Изомерия органических соединений

Изомеры – соединения с одинаковым качественным и количественным

составом, но отличающиеся по строению и обладающие поэтому различными

физическими, химическими или биологическими свойствами.

Различают структурную и пространственную (стерео-) изомерию.

Три вида структурной изомерии:

1) изомерия углеродного скелета: например, пентан, 2-метилбутан, 2,2-диметилпропан (рис.2); 2) изомерия положения функциональных групп или кратных связей: например, 2-бутен и 1-бутен; или 1-пропанол и 2-пропанол (рис. 3);

3) изомерия функциональной группы: например, диметиловый эфир и этанол (рис. 4):

Рис. 3. Изомерия положения функциональ

ных групп или кратных связей

Рисунок 2. Изомерия углеродного скелета Рисунок 4. Изомерия функциональной группы

Для карбоновых кислот изомерами по функциональной группе являются сложные эфиры, для альдегидов – кетоны, для спиртов – простые эфиры, для аминокислот – сложные эфиры, амиды гидроксикислот и нитросоединения (рис. 5).

Рисунок 5. Примеры изомеров по функциональной группе (межклассовых изомеров)

Стереоизомеры (пространственные изомеры) – это соединения, в молекулах которых имеется одинаковая последовательность химических связей атомов, но различное расположение этих атомов относительно друг друга в пространстве.

К пространственным изомерам относят геометрические (цис-транс-) изомеры, например цис-2-бутен и транс-2-бутен, отличающиеся расположением заместителей относительно линии, соединяющей атомы углерода, связанные двойной связью.

Ненасыщенные кислоты – олеиновая, линолевая, линоленовая, арахидоновая присутствуют в составе липидов (в том числе в жидких жиров) в цис-форме. Углеводородный радикал кислоты в цис-конфигурации имеет изогнутый и укороченный вид, молекулы занимают больший объём, а при образовании кристаллов упаковываются менее плотно, чем транс-изомеры или предельные радикалы. Поэтому жиры, в состав которых входят, преимущественно, непредельные жирные кислоты, являются жидкими. А в составе твёрдых жиров присутствуют, в основном, остатки предельных кислот (пальмитиновой, стеариновой).

Цис-конфигурация является энергетически менее устойчивой. Возможно, это делает пищевые жиры более подверженными катаболизму, они легче перевариваются.

Линолевая кислота в организме осуществляет регуляцию свойств клеточных и субклеточных мембран, она является одним из основных компонентов таких лекарственных средств, как «Эссенциале» «Акулайв», «Фосфоглиф» и других. Только цис-изомер линолевой кислоты может использоваться организмом для синтеза арахидоновой кислоты, в то время как транс-изомеры малоактивны и могут накапливаться в органах и тканях.

В начале 90-х годов прошлого века появился ряд публикаций, указывающих на связь потребления транс-жиров и риском развития сердечно-сосудистых и других заболеваний. Современные исследования показывают, что транс-изомеры жирных кислот не вступают во все те реакции, в которые вступают цис-изомеры, и если в пище будут присутствовать только транс-изомеры, возникнет дефицит многих важнейших соединений и жизнедеятельность организма нарушится. Но обычно мы с растительным маслом едим достаточное количество цис-изомеров, так что никаких отрицательных последствий для организма не наблюдается.

Из двух возможных изомеров бутендиовой кислоты в клетках растений и животных образуется только транс-бутендиовая кислота (фумаровая), а цис-изомер (малеиновая кислота) является для человека и животных токсическим соединением.

В витамине А двойные связи, располагающиеся в боковой цепи, имеют транс- конфигурацию. Для восприятия света необходимо обратимое превращение:

цис-ретиналь ® транс-ретиналь ® транс-ретинол ® цис-ретинол ® цис-ретиналь

Энантиомерия (оптическая или зеркальная пространственная изомерия).

Признаки оптической активности органических соединений: