Изомери

Много често в химията виждаме, че различни съединения имат еднакъв атомен състав. Например и двете молекули тук имат четири въглеродни атома. Едно, две, три, четири. Едно, две, три, четири. Ако запишем химичната им формула, тя ще започне с С4. Освен това и двете имат един, два, три, четири, пет, шест, седем, осем, девет, десет. Един, два, три, четири, пет, шест, седем, осем, девет, десет водородни атома. Така че формулата и на двете вещества продължава да е еднаква. C4H10. но въпреки това те са напълно различни вещества. Можем да сме сигурни, тъй като имат различни връзки. Например тук имаме въглероден атом, който е свързан с три други въглеродни атома и с водороден атом. Тук обаче не мога да намеря нито един въглероден атом, свързан с три други въглеродни атома. Има такива, които са свързани с по два други въглеродни атома, но не и с три. Подредбата на атомите, как са свързани помежду си, се различава. Свързани са по различен начин. Когато имаме молекули, съставени от еднакви атоми, които имат еднаква химична формула, но са различни заради връзките, които ги изграждат или заради формата им, тези молекули се наричат изомери. Изомерите имат еднаква химична формула, но имат различен строеж, различно свързване или форма, или ориентация. Тук отляво имаме различно свързване, този вид изомери се наричат структурни. Тези молекули са структурни изомери. Имат еднакъв атомен състав, но различни връзки. Това са структурни изомери. Сега, ако погледнем тази двойка или тази двойка, можеш да си кажеш, че те не изглеждат като структурни изомери. Те имат еднакъв атомен състав – и двете молекули имат четири въглеродни атома, и имат един, два, три, четири, пет, шест... опа, един, два, три, четири, пет, шест, седем, осем... и двете молекули имат по осем водородни атома. Молекулната формула и на двете ще е С4Н8, атомите и в двете молекули изглеждат свързани еднакво. Например тези отляво изглеждат еднакви, а отдясно имаме въглероден атом, свързан с друг въглероден атом, който е свързан с три водородни атома. Въглероден атом, свързан с друг въглероден атом, който от своя страна е свързан с три водородни атома. Въглероден атом, свързан с водороден атом, въглероден атом, свързан с водороден атом, изглежда, че структурата, химичните връзки са едни и същи, но можеш да забележиш разлика. Тук, отдясно, тази CH3 група е долу в дясно, докато тук е горе вдясно. Може да си кажеш, "Добре, ясно, има ли значение?" Но ние знаем, че всички атоми в тези молекули се движат. Може би се въртят едни спрямо други, тези части може да са се завъртяли надолу, за да се получи това, което виждаме. Ако това беше единична връзка – единичните връзки позволяват такъв вид завъртания, позволяват на тези части да се въртят едни спрямо други. За да се върти една молекула около тази връзка, връзката трябва да е единична. Двойната връзка не позволява въртене. Тя фиксира тези две части. По тази причина това са две различни вещества. Тук горе имаме CH3 групи, и двете сочат надолу, и двете са от една и съща страна на двойната връзка, докато тук са от различни страни страни на двойната връзка. Този вид изомерия, когато имаме еднакъв атомен състав и еднакво свързване, се нарича стереоизомерия. Тук се интересуваме много повече от разположението на атомите в пространството, в трите измерения (3D). Не ни интересува единствено кой атом с кого е свързан или кои са съставните атоми. Както ще видим тук, това също са стереоизомери, защото въглеродният атом е свързан с еднакви атоми и в двата случая. И в двете ситуации имаме стереоизомери. Точно тази разновидност на стереоизомерията се нарича цис-транс изомерия. Цис-изомер имаме, когато двете групи са от една и съща страна. Транс е изомер, при който имаме две групи, разположени от противоположните страни на двойната връзка. Цис-транс изомери. Често тези изомери се наричат и геометрични изомери. Когато говоря за цис-транс или за геометрични изомери, имам предвид тези две съединения ето тук. Те са подвид стереоизомери. Какво обаче става тук? Нямаме двойна връзка, не става дума за цис-транс. Въглеродният атом е свързан с флуор, хлор, бром и водород. Тук също има флуорен, хлорен, бромен и водороден атом. Как се различават тези две молекули? Ако ги наложим една върху друга, ще видиш, че е невъзможно да си паснат. Те са огледални образи. Тъй като имат четири съставни атома, не можем да наложим тази молекула върху тази и да съвпаднат. Затова те имат различни химични свойства. Това са два подвида на стереоизомерите. При стреоизомерите се интересуваме от разположението на атомите в пространството, не само как се различават връзките между тях. Но изомерите, при които имаме огледални образи, които не съвпадат, се нарича енантиомери. Тези две молекули са енантиомери. "Енантио" идва от гръцки, от гръцкия корен за "противоположен". Тези молекули са противоположни една на друга, не могат да си паснат, те са огледални образи. Всички тези молекули са изомери. Пак може да си кажеш, "Добре, тези двете очевидно са две различни молекули, имат различни връзки. Но дори цис-транс изомерите имат различни химични свойства. Тези две молекули не са толкова различни, но имат различни химични свойства. Понякога са толкова различни, че единият изомер може да съществува в биологичните системи, а другият – не. Единият може да не вреди на здравето, а другият да е вреден. Същото важи и за енантиомерите. Единият може да е биологично активен, а другият - не.