Тыпы ізамераў у хіміі
Ізамеры — гэта злучэнні, якія маюць аднолькавую малекулярную формулу, але адрозніваюцца па структуры або размяшчэнні атамаў. Гэтая з'ява з'яўляецца адным з самых цікавых аспектаў арганічнай і неарганічнай хіміі, таму што гэтая структурная зменлівасць можа прыводзіць да ўтварэння злучэнняў з вельмі рознымі фізічнымі і хімічнымі ўласцівасцямі. Існуюць розныя тыпы ізамераў, якія можна класіфікаваць на аснове іх адрозненняў. У гэтым артыкуле падрабязна апісаны некаторыя асноўныя тыпы ізамераў, у тым ліку структурныя ізамеры (г.зн. канстытуцыйныя ізамеры), стэрэаізамеры і таўтамерныя ізамеры.
1. Структурныя ізамеры
Структурныя ізамеры — гэта тыпы ізамерыяў, якія адрозніваюцца спосабам злучэння іх атамаў адзін з адным. Існуе некалькі падкатэгорый структурных ізамерыяў, у тым ліку ланцуговыя ізамеры (шкілетныя ізамеры), ізамеры пазіцый і ізамеры функцыянальных груп.
– Ланцуговыя ізамеры (шкілетныя ізамеры):
Ланцуговыя ізамеры маюць розную паслядоўнасць атамаў вугляроду. Прыкладам з'яўляецца бутан (C4H10), які мае два ізамеры: н-бутан (прамая структура) і ізабутан (разгалінаваная структура).
– Ізамеры пазіцыі:
Ізамеры пазіцый — гэта ізамеры, якія маюць аднолькавую функцыянальную групу ў розных пазіцыях малекулы. Прыкладамі з'яўляюцца 1-бутанол і 2-бутанол, абодва з якіх з'яўляюцца спіртамі з малекулярнай формулай C4H10O, але іх гідраксільныя групы (-OH) размешчаны на атаме вугляроду нумар 1 і вугляроду нумар 2 адпаведна.
– Ізамеры функцыянальных груп:
Ізамеры функцыянальных груп — гэта злучэнні, якія маюць розныя функцыянальныя групы, але аднолькавую малекулярную формулу. Напрыклад, этанол (C2H6O) і дыметылавы эфір (C2H6O) з'яўляюцца ізамерамі функцыянальных груп; першы — гэта спірт, а другі — эфір.
2. Стэрэаізамер
Стэрэаізамеры маюць аднолькавае размяшчэнне атамаў, але адрозніваюцца прасторавай арыентацыяй гэтых атамаў. Асноўнымі тыпамі стэрэаізамераў з'яўляюцца геаметрычныя і аптычныя ізамеры.
– Геаметрычныя ізамеры (цыс-транс-ізамеры):
Геаметрычныя ізамеры — гэта ізамеры, якія адрозніваюцца становішчам замяшчальнікаў адносна адзін аднаго ў жорсткай або вярчальна-абмежаванай малекуле, напрыклад, у двайной сувязі або кольцы. Прыкладам з'яўляецца 2-бутэн, які мае два геаметрычныя ізамеры: цыс-2-бутэн (замяшчальнікі па адзін і той жа бок двайной сувязі) і транс-2-бутэн (замяшчальнікі па процілеглыя бакі).
– Аптычныя ізамеры (энантыёмеры):
Аптычныя ізамеры — гэта ізамеры, якія нельга накладваць адзін на адзін і з'яўляюцца люстранымі адлюстраваннямі адзін аднаго. Гэта звязана з наяўнасцю асіметрычнага атама вугляроду (або хіральнай цэнтра) у малекуле. Прыкладам з'яўляецца малочная кіслата, якая мае два энантыямеры: (R)-малочную кіслату і (S)-малочную кіслату.
3. Таўтамерныя ізамеры
Таўтамеры — гэта ізамеры, якія могуць пераходзіць адзін у адзін шляхам пераносу атамаў вадароду ўнутры малекулы і перабудовы сувязей. Гэты працэс звычайна ўключае злучэнні, якія змяшчаюць атамы вугляроду з функцыянальнымі групамі, якія лёгка пераносяць вадародныя сувязі. Класічным прыкладам таўтамера з'яўляецца кета-енольная таўтамерыя:
– Кета-енольная таўтамерыя:
Гэта распаўсюджаны прыклад таўтамерыі, калі кетон (са структурай C=O) можа ізамерызавацца ў энольную кіслату (са структурай C=C-OH). Прыкладамі з'яўляюцца ацэтальдэгід (CH3CHO) і вінілавы спірт (CH2CHOH).
4. Ізамеры ланцуговага кольца
Цыклапрапанавыя ізамеры — гэта тыпы ізамерыяў, якія маюць аднолькавую колькасць атамаў, але адрозніваюцца тым, ці ўтварае іх структура кольца ці адкрыты ланцуг. Прыкладам з'яўляецца цыклапрапан і прапен. Цыклапрапан мае трохвугляродную кальцавую структуру, у той час як прапен — гэта злучэнне з адкрытым ланцугом.
5. Ізамеры спінгасамерыі (ланцуговыя ізамеры)
Сфінгасамерыя — гэта асаблівы клас ізамерыі, які сустракаецца ў вялікіх малекулах, такіх як бялкі і ДНК, дзе адрозненні ў паслядоўнасці або складзе будаўнічых блокаў прыводзяць да ўтварэння розных ізамераў. Прыкладам з'яўляюцца амінакіслоты, якія могуць утвараць пептыдныя ланцугі з рознымі паслядоўнасцямі, нягледзячы на аднолькавы хімічны склад.
6. Атрапізамерол
Атрапізамеры — гэта тып стэрэаізамерыі, які ўзнікае з-за абмежавання кручэння вакол адзінарнай сувязі, якая прысутнічае ў пэўных малекулах, часта ў араматычных злучэннях з аб'ёмнымі замяшчальнікамі. Атрапізамеры часта сустракаюцца ў складаных малекулах, якія змяшчаюць больш за адно араматычнае кольца, але не могуць свабодна круціцца з-за стэрычных або круцільных абмежаванняў.
Важнасць ізамераў у хіміі і фармацыі
Ізамеры адыгрываюць важную ролю ў многіх галінах хіміі, у тым ліку ў медыцынскай хіміі, хіміі навакольнага асяроддзя і біяхіміі. У медыцынскай хіміі два ізамеры могуць мець вельмі розную біялагічную актыўнасць. Вядомым прыкладам з'яўляецца талідамід, дзе адзін энантыямер дзейнічае як седатыўны і супрацьмлосны прэпарат, а другі з'яўляецца тэратагенным, выклікаючы заганы развіцця плёну.
Выснова
Разуменне ізамерый мае вырашальнае значэнне ў многіх галінах хіміі і біялогіі. Вывучэнне ізамерый дае ўяўленне аб тым, як невялікія змены ў малекулярнай структуры могуць прыводзіць да кардынальна розных хімічных і фізічных уласцівасцей. Разумеючы ізамерыю, навукоўцы могуць распрацоўваць і маніпуляваць малекуламі для канкрэтных ужыванняў, праводзіць больш эфектыўныя арганічныя сінтэзы і распрацоўваць больш эфектыўныя і бяспечныя лекі. У выніку вывучэнне ізамерый — гэта не проста акадэмічная справа, але і мае шырокія практычныя наступствы для паўсядзённага жыцця.
