Пространствеая структура биоорганических молекул. Виды изомерии

(Материал для самоподготовки)

Многообразие органических соединений обусловлено в значи­тельной мере явлением изомерии.

Изомерами называются соединения с одинаковым качествен­ными количественным составом, но отличающиеся последо­вательностью связывания атомов или расположением их в пространстве.

Даже минимальные структурные различия между изомерами биомолекул приводят к заметным различиям в их физических и химических свойствах и очень сильно влияют на их биологичес­кую активность. Возможны следующие типы изомерии: струк­турная и пространственная (стереоизомерия).

Структурная изомерия. Этот тип изомерии обуслов­лен различным взаимным расположением атомов в молекулах.

При этом различают изомерию углеродного скелета и изомерию положения.

Изомерия углеродного скелета обусловлена спо­собностью атомов углерода образовывать как прямые (нормаль­ные) углеродные цепи, так и разветвленные цепи с различной степенью разветвления. Например, у пентана имеются три изо­мера:

 

н-пентан 2-метилбутан 2,2-диметилпропан

 

Изомерия положения обусловлена различным положе­нием заместителей, функциональных групп или кратных связей в молекулах органических соединений одинакового состава. На­пример:

— перемещение заместителя по цепи:

1-хлорпентан 2-хлорпентан

8-хлорпентан

— перемещение кратной связи по цепи:

пентен-1 пентен-2

— взаимное расположение заместителей в соединениях аро­матического ряда:

 

1,2-диметилбензол 1,8-диметилбензол 1,4-диметилбензол

(opтo -ксилол) (мета -ксилол) (пара -ксилол)

 

Для рассмотренных видов структурной изомерии взаимное превращение изомеров друг в друга при обычных условиях от­сутствует.

Классовая изомерия также является примером структурной изомерии и определяется различной очередностью расположения атомов в молекулах веществ, относящихся к различным классам. Примером изомерии данного вида могут молекулы этилового спирта и диметилового эфира: молекулярная формула которых – C₂H₆O, а структурные формулы веществ соответственно можно представить следующим образом: CH₃-CH₂-OH и CH₃-O-CH₃

 

Особым случаем структурной изомерии является тау­томерия.

Таутомерия — явление равновесной динамической изо­мерии, при которой происходит быстрое обратимое са­мопроизвольное превращение структурных изомеров, со­провождаемое миграцией подвижной группы между дву­мя или несколькими центрами в молекуле.

Таутомерия свойственна соединениям, в молекулах которых име­ются разные реакционноспособные группировки. Например, в мо­лекулах природных аминокислот имеются две группы с противо­положными свойствами: аминогруппа - основные свойства - и карбоксильная группа — кислотные свойства. Между этими группами осуществляется перенос протона, и поэтому такой вид изомерии называется прототропной таутомерией. Для обозначения таутомерного равновесия в учебнике исполь­зованы пунктирные стрелки.

H₂N—CHR—СООН <=> H₃ —CHR—СОО^-

Для всех природных аминокислот в кристаллическом состоя­нии и в водных растворах наиболее устойчив таутомер, имеющий структуру биполярного иона. Его содержание превышает 99,9%. Поэтому во многих учебных пособиях все природные α-аминокислоты всегда изо­бражены в виде таутомера с биполярно-ионной структурой.

Прототропная таутомерия бывает разных видов: кето-енольная, лактим-лактамная и др. Кроме прототропной таутомерии в природных соединениях наблюдает­ся кольчато-цепная таутомерия, которая особенно характерна для углеводов. Данные виды изомерии будут более подробно рассмотрены в соответствующих главах.

ГЛАВА 2. ЭЛЕКТРОННОЕ СТРОЕНИЕ ОРГАНИЧЕСКИХ МОЛЕКУЛ. КИСЛОТНОСТЬ И ОСНОВНОСТЬ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ.

Вопросы к занятию.

 

1. Понятие об оптической изомерии органических соединений.

2. Асимметрические атомы углерода. Хиральные молекулы.

3. Относительная и абсолютная конфигурация молекул. Проекции Фишера.

4. Индуктивный электронный эффект.

5. Мезомерный электронный эффект. Сопряженные системы.

6. Понятие об ароматичности (бензол и небензоидные системы).

7. Электронно-донорные и электронно-акцепторные заместители в ароматическом кольце.

8. Кислотность и основность органических молекул.

9. Понятие о С-Н, О-Н, S-H, N-H кислотах.

10. Влияние электронных эффектов на кислотность и основность.