Δομικό ισομερές

Σκελετική ισομέρεια

Στη σκελετική ισομέρεια ή ισομέρεια αλυσίδας, τα συστατικά του σκελετού (συνήθως ο άνθρακας) αναδιατάσσονται για να δημιουργήσουν διαφορετικές δομές. Το πεντάνιο έχει τρία ισομερή. Είναι το n-πεντάνιο (συχνά αποκαλείται απλώς "πεντάνιο"), το ισοπεντάνιο (μεθυλοβουτάνιο) και το νεοπεντάνιο (διμεθυλοπροπάνιο).

Ισομέρεια θέσης

Στην ισομέρεια θέσης, μια λειτουργική ομάδα ή άλλος υποκαταστάτης αλλάζει τη θέση της σε μια μητρική δομή. Στον παρακάτω πίνακα, η ομάδα υδροξυλίου μπορεί να παραμείνει σε τρεις διαφορετικές θέσεις στην αλυσίδα του n-πεντανίου για να δημιουργηθούν τρεις διαφορετικές ενώσεις.

Υπάρχουν πολλά αρωματικά ισομερή επειδή οι υποκαταστάτες μπορούν να τοποθετηθούν σε διαφορετικά μέρη του δακτυλίου του βενζολίου. Υπάρχει μόνο ένα ισομερές της φαινόλης ή του υδροξυβενζολίου, αλλά η κρεσόλη ή μεθυλοφαινόλη έχει τρία ισομερή όπου η πρόσθετη μεθυλομάδα μπορεί να τοποθετηθεί σε τρεις διαφορετικές θέσεις του δακτυλίου. Η ξυλενόλη έχει μία υδροξυλομάδα και δύο μεθυλομάδες και υπάρχουν συνολικά 6 ισομερή.

Ισομέρεια λειτουργικών ομάδων

Τα λειτουργικά ισομερή είναι ένα από τα δομικά ισομερή. Δύο ενώσεις στη λειτουργική ισομέρεια έχουν τον ίδιο μοριακό τύπο (ο αριθμός κάθε ατόμου είναι ο ίδιος, όπως το κυκλοεξάνιο: C
₆H
₁₂ και 1-εξένιο: C
₆H
₁₂). Όμως, τα άτομα συνδέονται με άλλους τρόπους, έτσι ώστε οι ομαδοποιήσεις να είναι διαφορετικές. Ονομάζουμε αυτές τις ομάδες ατόμων λειτουργικές ομάδες, λειτουργικότητες ή ομάδες. Ένας άλλος τρόπος για να το πούμε αυτό είναι ότι δύο ενώσεις που έχουν τον ίδιο μοριακό τύπο19173, αλλά έχουν διαφορετικές λειτουργικές ομάδες, είναι λειτουργικά ισομερή.

Για παράδειγμα, ο χημικός τύπος του κυκλοεξανίου και του 1-εξενίου είναι C₆ H₁₂ . Τα ονομάζουμε ισομερή λειτουργικών ομάδων επειδή το κυκλοεξάνιο είναι κυκλοαλκάνιο και το 1-εξένιο είναι αλκένιο.

Για να είναι δύο μόρια λειτουργικά ισομερή, πρέπει να περιέχουν βασικές ομάδες ατόμων τοποθετημένες με συγκεκριμένους τρόπους. Μερικά από τα καλύτερα παραδείγματα προέρχονται από την οργανική χημεία. C₂ H₆ O είναι ένας μοριακός τύπος. Ανάλογα με τον τρόπο διάταξης των ατόμων, μπορεί να αντιπροσωπεύει δύο διαφορετικές ενώσεις διμεθυλαιθέρα CH₃ -O-CH₃ ή αιθανόλη CH₃ CH₂ -O-H. Ο διμεθυλαιθέρας και η αιθανόλη είναι λειτουργικά ισομερή. Το πρώτο είναι ένας αιθέρας. Η λειτουργικότητα της αλυσίδας άνθρακα-οξυγόνου-αλυσίδας άνθρακα ονομάζεται αιθέρας. Το δεύτερο είναι αλκοόλη. Η λειτουργικότητα ανθρακική αλυσίδα-οξυγόνο-υδρογόνο ονομάζεται αλκοόλη.

Εάν οι λειτουργικότητες παραμένουν οι ίδιες, αλλά οι θέσεις τους αλλάζουν, τα δομικά ισομερή δεν είναι λειτουργικά ισομερή. Η 1-προπανόλη και η 2-προπανόλη είναι δομικά ισομερή, αλλά δεν είναι λειτουργικά ισομερή. Και οι δύο είναι αλκοόλες. Η λειτουργική ομάδα (ανθρακική αλυσίδα-O-H) υπάρχει και στις δύο αυτές ενώσεις, αλλά δεν είναι η ίδια.

Ενώ ορισμένοι χημικοί χρησιμοποιούν τους όρους δομικό ισομερές και λειτουργικό ισομερές εναλλακτικά, δεν είναι όλα τα δομικά ισομερή λειτουργικά ισομερή.

Τα λειτουργικά ισομερή προσδιορίζονται συχνότερα στη χημεία με τη χρήση φασματοσκοπίας υπερύθρου. Η υπέρυθρη ακτινοβολία αντιστοιχεί στις ενέργειες που σχετίζονται κυρίως με τις μοριακές δονήσεις. Η λειτουργικότητα της αλκοόλης έχει μια πολύ ευδιάκριτη δόνηση που ονομάζεται OH-stretch και οφείλεται σε δεσμούς υδρογόνου. Όλες οι αλκοόλες σε υγρή και στερεή μορφή απορροφούν υπέρυθρη ακτινοβολία σε ορισμένα μήκη κύματος.

Οι ενώσεις με τις ίδιες λειτουργικές ομάδες απορροφούν όλα ορισμένα μήκη κύματος υπέρυθρου φωτός λόγω των δονήσεων που σχετίζονται με τις ομάδες αυτές. Στην πραγματικότητα, το υπέρυθρο φάσμα χωρίζεται σε δύο περιοχές. Το πρώτο τμήμα ονομάζεται περιοχή των λειτουργικών ομάδων. Ο διμεθυλαιθέρας και η αιθανόλη θα είχαν ανόμοια υπέρυθρα φάσματα στην περιοχή των λειτουργικών ομάδων.

Το δεύτερο τμήμα του υπέρυθρου φάσματος ονομάζεται περιοχή δακτυλικών αποτυπωμάτων- σχετίζεται με τους τύπους κίνησης που επιτρέπονται από τη συμμετρία του μορίου και επηρεάζονται από τις ενέργειες των δεσμών. Η περιοχή του δακτυλικού αποτυπώματος είναι πιο συγκεκριμένη για μια μεμονωμένη ένωση. Παρόλο που η 1-προπανόλη και η 2-προπανόλη έχουν παρόμοια φάσματα υπερύθρου στην περιοχή των λειτουργικών ομάδων, διαφέρουν στην περιοχή του δακτυλικού αποτυπώματος.

Με απλά λόγια, τα λειτουργικά ισομερή είναι δομικά ισομερή που έχουν διαφορετικές λειτουργικές ομάδες, όπως η αλκοόλη και ο αιθέρας.

Καταμέτρηση ισομερών

Ως παράδειγμα καταμέτρησης ισομερών, υπάρχουν 7 δομικά ισομερή με μοριακό τύπο C₃ H₆ O, το καθένα με διαφορετικές συνδεσμολογίες δεσμών και σταθερά στον αέρα σε θερμοκρασία περιβάλλοντος. Δύο επιπλέον δομικά ισομερή είναι τα ταυτομερή ενολών των ισομερών καρβονυλίων, αλλά αυτά δεν είναι σταθερά.