Пространственная (конформационная и конфигурационная) изомерия

Изомеры – соелинения, имеющиеодинаковую молекулярную формулу.

Конформер – стабильная конформация, соответствующая энергетическому минимуму на энергетической кривой.

Заслоненная конформация – конформация, при которой группы у соседних атомов углерода находятся одна за другой на проекции Ньюмена, при этом двугранный угол равен 0°.

Заторможенная конформация – конформация, при которой группы у соседних атомов углерода находятся на проекции Ньюмена под углом 60°.

Оптическая активность – способность хиральных молекул вращать плоскость поляризации света.

Асимметрический (хиральный) центр – чаще всего – атом углерода, имеющий четыре различных заместителя.

Хиральное соединение – соединение, молекулы которого несовместимы со своим зеркальным изображением.

Энантиомеры (антиподы, зеркальные изомеры) – стереоизомеры, являющиеся несовместимыми зеркальными изображениями.

  Рацемат – образец, содержащий эквимолярную смесь обоих энантиомеров.

Диастереомеры – стереомеры, не являющиеся энантиомерами. Диастереомеры имеют более одного хирального центра и отличаются друг от друга конфигурацией одного или нескольких центров (но не всех!).

Мезоформа – ахиральный диастереомер (не имеет энантиомера). Оба хиральных центра имеют идентичные заместители.

Треоформа -- соединение с двумя хиральными центрами, имеющими по два одинаковых заместителя.

Эритроформа – диастереомер, существующий в виде пары энантиомеров, хиральные центры которых имеют по два идентичных заместителя. 

Плоскость симметрии - плоскость, делящая объект на две части, относящиеся друг к другу как предмет и его зеркальное изображение.

 

Задачи

1. Приведите кривую изменения потенциальной энергии системы в зависимости от устойчивости конформаций (конформационный анализ) с использованием формул Ньюмена для

а) этана СН₃ – СН₃ относительно связи С – С;

б) этилхлорида H₃C – CH₂ – Cl относительно связи С – С;

в) н-пентана H₃C¹ – ²CH₂ – ³CH₂ – ⁴CH₂ – ⁵ CH₃ относительно связи С³ – С⁴.

г) бутана С₂-С₃.

 

д) 2-хлорпентана относительно связи С₂-С₃.

е) 2,3-дибромбутана относительно связи С₂-С₃

Образец выполнения задания:

а) рассматриваем две конформации:

заторможенную  и заслоненную

 

2. Какая особенность строения органических молекул является причиной оптической изомерии: а) асимметрический атом углерода; б) ось симметрии?

 

3. Выберите характеристику рацемата: а) индивидуальное вещество; б) смесь изомеров; в) эквимолекулярная смесь антиподов; г) оптически активен; д) оптически неактивен.

 

4. Какими свойствами отличаются антиподы: а) физическими; б) физико-химическими; в) величиной угла вращения плоскополяризованного света; г) знаком вращения плоскополяризованного света?

 

5. Выберите характеристику мезоформы: а) отсутствие асимметрических центров; б) отсутствие оптической активности; в) наличие оси симметрии.

 

6. Приведите проекционные формулы Фишера для указанных соединений. Определите абсолютную конфигурацию хирального центра. Чем являются соединения I, II, III по отношению друг к другу?

Образец выполнения задания:

7. Сколько оптических изомеров существует для нижеприведенных соединений? Укажите число рацематов, мезоформ, диастереомеров.

Образец выполнения задания:

I и II; III и IV – антиподы, I и III; I и IV; II и III; II и IV – диастереомеры.

50 % I + 50 % II – эритрорацемат

50 % III + 50 % IV - треорацемат

 

8. Приведите проекционные формулы Фишера всех возможных оптических изомеров для CH₃–CH(OH)–СH(NH₂)–CHO. Определите абсолютную конфигурацию асимметрических атомов углерода.

 

9. Возможны ли геометрические изомеры для следующих соединений? Приведите их проекционные формулы:

 

10. Какие виды изомерии свойственны приведенным соединениям:

 

 

11. Приведите проекционные формулы Фишера для соединений, формулы которых изображены различными графическими способами:

 

Образец выполнения задания:

12. Приведите проекционные формулы Фишера для соединений:

а) 2-аминопропионовая кислота, «S»-конфигурация;

б) 2,3-дигидроксиянтарная кислота, «R, R»-конфигурация.

 

13. Приведите проекционные формулы Фишера всех оптических изомеров для соединений, имеющих следующее химическое строение:

Все ли из указанных изомеров обладают оптической активностью?

 

14. Приведите проекционные формулы Фишера для соединений, имеющих R,R-конфигурацию для *С₂ и *С₃. Приведите формулы Ньюмена наиболее устойчивых конформаций для этих форм, определите их (эритро-, трео-):

 

15. Определите абсолютную конфигурацию каждого хирального центра:

  

Образец выполнения задания:

 

 16. Используя формулы Фишера, приведите ряд соединений к единообразию. Установите взаимную связь между указанными изомерами (антиподы, диастереомеры, мезоформы, эритро-, треоформы):

Образец выполнения задания:

 

17. Приведите ряд соединений к единообразию. Установите взаимную связь между указанными изомерами (антиподы, диастереомеры, мезоформы, эритро-, треоформы, рацематы):

 

18. Приведите ряд соединений к единообразию. Установите взаимную связь между указанными изомерами (антиподы, диастереомеры, мезоформы, эритро-, треоформы, рацематы):

 

19. Приведите ряд соединений к единообразию. Установите взаимную связь между указанными изомерами (антиподы, диастереомеры, мезоформы, эритро-, треоформы, рацематы):

 

20. Определите абсолютную конфигурацию (Z и E) для соединений:

 

   

Образец выполнения задания:

а) E – старшие заместители у каждого атома углерода (Br и COOH) находятся по разные стороны от плоскости двойной связи; б) Z - старшие заместители у каждого атома углерода (-С₂Н₅ и - CH = CH ₂) находятся по одну сторону от плоскости двойной связи

 

21. Напишите формулы следующих соединений: (Е)-бутена-2, (Z)-пентена-2, (Е)-3-метил-пентена-2.