XIX. SZTEREOKÉMIA

 

Molekulák képlete

ÖSSZEGKÉPLET SZERKEZETI KÉPLET

A molekulában lévő különböző atomok számát adja meg. A molekula szerkezetét is leírja valamilyen kiemelt szempont szerint.

A molekula szerkezetének leírására szolgáló fogalmak

 

KONSTITÚCIÓ

Kapcsolódási sorrend a molekulában.

Konstitúciós képlet: a C3H6 egyik konstitúciója



Félkonstitúciós (gyökcsoportos) képlet: csak a szénatomok közötti kötéseket tünteti fel.

CH2=CH-CH3

Vonalképlet: csak a szénvázat tünteti fel.

 

KONFORMÁCIÓ

A molekulában különböző, egymással nem kapcsolódó atomok egymáshoz viszonyított térbeli elrendeződése.

 

KONFIGURÁCIÓ

A molekulában a kovalens kötéssel kapcsolódó atomok térbeli elrendeződése egy központi atom körül (a királis szénatom körül a ligandumok térbeli elrendeződése).

 

PARAFFINOK KONFORMÁCIÓJA

Amíg egy molekula konstitúcióját vagy konformációját csak a kovalens kötés felszakításával lehet megváltoztatni, addig egy molekula konformációja már közönséges hőmérsékleten a hőmozgás energiájának hatására megváltozhat úgy, hogy az atomcsoportok rotálnak (forognak) a szigmakötések körül!
Lerajzolni ún. Newman-projekcióval lehet:

Konformációs energiadiagramm: 360°-ba három fedőállás lehetséges, közöttük különbség nincs.

Nézzük a normál bután lehetséges Newman-féle vetületeit (a 2. és a 3. szénatom körül történik a rotáció):

 

CIKLOALKÁNOK KONFORMÁCIÓJA

Milyen erők lépnek fel a gyűrűben?

Ezen különböző erők eredőjének, összegének kell minimumnak lennie.
Ezért fordulnak elő a természetben ötös és hatos gyűrűk, mivel ezek stabilak!

A ciklohexán gyűrűje (Sachse, 1890) a szén tetraéderes kötésirányainak torzulása nélkül kétféleképpen is felépülhet, egyrészt székalkatú, másrészt kádalkatú gyűrű formájában!


A székforma 33 kJ/mol-lal alacsonyabb energiatartalmú, mint a kádforma. Ez azért van így, mert a székformában körös-körül az energiatartalom szempontjából kedvező nyitott (szinklinális) állás fordul elő, a kádakban a nyitott állások mellett kedvezőtlen fedőállások (szinperiplanáris) is vannak. Ez jól látszik a ciklohexán Newman-projekcióján:



A kádak energiatartalmát tovább növeli az, hogy két hidrogénatom közelebb kerül egymáshoz, mint a van der Waals-rádiuszának a kétszerese.
A különböző konformációk között ún. gyűrűátfordulás (Mohr, 1918) lehetséges! A C-C kötések körüli összehangolt elcsavarodások révén alakulhatnak át egymásba a különböző konformációk, amit pszeudorotációs konformációváltozásnak nevezünk. A ciklohexán 99%-ban valamelyik szék konformációban van.

 

GEOMETRIAI IZOMÉRIA
(Cisz-transz izoméria)

Oka:


Feltétel:




A geometriai izomerek fizikai tulajdonságai eltérőek lehetnek!


OPTIKAI IZOMÉRIA

A természetes kristályok a síkban polározott fény (csak egyféle rezgési síkja van) síkját képesek elforgatni. Egyes vegyületek oldata is képes erre a jelenségre, ezeket optikailag aktív vegyületeknek nevezzük. A jelenség polariméterrel mérhető.
A forgatás irányát pozitívnak tekintjük és a vegyületet jobbra forgatónak nevezzük, ha a forgatás az óramutató járásával megegyező irányú. Ellenkező esetben a vegyület balra forgató. Jelölés (+) és (-). Az elforgatás szöge (α) arányos az átsugárzott réteg vastagságával (l) és a minta koncentrációjával (d):

α = [α] • l • d

[α] az adott vegyületre jellemző fajlagos forgatóképesség, amely függhet az adott fény hullámhosszától, az adott hőmérséklettől valamint a minta koncentrációjától.

{D= 589nm, a Nap színképében a Na+ színképvonalának (D-vonal) hullámhossza; 20=hőmérséklet (°C); α= mért forgatás; l= rétegvastagság (dm); d= koncentráció (g/100ml)}.

 

Optikai forgatóképesség és a molekula szerkezetének összefüggése

Optikai aktivitást mutatnak azok a vegyületek, melyek molekulái tükörképükkel fedésbe nem hozhatók! Ezek KIRÁLIS (aszimmetrikus) molekulák. Azokat az izomereket, melyek tulajdonságai csak a forgatóképesség irányában térnek el ENANTIOMEREKNEK nevezzük. A szerves molekulák egy részének van kiralitása, egy vagy több kiralitáscentrummal (aszimmetriacentrum) rendelkeznek. A szénatom királis, ha mind a négy vegyértékéhez más ligandum kapcsolódik! Az enantiomerek minden fizikai, kémiai tulajdonságban megegyeznek, csak a fény síkját ellentétesen forgatják. Az enantiomerpároknak ellentétes konfigurációja van!

A forgatás irányából a térbeli elhelyezkedésre NEM lehet következtetni!

Racém elegy: a két enantiomer elegyét kapjuk, körülbelül 50-50%-ban található meg az elegyben a két enantiomer. Az ilyen elegy nem forgatja a poláros fény síkját, ún. intermolekuláris kioltás jelensége lép fel.

Rezolválás: a racém elegy elválasztása enantiomerpárokra (nehéz folyamat, hisz tulajdonságaik megegyeznek).

 

Több királis szénatomot tartalmazó molekulák

 

Diasztereomerek

Mindazokat a sztereoizomereket, amelyek nem enantiomerek, tehát nem tükörképei egymásnak és fedésbe sem hozhatók diasztereomereknek nevezzük! Amíg az enantiomerek fizikai és kémiai tulajdonságai - a kivételektől eltekintve - azonosak, addig a diasztereomerek fizikai és kémiai tulajdonságai eltérőek (kémiai tulajdonságaik hasonlóak, fizikai tulajdonságaik eltérőek [op., fp., oldhatóság, sűrűség eltérhet]). Az eltérés sokszor nem nagy, hiszen mindegyik diasztereomerben ugyanaz a szénváz található és a funkcióscsoportok is azonosak.

A természetben az enantiomerek általában szelektíven jelennek meg, pl.:

IZOMÉRIA
konstitúciós izoméria SZTEREOIZOMÉRIA

eltérő (kovalens) kapcsolódási sorrend
azonos konstitúció
eltérő konfiguráció
geometriai izoméria optikai izoméria
pl. az olefineknél: a C=C kötés mindkét szénatomjához különböző ligandumok kapcsolódnak

cisz-transz
királis molekula: az, amelyiknek tükörképe nem azonos önmagával, optikailag aktív.

enantiomerpár: melyek egymásnak tükörképei, de nem azonosak; ezek a síkban polározott fényt ellenkező irányba forgatják, és más királis molekulákkal különböző módon reagálhatnak
diasztereomerpár: melyek egymásnak nem tükörképi párjai, és nem is azonosak; közönséges fizikai és kémiai tulajdonságaik is különböznek; optikailag lehetnek aktívak vagy inaktívak - hőmérséklet miatt gátolt rotáció
- ligandumok miatt gátolt rotáció
- sajátos lánckonformáció

 

- feladatok -

- archívum -

- versenyfeladatok -

- 18. heti versenyfeladatok megoldása -

- vissza a tematikához -