Izomer - Isomer

În chimie , izomerii sunt molecule sau ioni poliatomici cu formule moleculare identice - adică același număr de atomi din fiecare element - dar aranjamente distincte ale atomilor în spațiu. Izomeria este existența sau posibilitatea izomerilor.

Izomerii nu au în mod necesar proprietăți chimice sau fizice similare . Două forme principale de izomerism sunt izomerismul structural sau constituțional, în care legăturile dintre atomi diferă; și stereoizomerism sau izomerism spațial, în care legăturile sunt aceleași, dar pozițiile relative ale atomilor diferă.

Relațiile izomerice formează o ierarhie. Două substanțe chimice ar putea fi același izomer constituțional, dar după o analiză mai profundă trebuie să fie stereoizomeri unul față de celălalt. Două molecule care sunt același stereoizomer ca unele altele ar putea fi în forme conformaționale diferite sau să fie izotopologi diferiți. Profunzimea analizei depinde de domeniul de studiu sau de proprietățile chimice și fizice de interes.

Cuvântul englezesc „izomer“ ( / s əm ər / ) este un back-formație din „izomerică“, care a fost împrumutat prin germană isomerisch din suedeză isomerisk ; care la rândul său a fost inventat din greacă ἰσόμερoς isómeros , cu rădăcini isos = "egal", méros = "parte".

Tipuri de izomeri.

Izomeri structurali

Izomerii structurali au același număr de atomi din fiecare element (deci aceeași formulă moleculară ), dar atomii sunt conectați în moduri distincte.

Exemplu: C
3
H
8
O

De exemplu, există trei compuși distincti cu formula moleculară :

Izomeri structurali ai C 3H 8O: I 1-propanol, II 2-propanol, III etil-metil-eter.

Primii doi izomeri arătați sunt propanoli , adică alcooli derivați din propan . Ambele au un lanț de trei atomi de carbon , conectate prin legături simple, cu carbon rămase valentele fiind umplut cu șapte hidrogen atomi și de un hidroxil grup care cuprinde oxigen atom legat la un atom de hidrogen. Acești doi izomeri diferă de carbonul la care este legat hidroxilul: fie la o extremitate a lanțului de carbon propan-1-ol (1-propanol, alcool n- propilic, n -propanol; I ), fie la propanul 2 din carbon mediu -ol (2-propanol, alcool izopropilic, izopropanol; II ). Acestea pot fi descrise prin formulele structurale condensate și .

Al treilea izomer este eterul metoxietan (etil-metil-eter; III ). Spre deosebire de ceilalți doi, are atomul de oxigen conectat la doi atomi de carbon și toți cei opt hidrogeni sunt legați direct de atomi de carbon. Poate fi descris prin formula condensată .

Alcoolul "3-propanol" nu este un alt izomer, deoarece diferența dintre acesta și 1-propanol nu este reală; este doar rezultatul unei alegeri arbitrare în ordonarea carbonilor de-a lungul lanțului. Din același motiv, „etoximetanul” nu este un alt izomer.

1-propanolul și 2-propanolul sunt exemple de izomeri poziționali , care diferă prin poziția în care anumite caracteristici, cum ar fi legături duble sau grupări funcționale , apar pe o moleculă „părinte” (propan, în acest caz).

Exemplu: C
3
H
4

Există, de asemenea, trei izomeri structurali ai hidrocarburii :

Allene.png Propyne-2D-flat.png Cyclopropene.png
I Propadiene II Propyne III Ciclopropen

În doi dintre izomeri, cei trei atomi de carbon sunt conectați într-un lanț deschis, dar într-unul dintre ei ( propadienă sau alenă; I ) carbonii sunt conectați prin două legături duble , în timp ce în cealaltă ( propină sau metilacetilenă, II ) sunt conectate printr-o legătură simplă și o legătură triplă . În al treilea izomer ( ciclopropen ; III ) cei trei atomi de carbon sunt conectați într-un inel prin două legături simple și o legătură dublă. În toate cele trei valențe rămase ale atomilor de carbon sunt satisfăcute de cei patru hidrogeni.

Din nou, rețineți că există un singur izomer structural cu o legătură triplă, deoarece cealaltă plasare posibilă a acelei legături este doar atragerea celor trei atomi de carbon într-o ordine diferită. Din același motiv, există doar un singur ciclopropen, nu trei.

Tautomeri

Tautomerii sunt izomeri structurali care se interconvertesc ușor, astfel încât două sau mai multe specii coexistă în echilibru, cum ar fi

.

Exemple importante sunt tautomerismul ceto-enol și echilibrul dintre formele neutre și zwitterionice ale unui aminoacid .

Forme de rezonanță

Structura unor molecule este uneori descrisă ca o rezonanță între mai mulți izomeri structurali aparent diferiți. Exemplul clasic este 1,2-metilbenzen ( o- xilen), care este adesea descris ca un amestec al celor doi izomeri structurali aparent diferiți:

O xilen A.png O xilen B.png

Cu toate acestea, niciuna dintre aceste două structuri nu descrie un compus real; sunt ficțiuni concepute ca o modalitate de a descrie (prin „medie” sau „rezonanță”) legătura reală delocalizată a o- xilenei, care este izomerul unic cu un miez de benzen și două grupări metil în poziții adiacente.

Stereoizomeri

Stereoizomerii au aceiași atomi sau izotopi conectați prin legături de același tip, dar diferă prin formele lor - pozițiile relative ale acestor atomi în spațiu, în afară de rotații și translații

În teorie, ne putem imagina orice aranjament spațial al atomilor unei molecule sau ion pentru a fi schimbat treptat la orice alt aranjament în infinit de multe moduri, prin deplasarea fiecărui atom de-a lungul unei căi adecvate. Cu toate acestea, schimbările în pozițiile atomilor vor schimba, în general, energia internă a unei molecule, care este determinată de unghiurile dintre legăturile din fiecare atom și de distanțele dintre atomi (indiferent dacă acestea sunt legate sau nu).

Un izomer conformațional este un aranjament al atomilor moleculei sau ionului pentru care energia internă este un minim local ; adică un aranjament astfel încât orice mică modificare a pozițiilor atomilor să crească energia internă și, prin urmare, să ducă la forțe care tind să împingă atomii înapoi în pozițiile inițiale. Schimbarea formei moleculei de la un astfel de minim energetic la un alt minim energetic va necesita, prin urmare, trecerea prin configurații care au o energie mai mare decât și . Adică, un izomer de conformație este separat de orice alt izomer printr-o barieră energetică : cantitatea care trebuie adăugată temporar la energia internă a moleculei pentru a trece prin toate conformațiile intermediare de-a lungul celei mai „ușoare” căi (cea care minimizează suma respectivă).

Modele moleculare de ciclohexan în configurații pentru bărci și scaune. Atomii de carbon sunt de culoare chihlimbar sau albastru, în funcție de situarea lor deasupra sau sub planul mediu al inelului. Legăturile C-C de pe inel sunt de culoare verde deschis.

Un exemplu clasic de izomerie conformațională este ciclohexanul . Alcanii au, în general, energie minimă atunci când unghiurile sunt apropiate de 110 grade. Conformațiile moleculei de ciclohexan cu toți cei șase atomi de carbon de pe același plan au o energie mai mare, deoarece unele sau toate unghiurile trebuie să fie departe de acea valoare (120 de grade pentru un hexagon regulat). Astfel, conformațiile care sunt minime de energie locală au inelul răsucit în spațiu, conform unuia dintre cele două modele cunoscute sub numele de scaun (cu carbonii alternativ deasupra și dedesubtul planului lor mediu) și barca (cu doi carboni opuși deasupra planului, iar celălalt patru sub ea).

Dacă bariera energetică dintre doi izomeri conformaționali este suficient de mică, aceasta poate fi depășită prin intrările aleatorii de energie termică pe care molecula le primește din interacțiunile cu mediul înconjurător sau din propriile sale vibrații . În acest caz, cei doi izomeri pot fi, de asemenea, considerați un singur izomer, în funcție de temperatură și context. De exemplu, cele două conformații ale ciclohexanului se convertesc una la cealaltă destul de rapid la temperatura camerei (în stare lichidă), astfel încât acestea sunt de obicei tratate ca un singur izomer în chimie.

În unele cazuri, bariera poate fi traversată prin tunelarea cuantică a atomilor înșiși. Acest ultim fenomen previne separarea stereoizomerilor fluorocloraminei sau a peroxidului de hidrogen , deoarece cele două conformații cu energie minimă se convertesc în câteva picosecunde chiar și la temperaturi foarte scăzute.

Dimpotrivă, bariera energetică poate fi atât de mare încât cel mai simplu mod de a o depăși ar necesita ruperea temporară și apoi reformarea sau mai multe legături ale moleculei. În acest caz, cei doi izomeri sunt de obicei suficient de stabili pentru a fi izolați și tratați ca substanțe distincte. Se spune că acești izomeri sunt diferiți izomeri de configurație sau „configurații” ale moleculei, nu doar două conformații diferite. (Cu toate acestea, ar trebui să fim conștienți de faptul că termenii „conformație” și „configurație” sunt în mare parte sinonimi în afara chimiei, iar distincția lor poate fi controversată chiar și între chimisti.)

Interacțiunile cu alte molecule ale compușilor identici sau diferiți (de exemplu, prin legături de hidrogen ) pot schimba semnificativ energia conformațiilor unei molecule. Prin urmare, posibilii izomeri ai unui compus în soluție sau în fazele sale lichide și solide mulți sunt foarte diferiți de cei ai unei molecule izolate în vid. Chiar și în faza gazoasă, unii compuși precum acidul acetic vor exista mai ales sub formă de dimeri sau grupuri mai mari de molecule, ale căror configurații pot fi diferite de cele ale moleculei izolate.

Enantiomerii

Se spune că doi compuși sunt enantiomeri dacă moleculele lor sunt imagini în oglindă unele cu altele, care nu pot fi făcute să coincidă doar prin rotații sau translații - cum ar fi mâna stângă și mâna dreaptă. Se spune că cele două forme sunt chirale .

Un exemplu clasic este bromoclorofluormetanul ( ). Cei doi enantiomeri se pot distinge, de exemplu, prin faptul că calea se rotește în sensul acelor de ceasornic sau în sens invers acelor de ceasornic, așa cum se vede din atomul de hidrogen. Pentru a schimba o conformație cu cealaltă, la un moment dat, acești patru atomi ar trebui să se așeze pe același plan - ceea ce ar necesita o tensionare severă sau ruperea legăturilor lor cu atomul de carbon. Bariera energetică corespunzătoare dintre cele două conformații este atât de mare încât practic nu există conversie între ele la temperatura camerei și pot fi privite ca configurații diferite.

Compusul clorofluormetan , în schimb, nu este chiral: imaginea în oglindă a moleculei sale este, de asemenea, obținută printr-o jumătate de rotație în jurul unei axe adecvate.

Un alt exemplu de compus chiral este 2,3-pentadiena o hidrocarbură care conține două legături duble suprapuse. Legăturile duble sunt de așa natură încât cei trei carboni mijlocii sunt în linie dreaptă, în timp ce primii trei și ultimii trei se află pe planuri perpendiculare. Molecula și imaginea ei în oglindă nu sunt superpozabile, chiar dacă molecula are o axă de simetrie. Cei doi enantiomeri se pot distinge, de exemplu, prin regula mâinii drepte . Acest tip de izomerism se numește izomerism axial .

Enantiomerii se comportă identic în reacțiile chimice, cu excepția cazului în care reacționează cu compuși chirali sau în prezența catalizatorilor chirali , cum ar fi majoritatea enzimelor . Din acest ultim motiv, cei doi enantiomeri ai majorității compușilor chirali au de obicei efecte și roluri semnificativ diferite în organismele vii. În biochimie și știința alimentelor , cei doi enantiomeri ai unei molecule chirale - cum ar fi glucoza - sunt de obicei identificați și tratați ca substanțe foarte diferite.

Fiecare enantiomer al unui compus chiral roteste de obicei planul luminii polarizate care trece prin el. Rotația are aceeași magnitudine, dar simțurile opuse pentru cei doi izomeri și poate fi un mod util de a distinge și măsura concentrația lor într-o soluție. Din acest motiv, enantiomerii erau numiți anterior "izomeri optici". Cu toate acestea, acest termen este ambiguu și este descurajat de IUPAC .

Stereoizomerii care nu sunt enantiomeri se numesc diastereomeri . Unii diastereomeri pot conține centru chiral , alții nu.

Unele perechi de enantiomeri (cum ar fi cele de trans -cyclooctene ) pot fi interconvertiți prin mișcări interne care lungimile legăturilor schimbare și unghiuri doar ușor. Alte perechi (cum ar fi CHFClBr) nu pot fi interconvertite fără ruperea legăturilor și, prin urmare, sunt configurații diferite.

Izomeria Cis-trans

O dublă legătură între doi atomi de carbon forțează restul de patru legături (dacă sunt simple) să se așeze pe același plan, perpendicular pe planul legăturii, așa cum este definit de orbitalul său π . Dacă cele două legături de pe fiecare carbon se conectează la atomi diferiți, sunt posibile două conformații distincte, care diferă una de cealaltă printr-o răsucire de 180 de grade a unuia dintre carbonii din legătura dublă.

Exemplul clasic este dicloroetena , în mod specific izomerul structural care are un clor legat de fiecare carbon. Are doi izomeri conformaționali, cu cei doi clori pe aceeași parte sau pe laturile opuse ale planului legăturii duble. Ele sunt numite în mod tradițional cis (din latină care înseamnă „pe această parte a”) și respectiv trans („pe cealaltă parte a”), respectiv; sau Z și E în nomenclatura recomandată IUPAC . Conversia între aceste două forme necesită, de obicei, ruperea temporară a legăturilor (sau transformarea legăturii duble într-o legătură simplă), astfel încât cele două sunt considerate configurații diferite ale moleculei.

Mai general, izomerismul cis - trans (denumit anterior "izomerism geometric") apare în molecule unde orientarea relativă a două grupuri funcționale distincte este restricționată de un cadru oarecum rigid al altor atomi.

De exemplu, în alcoolul inozitol ciclic (un alcool de șase ori al ciclohexanului), coloana vertebrală ciclică cu șase carbon împiedică în mare măsură hidroxilul și hidrogenul de pe fiecare carbon să se schimbe. Prin urmare, unul are izomeri de configurație diferiți în funcție de faptul dacă fiecare hidroxil se află pe „această parte” sau „pe cealaltă parte” a planului mediu al inelului. Reducând izomerii care sunt echivalenți sub rotații, există nouă izomeri care diferă în funcție de acest criteriu și se comportă ca substanțe stabile diferite (doi dintre ei fiind enantiomeri unul față de celălalt). Cel mai frecvent în natură ( mioinozitolul ) are hidroxilii de pe carbonii 1, 2, 3 și 5 de pe aceeași parte a acelui plan și, prin urmare, poate fi numit cis -1,2,3,5- trans -4, 6-ciclohexanhexol. Și fiecare dintre acești izomeri cis - trans poate avea conformații stabile "scaun" sau "barcă" (deși barierele dintre acestea sunt semnificativ mai mici decât cele dintre diferiții izomeri cis - trans ).

Cele două complexe izomerice, cisplatină și transplatină , sunt exemple de molecule pătrate planare MX 2 Y 2 cu M = Pt.

Izomerii Cis și trans apar și în compuși anorganici de coordonare , cum ar ficomplexele plane pătrate șicomplexele octaedrice .

Pentru molecule organice mai complexe, etichetele cis și trans sunt ambigue. IUPAC recomandă o schemă de etichetare mai precisă, bazată pe prioritățile CIP pentru legăturile la fiecare atom de carbon.

Centre cu obligațiuni neechivalente

Mai general, atomii sau grupurile atomice care pot forma trei sau mai multe legături simple neechivalente (cum ar fi metalele de tranziție din compușii de coordonare) pot da naștere la stereoizomeri multipli atunci când atomi sau grupuri diferite sunt atașate la aceste poziții. Același lucru este valabil dacă un centru cu șase sau mai multe legături echivalente are doi sau mai mulți substituenți.

De exemplu, în compus , legăturile de la atomul de fosfor la cei cinci halogeni au geometrie bipiramidală aproximativ trigonală . Astfel, doi stereoizomeri cu formula respectivă sunt posibili, în funcție de faptul dacă atomul de clor ocupă una dintre cele două poziții „axiale” sau una dintre cele trei poziții „ecuatoriale”.

Pentru compus , sunt posibili trei izomeri, cu zero, unul sau doi clori în poziții axiale.

Ca un alt exemplu, un complex cu o formulă ca , în care atomul central M formează șase legături cu geometrie octaedrică , are cel puțin doi izomeri faciali-meridionali , în funcție de faptul dacă cele trei legături (și, de asemenea, cele trei legături) sunt direcționate către trei colțuri ale unei fețe a octaedrului ( izomer fac ) sau se află pe același plan ecuatorial sau „meridian” al acestuia ( izomer mer ).

Rotameri și atropizomeri

Două părți ale unei molecule care sunt conectate printr-o singură legătură se pot roti în jurul legăturii respective. În timp ce legătura în sine este indiferentă la acea rotație, atracțiile și repulsiile dintre atomii din cele două părți determină în mod normal energia întregii molecule să varieze (și, eventual, și cele două părți să se deformeze) în funcție de unghiul relativ de rotație φ între două părți. Apoi vor exista una sau mai multe valori speciale ale lui φ pentru care energia este la minimum local. Conformațiile corespunzătoare ale moleculei se numesc izomeri de rotație sau rotameri .

Astfel, de exemplu, într-o moleculă de etan , toate unghiurile de legătură și lungimea sunt restrânse, cu excepția faptului că cele două grupări metil se pot roti independent în jurul axei. Astfel, chiar dacă aceste unghiuri și distanțe sunt presupuse fixe, există infinit de multe conformații pentru molecula de etan, care diferă prin unghiul relativ φ de rotație între cele două grupuri. Repulsia slabă între atomii de hidrogen din cele două grupări metil determină minimizarea energiei pentru trei valori specifice de φ, la o distanță de 120 °. În aceste configurații, cele șase avioane sau sunt 60 ° în afară. Reducând rotațiile întregii molecule, acea configurație este un singur izomer - așa-numita conformație eșalonată .

Rotația între cele două jumătăți ale moleculei 1,2-dicloretan ( de asemenea , are trei minimele de energie locale, dar acestea au energii diferite , datorită diferențelor dintre , și interacțiunile Există , prin urmare , trei rotameri: a . Trans izomer în cazul în care cele două sunt atomii de clor pe același plan ca cei doi carboni, dar cu legături direcționate opus; și doi izomeri gauche , oglindesc imagini reciproce, unde cele două grupuri sunt rotite cu aproximativ 109 ° din poziția respectivă. Diferența de energie calculată între trans și gauche este de ~ 1,5 kcal / mol, bariera pentru rotația de ~ 109 ° de la trans la gauche este de ~ 5 kcal / mol, iar cea a rotației de ~ 142 ° de la o gauche la enantiomerul său este de ~ 8 kcal / mol. Situația pentru butan este similară , dar cu mai mici gingaș Gauche energii și bariere.

Dacă cele două părți ale moleculei conectate printr-o singură legătură sunt voluminoase sau încărcate, barierele energetice pot fi mult mai mari. De exemplu, în compusul bifenil - două grupări fenil conectate printr-o singură legătură - repulsia dintre atomii de hidrogen cea mai apropiată de legătura centrală simplă oferă conformația complet plană, cu cele două inele pe același plan, o energie mai mare decât conformațiile unde două inele sunt înclinate. În faza gazoasă, molecula are deci cel puțin doi rotameri, cu planurile inelului răsucite cu ± 47 °, care sunt imagini în oglindă unele cu altele. Bariera dintre ele este destul de mică (~ 8 kJ / mol). Acest efect de obstacol steric este mai pronunțat atunci când acești patru hidrogeni sunt înlocuiți cu atomi sau grupuri mai mari, cum ar fi clorii sau carboxilii . Dacă bariera este suficient de mare pentru ca cei doi rotameri să fie separați ca compuși stabili la temperatura camerei, aceștia se numesc atropizomeri .

Topoizomerii

Moleculele mari pot avea izomeri care diferă prin topologia dispunerii lor generale în spațiu, chiar dacă nu există o constrângere geometrică specifică care să le separe. De exemplu, lanțurile lungi pot fi răsucite pentru a forma noduri topologice distincte , cu interconversia împiedicată de substituenți voluminoși sau de închiderea ciclului (ca în plasmidele ADN și ARN circulare ). Unele noduri pot veni în perechi de enantiomer oglindă-imagine. Astfel de forme se numesc izomeri topologici sau topoizomeri .

De asemenea, două sau mai multe astfel de molecule pot fi legate între ele într-o catenană prin astfel de legături topologice, chiar dacă nu există o legătură chimică între ele. Dacă moleculele sunt suficient de mari, legătura poate avea loc în mai multe moduri distincte topologic, constituind izomeri diferiți. Compușii din cuști , cum ar fi heliul închis în dodecaedru (He @ C
20
H
20
) și peapodele de carbon , sunt un tip similar de izomerism topologic care implică molecule cu goluri interne mari cu deschideri restricționate sau fără.

Izotopi și spin

Izotopomeri

Izotopii diferiți ai aceluiași element pot fi considerați ca diferite tipuri de atomi atunci când se enumeră izomeri ai unei molecule sau ai ionilor. Înlocuirea unuia sau mai multor atomi cu izotopii lor poate crea mai mulți izomeri structurali și / sau stereoizomeri dintr-un singur izomer.

De exemplu, înlocuirea a doi atomi de hidrogen comun ( ) cu deuteriu ( , sau ) pe o moleculă de etan produce doi izomeri structurali diferiți, în funcție de faptul dacă substituțiile sunt ambele pe același carbon (1,1-dideuteroetan ) , sau unul pe fiecare carbon (1,2-dideuteroetan ); de parcă substituentul ar fi clor în loc de deuteriu. Cei doi compuși nu se interconvertesc ușor și au proprietăți diferite, cum ar fi spectrul lor de microunde .

Un alt exemplu ar fi înlocuirea unui atom de deuteriu cu unul dintre hidrogenii din clorofluormetan ( ). În timp ce compusul original nu este chiral și are un singur izomer, substituția creează o pereche de enantiomeri chirali ai , care ar putea fi distinși (cel puțin teoretic) prin activitatea lor optică.

Când doi izomeri ar fi identici dacă toți izotopii fiecărui element ar fi înlocuiți cu un singur izotop, aceștia sunt descriși ca izotopomeri sau izomeri izotopici. În cele două exemple de mai sus, dacă toate ar fi înlocuite cu , cei doi dideuteroetani ar deveni amândoi etan și cei doi deuteroclorofluorometani ar deveni amândoi .

Conceptul de izotopomeri este diferit de izotopologi sau omologi izotopici, care diferă prin compoziția lor izotopică. De exemplu, și sunt izotopologi și nu izotopomeri și, prin urmare, nu sunt izomeri unul față de celălalt.

Izomeri de centrifugare

Un alt tip de izomerism bazat pe proprietăți nucleare este izomerismul de spin , în care moleculele diferă doar prin rotirile relative ale nucleilor atomici constituenți. Acest fenomen este semnificativ pentru hidrogenul molecular, care poate fi parțial separat în doi izomeri de spin: parahidrogen, cu rotirile celor doi nuclei îndreptate în moduri opuse și ortohidrogen, unde rotirile indică în același mod.

Ionizare și excitație electronică

Același izomer poate fi, de asemenea, în diferite stări excitate , care diferă prin starea cuantică a electronilor lor. De exemplu, molecula de oxigen poate fi în starea triplet sau una din cele două stări singlet . Aceștia nu sunt considerați izomeri diferiți, deoarece astfel de molecule se descompun de obicei spontan la starea lor de excitație cu cea mai mică energie într-o scară de timp relativ scurtă.

În mod similar, ionii și moleculele poliatomice care diferă numai prin adăugarea sau îndepărtarea de electroni, cum ar fi oxigenul sau ionul peroxid nu sunt considerați izomeri.

Izomerizare

Izomerizarea este procesul prin care o moleculă este transformată într-o altă moleculă care are exact aceiași atomi, dar atomii sunt rearanjați. În unele molecule și în anumite condiții, izomerizarea are loc spontan. Mulți izomeri sunt egali sau aproximativ egali în energia legăturii , și astfel există în cantități aproximativ egale, cu condiția să se poată interconverti relativ liber, adică bariera energetică dintre cei doi izomeri nu este prea mare. Când izomerizarea are loc intramolecular , este considerată o reacție de rearanjare .

Un exemplu de izomerizare organometalică este producția de decafenilferrocen, [(η 5 -C 5 Ph 5 ) 2 Fe] din izomerul său de legătură .

Formarea decafenilferrocenului din izomerul său de legătură.PNG
Sinteza acidului fumaric

Sinteza industrială a acidului fumaric are loc prin izomerizarea cis-trans a acidului maleic :

MaleictoFumaric.png

Topoizomerazele sunt enzime care pot tăia și reforma ADN-ul circular și astfel îi pot schimba topologia.

Chimie medicală

Izomerii cu proprietăți biologice distincte sunt obișnuiți; de exemplu, plasarea grupărilor metil . În xantinele substituite , teobromina , găsită în ciocolată, este un vasodilatator cu unele efecte comune cu cofeina ; dar, dacă una dintre cele două grupări metil este mutată într-o poziție diferită pe miezul cu două inele, izomerul este teofilina , care are o varietate de efecte, inclusiv bronhodilatație și acțiune antiinflamatoare . Un alt exemplu în acest sens apare la medicamentele stimulante pe bază de fenetilamină . Fentermina este un compus neciral cu un efect mai slab decât cel al amfetaminei . Este utilizat ca medicament care reduce apetitul și are proprietăți ușoare sau deloc stimulante. Cu toate acestea, un aranjament atomic alternativ dă dextrometamfetamină , care este un stimulent mai puternic decât amfetamina.

În chimia și biochimia medicamentoasă , enantiomerii sunt o preocupare specială, deoarece pot avea activitate biologică distinctă . Multe proceduri pregătitoare permit un amestec de cantități egale de ambele forme enantiomerice. În unele cazuri, enantiomerii sunt separați prin cromatografie utilizând faze staționare chirale. Ele pot fi, de asemenea, separate prin formarea sărurilor diastereomerice . În alte cazuri, s-a dezvoltat sinteza enantioselectivă .

Ca exemplu anorganic, cisplatina (vezi structura de mai sus) este un medicament important utilizat în chimioterapia cancerului, în timp ce izomerul trans (transplatină) nu are activitate farmacologică utilă.

Istorie

Izomerismul a fost observat pentru prima dată în 1827, când Friedrich Wöhler a preparat cianat de argint și a descoperit că, deși compoziția sa elementară era identică cu fulminatul de argint (preparat de Justus von Liebig anul anterior), proprietățile sale erau distincte. Această descoperire a provocat înțelegerea chimică predominantă a timpului, care a susținut că compușii chimici ar putea fi diferiți numai atunci când compozițiile lor elementare diferă. (Știm acum că structurile de legătură ale fulminatului și cianatului pot fi descrise aproximativ ca ≡ și , respectiv.)

Au fost găsite exemple suplimentare în anii următori, cum ar fi descoperirea lui Wöhler din 1828 că ureea are aceeași compoziție atomică ( ) ca cianatul de amoniu distinct chimic . (Structurile lor sunt acum cunoscute a fi și , respectiv.) În 1830, Jöns Jacob Berzelius a introdus termenul de izomerism pentru a descrie fenomenul.

În 1848, Louis Pasteur a observat că cristalele de acid tartric au apărut în două feluri de forme care erau imagini în oglindă. Separând cristalele de mână, el a obținut două versiuni de acid tartric, fiecare dintre acestea cristalizând doar într-una din cele două forme și a rotit planul luminii polarizate în același grad, dar în direcții opuse.

Vezi si

Referințe

linkuri externe