Strukturisomeri. Tautomeri. Diastereomeri. Enantiomeri

Transkript

1 Kædeisomeri trukturisomeri tillingsisomeri Funktionsisomeri Tautomeri Isomeri tereoisomeri Diastereomeri Enantiomeri E/Z-isomeri Figure : De forskellige former for isomeri. Bemærk at diastereomeri der ikke er E/Z-isomeri, ikke har et navn, men bare er diastereomeri. Figure : trukturisomerer af 4 0 ; butan () og -methylpropan () 0. Isomeri 0.. Introduktion Ordet isomer kommer af græsk; isos (ισoς) som betyder lige, som i lige børn[..] og méros (µϵρoς) der betyder del, og som navnet antyder er isomerer molekyler med identisk molekylformel. Overordnet set findes der to slags isomeri. Konstitutionel isomeri også kaldet strukturisomeri, hvor molekyler med ens atomsammensætning adskiller sig strukturelt fra hinanden. Den anden overordnede type er stereoisomeri, hvor molekylerne har identisk struktur, men forskellig rumlig opbygning. Figur viser kategoriseringen af de forskellige typer af isomeri. 0.. trukturisomeri Kædeisomeri Alkanerne med op til tre carbonatomer udviser ikke kædeisomeri, men fra fire carbonatomer og opefter kan carbonskelettet struktureres forskelligt. Butan har således én isomer, som vist i figur, men antallet vokser hastigt med antallet af carbonatomer. Der er en ikke-triviel sammenhæng mellem antallet af -atomer og antallet af isomerer. Kogepunkterne for kædeisomerer er som tommelfingerregel lavere for de mere forgrenede isomerer. tillingsisomeri tillingsisomeri er hvor en atomgruppe flytter plads på grundskelettet. Man ser det oftest for aromatiske forbindelser som i eksemplet i figur 3, men der findes

2 O O NO O NO 3 NO Figure 3: tillingsisomeri på benzenringen. -nitrophenol (), 3-nitrophenol () og 3-nitrophenol (3). l 3 l l Figure 4: De tre stillingsisomerer af chlorpentan. som det ses i figur 4 også alifatisk stillingsisomeri. Funktionsisomeri I funktionsisomeri er det ikke overraskende, de funktionelle grupper som er forskellige. En alkohol kan f.eks. være funktionsisomer til en ether osv. Det kan være svært at forestille sig funktionsisomeri som ikke også indebærer kædeeller stillingsisomeri, men i figur 5 kan man se ren funktionsisomeri. Tautomeri Tautomeri er en special form for isomeri, hvor en dobbeltbinding skifter plads. Det kan observeres med forskellige spektroskopisk metoder ved nogle ketoner, men man kan ikke isolere de to tautomerer. I figur 6 er der et eksempel på to tautomerer tereoisomeri E/Z -isomeri Teknisk set er E/Z -isomeri en del af diastereomeri, men det bliver behandlet som en særskilt gren af isomerien. Terminologien stammer fra tysk; E for entgegen og Z for zusammen. E/Z -isomeri handler om orienteringen af substituenterne omkring en dobbeltbinding. For kunne afgøre om en forbindelse er E eller Z må grupperne have prioritering. ystematikken er enkel; grupperne på hver side af dobbeltbindingen prioriteres efter faldende atomvægt på det første atom efter dobbeltbindin- OO OO O O N NO Figure 5: Et eksempel på ren funktionsisomeri.

3 O O Figure 6: Propanon () og propen--ol () er keto-enol tautomerer Figure 7: Prioriteringen af grupperne omkring dobbeltbindingen: De to første atomer efter dobbeltbindingen på venstre side er hhv carbon og hydrogen. arbon vejer mest, og bliver højest prioriteret. De første atomer efter dobbeltbindingen på højre side er carbon og brom, så brom får højeste prioritet. Dermed viser figuren Z -3-brompent--en () og E-3-brompent--en (). gen. Er begge højeste prioriterede over (eller under) dobbeltbindingen, er forbindelsen Z. Er de modsat (entgegen) hinanden er det E-isomeren. e eksemplet i figur 7. Nogle gange er de første atomer efter dobbeltbindingen ens, og så går man én binding videre og er der stadig lighed må man yderligere en binding ud osv. e eksemplerne i figur 8. I særtilfældet hvor der er et hydrogen på hver side af dobbeltbindingen taler man om cis/trans-isomeri, selvom E/Z -terminologien også er dækkende. idder begge hydrogen over dobbeltbindingen er det cis-isomeren, er de hhv over og under er det trans-isomeren. Det er tilladt at bruge E/Z -nomenklaturen på cis/trans-forbindelser, men det er ikke alle Z - og E-forbindelser som man kan bruge cis/trans-nomenklatur på. Enantiomeri Et carbonatom med fire forskellige substituenter kaldes asymmetrisk, chiralt eller et stereocenter. Årsagen er at spejles et sådant carbon i en plan, kan spejlbilledet ikke føres over i originalen, hvilket er let at se med et molekylbyggesæt. For at skelne de to spejlbilledisomerer eller enantiomerer fra hinanden prioriteres substituenterne. Dette foregår ligesom ved E/Z-isomeri. erefter roteres det asymmetriske carbon så den lavest prioriterede gruppe peger opad, og det kan nu afgøres om det chirale center er højre- eller venstredrejet i forhold til prioriteringen. Den venstredrejede isomer får betegnelsen (latin sinistre: venstre) og den højredrejede, ligesom eksemplet i figur 9. Er der mere end ét stereocenter skal geometrien inverteres omkring alle de chirale carbonatomer for at isomererne er enantiomerer. e også figur 0. 3

4 O O 3 O 3 Figure 8: Eksemplet (): Prioritering på venstresiden er triviel, men på højre side er der én binding fra dobbeltbindingen et carbon både over og under dobbeltbindingen. To bindinger fra dobbeltbindingen er der på gruppen over dobbeltbindingen to og ét O, mens der under kun er 3, så den øverste gruppe får højest prioritet, og forbindelsen er: Z --brom--methylprop--en-3- ol. Eksemplet (): Venstresiden er igen triviel, og på højreside skal man ud i en afstand af tre bindinger før prioriteringen kan afklares. Forbindelsen bliver dermed E--brom--(3-hydroxypropyl)pent--en-4-ol. l l I I Figure 9: omchloriodmethans to enantiomerer. Bemærk at molekylet er tegnet så den lavest prioriterede gruppe () peger op. Molekylet til venstre for spejlplanen er venstredrejet, og det til højre højredrejet. De to isomerer navngives hhv -bromchloriodmethan og -bromchloriodmethan. hirale carbonatomer er optisk aktive dvs de drejer planpolariseret lys, man kan dog ikke sige noget om hvilken spejlbilledisomer der drejer lyset hhv højre og venstre om, men drejer en isomer lyset til venstre, gør -isomeren det modsatte. Enantiomerer har som de eneste isomerer helt identiske fysiske og kemiske egenskaber, lige bortset fra den optiske aktivitet altså. Fischerprojektion Fischerprojektioner er en bestemt måde tegne strukturformler på. Konventionenen er at de vandrette bindinger går ud af planen, mens de lodrette går ind, som vist i figur. Denne måde at tegne molekyler på kan altså anvendes til vise stereokemien omkring de enkelte kulstofatomer, men det er normalt kun carbohydrater som vises som Fischerprojektioner. Diastereomeri tereoisomerer der ikke er E/Z -isomerer eller enantiomerer kaldes diastereomerer. Molekyler med n asymmentriske -atomer, har I princippet mulighed for n stereoisomerer, en - og en -form for hvert chiralt -atom. Nogle af dem vil være enantiomere former af hinanden, men det er kun de isomerer som 4

5 OO OO O O O O OO OO OO OO O O O O OO OO Figure 0: Fischerprojektion af vinsyres tre stereoisomerer, hvoraf, og,, og, og, parvist er enantiomerer. Bemærk at,- og,-formerne er identiske pga rotationssymmetri vinkelret på bindingen mellem og 3. Formerne, og,, og, og, er parvist diastereomerer. O O O O O O = O O O O O O Figure : vert -atom i Fischerprojektionen har bindingerne orienteret som vist i eksemplet. I venstre side i eksemplet vises Fischerprojektionen af D-glucose. om konsekvens af at de lodrette bindinger alle går ind i planen, er modellen til højre for lighedstegnet mere nøjagtig rumligt. Bemærk at aldehydgruppen og hydroxygruppen på -5 i Fischerprojektionen faktisk befinder sig lige ved siden af hinanden. 5

6 parvist er spejlbilleder af hinanden. En spejling indebærer inversion af geometrien om samtlige stereocentre og de isomerer hvor kun nogle af stereocentrene har skiftet geometri kaldes diastereomerer. Vinsyres stereoisomerer er vist i figur 0. 6