Isomeerien määritelmä ja esimerkit kemiassa

Isomeeri on kemiallinen laji, jolla on sama lukumäärä ja tyyppi atomia toisena kemiallisena lajina, mutta jolla on selkeät ominaisuudet, koska atomit on järjestetty erilaisiin kemiallisiin rakenteisiin. Kun atomit voivat omaksua erilaisia ​​konfiguraatioita, ilmiötä kutsutaan isomerismiksi. Isomeerejä on useita, mukaan lukien rakenteelliset isomeerit, geometriset isomeerit, optiset isomeerit ja stereoisomeerit. Isomeroituminen voi tapahtua spontaanisti tai ei, riippuen siitä, ovatko konfiguraatioiden sidosenergia vertailukelpoisia.

Isomeerien kaksi laajaa luokkaa ovat rakenneisomeerit (joita kutsutaan myös perustuslaillisiksi isomeereiksi) ja stereoisomeerit (joita kutsutaan myös alueellisiksi isomeereiksi).

Rakenteelliset isomeerit: Tämän tyyppisessä isomerismissa atomit ja funktionaaliset ryhmät ovat liittyneet eri tavalla. Rakenneisomeereillä on erilaiset IUPAC-nimet. Esimerkki on 1-fluoripropaanissa ja 2-fluoripropaanissa nähty aseman muutos.

Tyyppeihin rakenteellisesta isomerismista kuuluu ketjuisomerismi, jossa hiilivetyketjuilla on erilainen haarautumisaste; funktionaalisen ryhmän isomerismi, jossa funktionaalinen ryhmä voi jakaa eri ryhmiin; ja luuston isomerismi, jossa päähiiliketju vaihtelee.

Tautomeerit ovat rakenneisomeerejä, jotka voivat muuntua spontaanisti muotojen välillä. Esimerkki on keto / enoli-tautomerismi, jossa protoni liikkuu hiili- ja happiatomin välillä.

stereoisomeerejä: Sidosrakenne atomien ja funktionaalisten ryhmien välillä on sama stereoisomerismissä, mutta geometrinen sijainti voi muuttua.

Tämä isomeeriluokka sisältää enantiomeerit (tai optiset isomeerit), jotka eivät ole toisiinsa sekoittamattomia peilikuvia, kuten vasen ja oikea käsi. Enantiomeerit sisältävät aina kiraalikeskukset. Enantiomeereillä on usein samanlaiset fysikaaliset ominaisuudet ja kemialliset reaktiivisuudet, vaikka molekyylit voidaan erottaa sen perusteella, kuinka ne polarisoivat valoa. Biokemiallisissa reaktioissa entsyymit reagoivat yleensä yhden enantiomeerin kanssa mieluummin kuin toinen. Esimerkki enantiomeerien parista on (S) - (+) - maitohappo ja (R) - (-) - maitohappo.

Vaihtoehtoisesti stereoisomeerit voivat olla diastereomeerejä, jotka eivät ole toistensa peilikuvia. Diastereomeerit voivat sisältää kiraalisia keskuksia, mutta on isomeerejä, joilla ei ole kiraalikeskuksia, ja sellaisia, jotka eivät ole edes kiraalisia. Esimerkki diastereomeerien parista on D-treoosi ja D-erytroosi. Diastereomeereillä on tyypillisesti erilaisia ​​fysikaalisia ominaisuuksia ja reaktiivisuutta toisistaan.

Konformaatioisomeerit (konformeerit): Konformaatiota voidaan käyttää isomeerien luokittelemiseen. Konformeerit voivat olla enantiomeerejä, diastereomeerejä tai rotameereja.

Stereoisomeerien tunnistamiseen käytetään erilaisia ​​järjestelmiä, mukaan lukien cis-trans ja E / Z.

Pentaani, 2-metyylibutaani ja 2,2-dimetyylipropaani ovat toistensa rakenteellisia isomeerejä.

Isomeerit ovat erityisen tärkeitä ravinnossa ja lääketieteessä, koska entsyymit pyrkivät toimimaan yhdellä isomeerillä toiseen. Substituoidut ksantiinit ovat hyvä esimerkki ruoasta ja lääkkeistä löytyvästä isomeeristä. Teobromiini, kofeiini ja teofylliini ovat isomeerejä, jotka eroavat metyyliryhmien sijoittelusta. Toinen esimerkki isomerismista esiintyy fenetyyliamiinilääkkeissä. Phentermine on ei-kiraaliyhdiste, jota voidaan käyttää ruokahalua hillitsevänä aineena, mutta se ei kuitenkaan toimi stimulanttina. Samojen atomien uudelleen järjestäminen tuottaa dekstrometamfetamiinin, stimulantin, joka on vahvempi kuin amfetamiini.

Yleensä termi isomeeri viittaa molekyylien atomien erilaisiin järjestelyihin; kuitenkin on myös ydin-isomeerejä. ydin isomeeri tai metastabiili tila "Atomi" on atomi, jolla on sama atominumero ja massaluku kuin kyseisen elementin toisella atomilla, mutta jolla on erilainen viritystila atomin ytimessä.