Isomería
La versión actual de la página aún no ha sido revisada por colaboradores experimentados y puede diferir significativamente de la versión revisada el 13 de enero de 2022; las comprobaciones requieren 9 ediciones .Isomería (del otro griego ἴσος - igual + μέρος - compartir, parte) - fenómeno que consiste en la existencia de compuestos químicos - isómeros - idénticos en composición atómica y peso molecular, pero que difieren en la estructura o disposición de los átomos en el espacio y, debido a esto, por propiedades.
Información histórica
Como resultado de la discusión entre J. Liebig y F. Wöhler en 1823, se estableció que hay dos sustancias de composición AgCNO que son muy diferentes en propiedades: cianato ( AgNCO) y fulminato ( AgONC ) de plata . Otro ejemplo fueron los ácidos tartárico y tartárico , tras cuyo estudio J. Berzelius introdujo el término "isomerismo" en 1830 y sugirió que las diferencias surgen debido a "la diferente distribución de átomos simples en un átomo complejo" (es decir, en moderno términos, molécula).
La verdadera explicación del isomería se recibió solo en la segunda mitad del siglo XIX sobre la base de la teoría de la estructura química de A. M. Butlerov (isomerismo estructural) y las enseñanzas estereoquímicas de J. G. van't Hoff (isomerismo espacial).
Isomería estructural
La isomería estructural es el resultado de diferencias en la estructura química. Este tipo incluye:
Isomería de la cadena de carbono (esqueleto de carbono)
Isomería del esqueleto de carbono , debido al diferente orden de enlace de los átomos de carbono. El ejemplo más simple es el butano CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 3 y el isobutano (CH 3 ) 3 CH. Otros ejemplos: antraceno y fenantreno (fórmulas I y II, respectivamente), ciclobutano y metilciclopropano (III y IV).
Isomería de valencia
La isomería de valencia es un tipo especial de isomería estructural, en la que los isómeros pueden convertirse entre sí solo debido a la redistribución de enlaces. Por ejemplo, los isómeros de valencia del benceno (V) son biciclo[2.2.0]hexa-2,5-dieno (VI, "benceno de Dewar"), prismano (VII, "benceno de Ladenburg"), benzvaleno (VIII).
Isomería de grupos funcionales (isomerismo entre clases)
Difiere en la naturaleza del grupo funcional; por ejemplo, etanol (CH 3 -CH 2 -OH) y dimetil éter (CH 3 -O-CH 3 ).
Isomería de posición
Tipo de isomería estructural caracterizada por una diferencia en la posición de los mismos grupos funcionales o enlaces múltiples con el mismo esqueleto de carbono. Ejemplo: ácido 2-clorobutanoico y ácido 4-clorobutanoico.
Metamerismo
El metamerismo es un tipo de isomería estructural , que se caracteriza por una distribución diferente de átomos de carbono entre varios radicales hidrocarbonados separados en una molécula por un heteroátomo . El metamerismo se conoce en la serie de éteres alifáticos , ésteres , tioalcoholes y aminas . El término ahora se usa raramente.
A. M. Butlerov también señaló este tipo de isomerismo, llamándolo "isomerismo de estructuras no sólidas".
Ejemplo: CH 3 CH 2 OCH 2 CH 3 - dietil éter y CH 3 OCH 2 CH 2 CH 3 - metil propil éter.
Isomería espacial (estereoisomerismo)
La isomería espacial (estereoisomerismo) surge como resultado de diferencias en la configuración espacial de moléculas que tienen la misma estructura química. Para designar isómeros espaciales de diferentes tipos se ha desarrollado una nomenclatura estereoquímica, recogida en el apartado E de las reglas de nomenclatura para química de la IUPAC .
Este tipo de isomerismo se subdivide en enantiomerismo (isomerismo óptico) y diastereomerismo .
Enantiomerismo (isomerismo óptico)
Los enantiómeros (isómeros ópticos, isómeros espejo) son pares de antípodas ópticas: sustancias caracterizadas por rotaciones del plano de polarización de la luz de signo opuesto e igual magnitud con la identidad de todas las demás propiedades físicas y químicas (con la excepción de las reacciones con otros sustancias ópticamente activas y propiedades físicas en un medio quiral). La razón necesaria y suficiente para la aparición de las antípodas ópticas es que la molécula pertenezca a uno de los siguientes grupos de simetría puntual : C n , D n , T, O o I ( quiralidad ). La mayoría de las veces estamos hablando de un átomo de carbono asimétrico, es decir, un átomo asociado con cuatro sustituyentes diferentes.
Otros átomos también pueden ser asimétricos, como los átomos de silicio , nitrógeno , fósforo , azufre . La presencia de un átomo asimétrico no es la única razón para los enantiómeros. Entonces, los derivados de adamantano (IX), ferroceno (X), 1,3-difenilaleno (XI), ácido 6,6'-dinitro-2,2'-difénico (XII) tienen antípodas ópticas. La razón de la actividad óptica de este último compuesto es la atropisomería , es decir, la isomería espacial provocada por la falta de rotación alrededor de un enlace sencillo. El enantiomerismo también aparece en las conformaciones helicoidales de proteínas , ácidos nucleicos , en hexahelycene (XIII).
Diastereomerismo
Cualquier combinación de isómeros espaciales que no formen un par de antípodas ópticas se considera diastereoisómera. Hay diastereómeros σ y π.
σ—diastereomerismoLos diastereómeros σ difieren entre sí en la configuración de algunos de los elementos de quiralidad que contienen. Entonces, los diastereoisómeros son (+)- ácido tartárico y ácido meso-tartárico, D-glucosa y D-manosa, por ejemplo:
π—diastereomerismo (isomerismo geométrico)Los diastereómeros π, también llamados isómeros geométricos , se diferencian entre sí en la diferente disposición espacial de los sustituyentes en relación con el plano del doble enlace (más a menudo C=C y C=N) o el anillo. Estos incluyen, por ejemplo, ácidos maleico y fumárico (fórmulas XIV y XV, respectivamente), (E)- y (Z)-benzaldoximas (XVI y XVII), cis- y trans-1,2-dimetilciclopentanos (XVIII y XIX) .
Isomerización
Las transformaciones químicas, como resultado de las cuales los isómeros estructurales se convierten entre sí, se denominan isomerización . Tales procesos son importantes en la industria. Así, por ejemplo, la isomerización de alcanos normales en isoalcanos se lleva a cabo para aumentar el octanaje de los combustibles para motores; isomerizar pentano a isopentano para la subsiguiente deshidrogenación a isopreno . Los reordenamientos intramoleculares también son isomerizaciones, de las cuales, por ejemplo, el reordenamiento de Beckmann es de gran importancia : la conversión de ciclohexanona oxima en caprolactama (materia prima para la producción de capron ).
El proceso de interconversión de enantiómeros se denomina racemización : conduce a la desaparición de la actividad óptica como resultado de la formación de una mezcla equimolar de formas (-) y (+), es decir, un racemato. La interconversión de los diastereómeros conduce a la formación de una mezcla en la que predomina la forma termodinámicamente más estable. En el caso de los diastereómeros π, esta suele ser la forma trans. La interconversión de los isómeros conformacionales se denomina equilibrio conformacional.
El fenómeno de la isomería contribuye en gran medida al crecimiento del número de compuestos conocidos (y, en mayor medida, al número de compuestos potencialmente posibles). Por lo tanto, el número posible de alcoholes decílicos isoméricos estructurales es más de 500 (de los cuales se conocen alrededor de 70), hay más de 1500 isómeros espaciales.
En la consideración teórica de los problemas de isomería, los métodos topológicos se están generalizando cada vez más; se derivan fórmulas matemáticas para calcular el número de isómeros[ ¿Qué? ] .
Véase también
- tautomerismo
- quiralidad
- átomo asimétrico
- Modelos orbitales
- cristalización de enantiómeros
Literatura
- Fizer L., Fizer M. Química orgánica. Curso avanzado. volumen 1 por del inglés, ed. X. norte. N. S. Vulfson. ed. "Química". M, 1969.
- Palm V. A. Introducción a la química orgánica teórica, M., 1974;
- Sokolov V. I. Introducción a la estereoquímica teórica, M., 1979;
- Slanina 3. Aspectos teóricos del fenómeno de la isomería en química, trad. del checo, M., 1984;
- Potapov V. M. Estereoquímica M., 1988.
- Gran diccionario enciclopédico. Química. Editorial: Gran Enciclopedia Rusa, 2003, ISBN 5-85270-253-6
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