Stereochimica

Isomeria dell'immagine speculare nell'acido lattico

La stereochimica è una branca della chimica che si occupa principalmente di due aspetti:

  • la teoria della struttura tridimensionale di molecole che hanno lo stesso legame chimico e composizione, ma una diversa disposizione degli atomi , per cui costituzione , configurazione e conformazione determinano la struttura tridimensionale della molecola (isomerismo stereochimico)
  • lo studio della sequenza spaziale delle reazioni chimiche di molecole stereoisomeriche (dinamica stereochimica).

Lo studio dei fenomeni stereochimici copre l'intero campo della chimica organica , inorganica , fisica e supramolecolare , nonché della biochimica .

sviluppo storico

Louis Pasteur

Dopo lo sviluppo della teoria atomica di John Dalton , le considerazioni sono andate a come gli atomi potrebbero essere disposti spazialmente. Già nel 1808, William Hyde Wollaston postulò una disposizione tetraedrica per connessioni del tipo AB 4 . Nel 1814 André-Marie Ampère si occupò anche ampiamente della disposizione tridimensionale degli atomi nelle molecole, specialmente nei cristalli, spiegando forme diverse spingendo tetraedri e ottaedri l'uno nell'altro. Leopold Gmelin sviluppò una teoria fondamentale per la struttura dei composti organici negli anni Quaranta dell'Ottocento. Secondo questo, "etene" era il nucleo dello stelo con una struttura cubica da cui derivavano altri composti. Almeno la sua teoria ha stimolato ulteriori discussioni serie sulla struttura spaziale dei composti organici.

Louis Pasteur riuscì nella prima risoluzione nel 1848 ordinando cristalli enantiomerici di tartaro. Pasteur fu anche il primo a sospettare che il fenomeno della rotazione ottica , scoperto da Jean-Baptiste Biot nel 1813, fosse dovuto alla presenza di molecole speculari.

Sia Archibald Scott Couper che Friedrich August Kekulé postularono nel 1858 che gli atomi di carbonio potessero anche essere collegati tra loro e stabilire formule corrispondenti molto simili alle formule costituzionali odierne .

La discussione sulla formula del benzene iniziata dopo il 1865 era di natura stereochimica perché si teneva conto anche delle strutture tridimensionali. Johannes Wislicenus si occupò negli anni 1860 degli isomeri dell'acido lattico , della loro attività ottica e della loro struttura tridimensionale.

L'attuale teoria della disposizione spaziale degli atomi è stata suggerita da van't Hoff e Joseph Le Bel nel 1874 e si basa su tre scoperte della teoria atomica e del legame tetraedrico del carbonio, della teoria strutturale del legame chimico e della rotazione ottica sviluppata in il XIX secolo. Quindi van't Hoff ha dato seguito alla discussione condotta da Emil Erlenmeyer e Johannes Wislicenus sulla costituzione dell'acido lattico. Ha anche proposto diverse formule strutturali per composti isomerici ( idrocarburi , alcoli , acidi organici ) con atomi di carbonio asimmetrici, per cui il modello del tetraedro era una base importante per questo. Ha anche sviluppato un'idea del doppio legame tra gli atomi di carbonio, in cui due tetraedri condividono un bordo comune.

Il lavoro di Emil Fischer sulla struttura dei carboidrati e la descrizione della loro stereochimica mediante la proiezione di Fischer rappresentano un'ulteriore pietra miliare.Il lavoro di Fischer è stato insignito del Premio Nobel per la Chimica nel 1902 .

Gli studi di Alfred Werner sulla stereochimica dei composti di coordinazione del cobalto, che furono anche insigniti del Premio Nobel per la Chimica nel 1913, possono essere visti anche come l'inizio della chimica complessa .

Anche la ricerca di Vladimir Prelog sulla stereochimica delle molecole e delle reazioni organiche ha ricevuto il Premio Nobel 1975 La convenzione Cahn-Ingold-Prelog , che ha contribuito a sviluppare, viene utilizzata per la descrizione stereochimica delle molecole organiche.

isomeria

Classificazione dei diversi tipi di isomeria

L'isomerismo si verifica quando molecole con la stessa formula empirica possono avere strutture spaziali diverse. L' isomerismo conformazionale si basa sulla rotazione attorno ad un singolo legame di una molecola , in modo che i sostituenti degli atomi legati tramite il singolo legame possano assumere posizioni diverse l'uno rispetto all'altro. Le molecole che differiscono solo per questa specifica disposizione degli atomi sono chiamate conformeri . L'isomerismo dell'immagine speculare si verifica in composti chimici correlati a una controparte come la sua immagine speculare. I corrispondenti composti chimici sono chiamati enantiomeri o antipodi ottici. Questo tipo di isomeria può essere basata su uno stereocentro , un asse chirale, o planare o elicoidale chiralità. Dalla teoria dei gruppi segue che l'assenza di un asse speculare rotante è la condizione necessaria e sufficiente per il verificarsi degli enantiomeri. Il diastereomerismo si verifica quando le molecole con diversi stereocentri sono in parte nella stessa e in parte in configurazioni diverse.

L' isomerismo funzionale si verifica quando molecole con la stessa formula empirica hanno gruppi funzionali diversi . Come Skelettisomerie si riferisce all'esistenza di quadri diversi. L' isomerismo posizionale si verifica in molecole in cui lo stesso gruppo funzionale si trova in posizioni diverse nella struttura. L'isomerismo cis-trans o isomerismo ( Z ) - ( E ) è una forma speciale di isomerismo posizionale. Si verifica in composti in cui due o più differiscono per quanto riguarda la posizione dei sostituenti rispetto a un piano di riferimento . Come isomerismo di legame o isomerizzazione di valenza è definita come la presenza di diversi numeri di legami σ - e π nelle molecole.

Termini stereochimici

Proprietà e operazioni di simmetria

La stereochimica si occupa delle proprietà di simmetria delle molecole. La simmetria molecolare può avere assi di simmetria, un centro di simmetria o un piano di simmetria. Ci sono quattro fondamentali operazioni di simmetria, specchiatura, rotazione e inversione, nonché traslazione nel caso dei solidi.

Asse di simmetria C n

L'asse di simmetria o rotazione descrive un asse nella molecola in cui la nuova disposizione degli atomi nella molecola è congruente con la precedente ruotando la molecola attraverso l'angolo di rotazione 360 ​​° / n. Un esempio di una molecola del gruppo puntiforme C 2 è l'acqua, un esempio del gruppo puntiforme C 3 è l'ammoniaca. Il benzene ha sia un asse C 2 che un asse C 6 .

Piano di simmetria σ

Il piano di simmetria o specchio descrive un piano nella molecola che divide la molecola in due metà simmetricamente corrispondenti. A seconda di dove si trova il piano di simmetria nella molecola, viene fatta una distinzione tra piani lungo l'asse principale della molecola, indicato come σ v (dalla verticale). Se il piano corre perpendicolare all'asse principale della molecola, si chiama σ h (dall'orizzontale), i piani che corrono diagonalmente sono chiamati σ d .

Centro di inversione i

Un centro di inversione o simmetria converte tutti gli atomi in atomi equivalenti alla simmetria rispecchiandoli in un punto centrale. Le molecole con centro di inversione non sono polari. Nel caso di molecole di numero pari il centro di inversione non giace su un atomo della molecola, ad esempio nel benzene , nel caso di molecole di numero dispari il centro di inversione cade su un atomo, ad esempio l'atomo di carbonio nel caso di anidride carbonica .

Asse specchio rotante Sn

Un asse dello specchio rotante converte gli atomi in una molecola in atomi equivalenti alla simmetria ruotandoli di un angolo di 360 ° / n e quindi specchiandoli. Il piano dello specchio è perpendicolare all'asse di rotazione. L'elemento di simmetria S 1 corrisponde ad un piano di simmetria σ, l'elemento di simmetria S 2 corrisponde ad un centro di inversione i.

Guarda anche

Evidenze individuali

  1. ^ Kurt Hermann: Stereochimica prima di van't Hoff e Le Bel . In: La chimica nel nostro tempo . nastro 8 , n. 5 , 1974, pag. 129-134 , doi : 10.1002/ciuz.19740080502 .
  2. ^ Otto Krätz: Il ritratto: Jacobus Henricus van't Hoff 1852-1911 . In: La chimica nel nostro tempo . nastro 8 , n. 5 , 1974, pag. 135-142 , doi : 10.1002/ciuz.19740080503 .
  3. ↑ Conferenza del Premio Nobel di Prelog (PDF; 663 kB)
  4. ↑ Assi rotanti Cn
  5. ^ Karl-Heinz Hellwich: Stereochimica: concetti di base , pagina 96 ( anteprima limitata nella ricerca di libri di Google).

letteratura

link internet