Поняття про явище ізомерії та ізомери

Кожна речовина має свою хімічну формулу. А чи може одна формула відповідати двом або трьом речовинам?

Учені ще в середині ХІХ ст. дали ствердну відповідь на це запитання й пояснили причину існування таких речовин.

Структурні формули речовин

В органічній хімії поряд з молекулярними формулами широко використовують структурні формули.

Структурні формули – хімічні формули, у яких відображений порядок сполучення атомів у молекулах.

Під час складання структурних формул символи хімічних елементів сполучають рисками. Кількість яких дорівнює валентності атома елемента у сполуці.

Кожна речовина має лише одну структурну формулу.

Ізомерія

   Вивчаючи будову молекул вуглеводнів, О. Бутлеров дійшов висновку, що в молекулах цих речовин, починаючи з бутану, можливий різний порядок сполучення атомів при тому самому складі молекул.

   Так, у бутані С4Н10 можливе двояке розміщення атомів Карбону у вигляді прямого й розгалудженого ланцюга.

СН₃ – СН₂ – СН₂ – СН₃                                   СН₃ – СН – СН₃

                                                                                      |

                                                                                     СН₃

   У першому випадку кожний атом Карбону сполучений з одним або з двома атомами Карбону; у другому випадку один атом сполучений з трьома атомами Карбону. Різному порядку взаємозв’язку атомів при однаковому якісному і кількісному складі молекул повинні відповідати, як учить теорія хімічної будови, різні речовини. Якщо ця теорія правильна, повинні існувати два бутани, які різняться між собою будовою і властивостями. Оскільки на той час був відомий тільки один бутан, то О. Бутлеров зробив спробу синтезувати бутан іншої будови. Добута ним речовина мала той самий склад С4Н10, але інші властивості, зокрема нижчу температуру кипіння. Нова речовина дістала назву «ізобутан».

   Розглянувши можливу будову пентану С5Н12, О. Бутлеров дійшов висновку, що повинні існувати три вуглеводні такого складу. Усі ці речовини було добуто. Явище існування різних речовин однакового складу, відоме давно. Та тільки теорія хімічної будови дала йому переконливе пояснення. Речовини, які мають однаковий склад молекул, але різну хімічну будову і тому різні властивості, називаються ізомерами. Явище існування таких речовин називається ізомерією.

   Існує структурна і просторова ізомерія, кожна з яких у свою чергу поділяється на кілька видів:

           Структурна                                                        Просторова

1) ізомерія карбонового скелета;                               1) геометрична;

2) ізомерія положення замісників;                             2) оптична.

3) ізомерія класів.

   З кожним роком у науці нагромаджувалися підтвердження істинності теорії хімічної будови. Поступово вона завоювала загальне визнання вчених і ось уже понад століття є основною теорією органічної хімії. Наукове значення цієї теорії полягає в тому, що вона поглибила наші уявлення про речовину, вказала шлях до пізнання внутрішньої будови молекул, дала можливість зрозуміти нагромаджені в хімії факти, передбачити існування нових речовин і знайти способи їх синтезу.

Явище ізомерії відкрив у 1823 р. німецький хімік Ю. Лібіх. Ізомерія є однією з причин різноманітності органічних сполук.