество.
Лит.: Вальден П., Прошлое и настоящее стереохимии, Л., 1926; ВантГоффЯ., Расположение атомов в пространстве, М., 1913; Голлеман А., Органическая химия, Одесса, 1923; Ч и ч и б а б и и А., Основные начала органической химии, Москва-Ленинград, 1929.