Пространственное строение органических соединений

Стереоизомеры
Стереоизомеры – это соединения с одинаковым порядком соединения атомов, отличающиеся расположением атомов в пространстве.
Стереоизомеры
Конфигурационные
Конформационные

Конфигурация ─ порядок расположения атомов и атомных групп в пространстве без учета возможных различий за счет вращения вокруг σ- связей.
Конфигурационные изомеры превращаются друг в друга с разрывом химических связей.
Конфигурация молекул
тетраэдрическая плоскостная линейная

Конфигурационные стереоизомеры
Хиральность – это свойство объекта быть несовместимым со своим зеркальным изображением.
Простейший случай хиральности - наличие в молекуле центра хиральности (хирального центра), которым может служить атом углерода, связанный с четырьмя различными атомами или группами - асимметрический атом углерода (*С).
Конфигурационные изомеры разделяются на:
энантиомеры
диастереомеры

Энантиомеры
Энантиомеры – стереоизомеры, молекулы которых относятся друг к другу как предмет и несовместимое с ним зеркальное изображение.
проявляют одинаковые физические и химические свойства в обычных условиях;
оптически активны.
Энантиомеры глицеринового альдегида

Оптическая активность
Оптическая активность – способность вещества изменять плоскость поляризации света.
Энантиомеры поворачивают плоскость поляризации на равный угол в противоположном направлении:
(+) – правовращающие,
(–) – левовращающие.

Проекции Фишера
Стереохимические формулы Формулы Фишера
углеродная цепь располагается сверху вниз (наверху старшая группа);
заместители, расположенные по горизонтали, направлены к наблюдателю; по вертикали – от наблюдателя;
четное число перестановок не изменяет конфигурацию молекулы;
поворот проекционной формулы на 180о не изменяет конфигурацию молекулы.

Рацематы
Рацемат - оптически неактивная смесь равных количеств энантиомеров.
Способы разделения рацематов:
механический;
биохимический; химический.

D,L-Система обозначения конфигурации
В качестве конфигурационного стандарта принимается глицериновый альдегид.
Записывается формула Фишера в «стандартном» виде (углеродная цепь располагается вертикально, а старшая группа – наверху).
Если формула Фишера записана не в стандартном виде, необходимо путем четного числа перестановок заместителей преобразовать ее к стандартному виду .
Если заместитель у асимметрического атома углерода окажется при этом слева − это L-энантиомер, если справа − это D-энантиомер.
L-аланин D-молочная кислота

R,S-Система обозначения конфигурации
Молекулу энантиомера располагают так, чтобы самый младший заместитель был обращен назад (формулу Фишера перестраивают так, чтобы он оказался снизу или сверху).
Чем больше атомный номер элемента, непосредственно связанного с центром хиральности, тем старше заместитель. Если первое окружение не позволяет выбрать порядок старшинства двух или более заместителей, то рассматривают второе окружение, затем третье и т. д. Атомные номера элементов, связанных двойной и тройной связью, удваивают или утраивают.
Если порядок старшинства остальных трех заместителей убывает по часовой стрелке, то данный изомер имеет R-конфигурацию, если против часовой стрелки, то S-конфигурацию.

Диастереомеры
Диастереомеры - конфигурационные изомеры (стереоизомеры), не являющиеся энантиомерами.
обладают различными физическими и химическими свойствами;
σ-диастереомеры - диастереомеры, в которых заместители связаны с хиральным центром σ- связями;
π-диастереомеры - диастереомеры, содержащие π-связи.

σ-Диастереомеры
В виде диастереомеров могут существовать соединения, имеющие более одного центра хиральности.
Число стереоизомеров N = 2n, где n - число хиральных центров.

Стереоизомеры винной кислоты
Мезоформа оптически неактивна, характерна для соединений, имеющих внутреннюю плоскость симметрии.

π-Диастереомеры
Возникают при неидентичности лигандов, связанных с атомами углерода двойной связи; отличаются различным расположением лигандов относительно плоскости симметрии π-связи.
Z,E-Система обозначения конфигурации π-диастереомеров
Чем больше атомный номер элемента, непосредственно связанного с двойной связью, тем старше заместитель.
Z-конфигурация для диастереомеров соответствует цис-расположению старших заместителей в каждой паре, E-конфигурация - транс-расположению.

Конформации молекул
Конформации - это формы молекул, образующиеся в результате вращения одной части молекулы относительно другой вокруг σ-связей.
Конформационные изомеры превращаются друг в друга без разрыва химических связей.
Конформации 1,2-дихлорэтана

Конформации ациклических соединений

Проекции Ньюмена
заслоненная скошенная заторможенная
(син-) (гош-) (анти-)

Конформации циклических соединений
Шесть связей С-Н, параллельные оси симметрии кресловидной формы циклогексана, направленные попеременно вверх и вниз, называются аксиальными (а). Остальные шесть С-Н связей, расположенные под углом 109,5°, называются экваториальными (е).

Расположение заместителей в конформациях