Просмотр кода страницы Изомерия

{{distinguish|Изомерия атомных ядер|изомерией атомных ядер||Геометрический объект#Подобъект. Подобные геометрические объекты|изомерией геометрических объектов}}
{{falseredirect|Изомер}}
'''Изомери́я''' (от {{lang-grc|ἴσος}} — равный + {{lang-grc2|μέρος}} — доля, часть) — явление, заключающееся в существовании химических соединений — '''изомеров''', — одинаковых по атомному составу и молекулярной массе, но различающихся по строению или расположению атомов в пространстве и, вследствие этого, по свойствам.

== Исторические сведения ==
В итоге дискуссии [[Либих, Юстус фон|Ю. Либиха]] и [[Вёлер, Фридрих|Ф. Вёлера]] в 1823 году было установлено, что существуют два резко различных по свойствам вещества состава AgCNO — циановокислое ({{нп3|Изоцианат серебра|AgNCO||Silver cyanate}}) и гремучее ([[Фульминат серебра|AgONC]]) [[серебро]]. Ещё одним примером послужили [[винная кислота|винная]] и [[виноградная кислота|виноградная]] кислоты, после исследования которых [[Берцелиус, Йёнс Якоб|Й. Берцелиус]] в 1830 году ввёл термин «изомерия» и высказал предположение, что различия возникают из-за «различного распределения простых атомов в сложном атоме» (то есть, в современных терминах, молекуле).

Подлинное объяснение изомерия получила лишь во 2-й половине XIX века на основе [[теория химического строения|теории химического строения]] [[Бутлеров, Александр Михайлович|А. М. Бутлерова]] (структурная изомерия) и стереохимического учения [[Вант-Гофф, Якоб Хендрик|Я. Г. Вант-Гоффа]] (пространственная изомерия).

== Структурная изомерия ==
Структурная изомерия — результат различий в химическом строении. К этому типу относят:

=== Изомерия углеродной цепи (углеродного скелета) ===
[[Файл:Izomer001.svg|thumb|250px|Структурная изомерия. Антрацен (I) и фенантрен (II); циклобутан (III) и метилциклопропан (IV)]]
Изомерия [[Углеродный скелет|углеродного скелета]], обусловленная различным порядком связи атомов углерода. Простейший пример — [[Бутан (вещество)|бутан]] СН{{sub|3}}—СН{{sub|2}}—СН{{sub|2}}—СН{{sub|3}} и [[изобутан]] (СН{{sub|3}}){{sub|3}}СН. Другие примеры: [[антрацен]] и [[фенантрен]] (формулы I и II, соответственно), [[циклобутан]] и [[метилциклопропан]] (III и IV).

=== Валентная изомерия ===
[[Файл:Izomer002.svg|thumb|250px|Валентная изомерия. [[Бензол]] (V); бицикло[2.2.0]гекса-2,5-диен (VI); [[призман]] (VII); [[бензвален]] (VIII)]]
Валентная изомерия — особый вид структурной изомерии, при которой изомеры можно перевести друг в друга лишь за счёт перераспределения связей. Например, валентными изомерами [[бензол]]а (V) являются бицикло[2.2.0]гекса-2,5-диен (VI, «бензол Дьюара»), [[призман]] (VII, «бензол Ладенбурга»), [[бензвален]] (VIII).

=== Изомерия функциональной группы (межклассовая изомерия) ===
Различается характером функциональной группы; например, [[этанол]] (CH{{sub|3}}—CH{{sub|2}}—OH) и [[диметиловый эфир]] (CH{{sub|3}}—O—CH{{sub|3}}).

=== Изомерия положения ===
Тип структурной изомерии, характеризующийся различием положения одинаковых функциональных групп или кратных связей при одинаковом углеродном скелете. Пример: 2-хлорбутановая кислота и 4-хлорбутановая кислота.

=== Метамерия ===
Метамерия — вид [[Структурная изомерия|структурной изомерии]], для которого характерно различное распределение углеродных атомов между несколькими углеводородными радикалами, разделёнными в молекуле [[гетероатом]]ом. Метамерия известна в рядах алифатических [[Простые эфиры|простых эфиров]], [[Сложные эфиры|сложных эфиров]], [[Тиоспирты|тиоспиртов]] и [[Амины|аминов]]. В настоящее время термин используется редко.

На данный вид изомерии ещё указывал А. М. Бутлеров, называя его «изомерия нецельных структур».

Пример: CH<sub>3</sub>CH<sub>2</sub>OCH<sub>2</sub>CH<sub>3</sub> — [[диэтиловый эфир]] и CH<sub>3</sub>OCH<sub>2</sub>CH<sub>2</sub>CH<sub>3</sub> — метилпропиловый эфир.

== Пространственная изомерия (стереоизомерия) ==
{{main|Стереоизомеры}}

Пространственная изомерия (стереоизомерия) возникает в результате различий в пространственной конфигурации молекул, имеющих одинаковое химическое строение.<!-- Для обозначения пространственных изомеров разных типов разработана стереохимическая номенклатура, собранная в разделе E [[Номенклатура ИЮПАК|номенклатурных правил ИЮПАК]] по химии{{нет АИ|11|01|2011}}.-->

Этот тип изомерии подразделяют на ''энантиомерию'' (оптическую изомерию) и ''диастереомерию''.

=== Энантиомерия (оптическая изомерия) ===
{{main|Оптическая изомерия}}
[[Файл:Izomer003.png|right|369x369px]]

Энантиомерами (оптическими изомерами, зеркальными изомерами) являются пары оптических антиподов — веществ, характеризующихся противоположными по знаку и одинаковыми по величине [[Вращение плоскости поляризации|вращениями плоскости поляризации]] света при идентичности всех других физических и химических свойств (за исключением реакций с другими оптически активными веществами и физических свойств в хиральной среде). Необходимая и достаточная причина возникновения оптических антиподов — принадлежность молекулы к одной из следующих [[Точечная группа симметрии|точечных групп симметрии]]: C{{sub|''n''}}, D{{sub|''n''}}, T, O или I ([[хиральность]]). Чаще всего речь идёт об асимметрическом атоме углерода, то есть об атоме, связанном с четырьмя разными заместителями.

Асимметрическими могут быть и другие атомы, например атомы [[Кремний|кремния]], [[азот]]а, [[фосфор]]а, [[Сера|серы]]. Наличие асимметрического атома — не единственная причина энантиомерии. Так, имеют оптические антиподы производные [[адамантан]]а (IX), [[ферроцен]]а (X), 1,3-дифенилаллена (XI), 6,6'-динитро-2,2'-дифеновой кислоты (XII). Причина оптической активности последнего соединения — '''атропоизомерия''', то есть пространственная изомерия, вызванная отсутствием вращения вокруг простой связи. Энантиомерия также проявляется в спиральных конформациях [[Белки|белков]], [[Нуклеиновые кислоты|нуклеиновых кислот]], в [[гексагелицен]]е (XIII).

=== Диастереомерия ===
Диастереомерными считают любые комбинации пространственных изомеров, не составляющие пару оптических антиподов. Различают σ- и π-диастереомеры.

==== σ—диастереомерия ====
σ-диастереомеры отличаются друг от друга конфигурацией части имеющихся в них элементов хиральности. Так, диастереомерами являются (+)-[[винная кислота]] и мезо-винная кислота, D-глюкоза и D-манноза, например:
: [[Файл:Izomer Vinnaya kislota.png|372x372px]]

==== π—диастереомерия (геометрическая изомерия) ====
π-диастереомеры, называемые также [[цис-транс-изомерия|геометрическими изомерами]], отличаются друг от друга различным пространственным расположением заместителей относительно плоскости [[двойная связь (химия)|двойной связи]] (чаще всего С=С и С=N) или цикла. К ним относятся, например, [[Малеиновая кислота|малеиновая]] и [[Фумаровая кислота|фумаровая]] кислоты (формулы XIV и XV соответственно), (Е)- и (Z)-бензальдоксимы (XVI и XVII), цис- и транс-1,2-диметилциклопентаны (XVIII и XIX).
: [[Файл:Izomer007.png|448x448px]]

== Изомеризация ==
Химические превращения, в результате которых структурные изомеры превращаются друг в друга, называется '''изомеризацией'''. Такие процессы имеют важное значение в промышленности. Так, например, проводят изомеризацию нормальных [[алканы|алканов]] в изоалканы для повышения октанового числа моторных топлив; изомеризуют пентан в изопентан для последующего дегидрирования в [[изопрен]]. Изомеризацией являются и внутримолекулярные перегруппировки, из которых большое значение имеет, например, [[перегруппировка Бекмана]] — превращение [[циклогексаноноксим]]а в [[капролактам]] (сырьё для производства [[капрон]]а).

Процесс взаимопревращения энантиомеров называется '''рацемизацией''': она приводит к исчезновению оптической активности в результате образования эквимолярной смеси (−)- и (+)-форм, то есть рацемата. Взаимопревращение диастереомеров приводит к образованию смеси, в которой преобладает термодинамически более устойчивая форма. В случае π-диастереомеров это обычно транс-форма. Взаимопревращение конформационных изомеров называется конформационным равновесием.

Явление изомерии в огромной степени способствует росту числа известных (и ещё в большей степени — числа потенциально возможных) соединений. Так, возможное число структурно-изомерных дециловых спиртов — более 500 (известно из них около 70), пространственных изомеров здесь более 1500.

При теоретическом рассмотрении проблем изомерии все большее распространение получают топологические методы; для подсчёта числа изомеров выведены математические формулы{{какие?}}.

== См. также ==
{{Викисловарь|изомерия}}
* [[Таутомерия]]
* [[Хиральность (химия)|Хиральность]]
* [[Асимметрический атом]]
* [[Модели орбиталей]]
* [[Разделение энантиомеров]]

== Литература ==
* ''Физер Л., Физер М.'' Органическая химия. Углубленный курс. т. 1. пер. с англ., Под ред. д. х. н. Н. С. Вульфсона. Изд. «Химия». М., 1969.
* ''Пальм В. А.'' Введение в теоретическую органическую химию, М., 1974;
* ''Соколов В. И.'' Введение в теоретическую стереохимию, М., 1979;
* ''Сланина 3.'' Теоретические аспекты явления изомерии в химии, пер. с чешского, М., 1984;
* ''Потапов В. М.'' Стереохимия М., 1988.
* Большой энциклопедический словарь. Химия. Изд.: Большая Российская энциклопедия, 2003, ISBN 5-85270-253-6

{{ВС}}
{{Структурная химия}}
{{нет сносок|дата=2022-09-10}}

[[Категория:Изомерия| ]]