Основы органической химии для студентов нехимических специальностей - Тейлор Г.
ISBN 5-03-000281-2
Скачать (прямая ссылка):
Если в молекуле имеются два одинаковых заместителя, то она приобретает плоскость симметрии и становится совместимой со своим зеркальным изображением. В структурах I и II
— связь находится е плоскости Бумага —* связь выступает из плоскости бумаги '[шиш СМ5ь уховит за плоскость бумаги
I и II
не совмещаются
192
Глава 12
если заместители 3 и 4 одинаковы, то структуры будут иметь плоскости симметрии, проходящие через заместитель 1, атом С и 2*.
Химикам известны многочисленные примеры других типов хиральных структур. Однако в соединениях, которые будут рассматриваться в этой и последующих главах, подавляющее большинство случаев оптической изомерии относится к молекулам, где хиральность непосредственно определяется асимметрическим замещением четырехковалентного атома.
Поляризованный свет — электромагнитное излучение, состоящее из переменных электрического и магнитного полей, перпендикулярных друг к другу и к направлению распространения светового луча.
магнитное поле направление
распространения
светового луча
электрическое поле
Обычный свет состоит из множества лучей, которые имеют случайную относительную ориентацию электрического вектора. В плоско-поляризованном свете (обычно называемом просто «поляризованный свет») электрические поля всех лучей выстроены параллельно, все магнитные поля колеблются в перпендикулярной плоскости.
Поляризованный свет индифферентен к растворам веществ, структура которых имеет какую-либо симметрию, устраняющую энантиомерию молекулы. Однако при прохождении плоско-поляризованного света через раствор оптического изомера хирального соединения плоскость поляризации света поворачивается либо по часовой, либо против часовой стрелки. Такое же, но противоположно направленное вращение плоскости луча наблюдается при пропускании его через эквимолярный раствор второго энантиомера**. Изомер, раствор которого вращает плоскость поляризации по часовой стрелке (наблюдатель располагается лицом к источнику света), называется правовращающим, а изомер, раствор которого вращает плоскость поляризации против часовой стрелки, — левовращающим.
Если смешать в эквимолярном соотношении растворы энан-тиомеров, каждый из которых по отдельности является право-
* Для изучения этих и других упоминаемых в данной главе структур студентам рекомендуется пользоваться шарикостержневыми молекулярными моделями.
** Эти наблюдения получены с помощью прибора, называемого поляриметром. Описание принципа его действия не приводится в данной книге, но при необходимости его можно найти в учебнике по физике.
Оптическая изомерия
193
или левовращающим, то этот смешанный раствор будет оптически неактивным. Такая смесь энантиомеров называется рацемической смесью.
Раствор пра&овращающего соединения
Удельное вращение вещества (а) определяется углом (в градусах), на который поворачивается плоскость поляризации света при прохождении плоско-поляризованного луча через 10-сантиметровую толщину раствора, имеющего концентрацию
1 г/мл. Это характерное свойство хиральных соединений (подобно температуре плавления); для правовращающих соединений удельное вращение считают положительным, для левовращающих— отрицательным. Итак, если один изомер из пары энантиомеров имеет удельное вращение +150°, то другой (левовращающий) изомер будет иметь удельное вращение —150°. Для обозначения оптических антиподов используют символы ( + ) и (—). Так, два изомера 2-бромобутана СНзСНгСНВгСНз обозначаются как ( + )-2-бромобутан (т. е. правовращающий) и (—)-2-бромобутан (левовращающий), а их рацемическая смесь — как (±)-2-бромобутан*.
Хотя оптические антиподы оказывают различное влияние на поляризованный свет, все остальные физические свойства отдельных энантиомеров, а также их химические реакции, не включающие взаимодействие с другими хиральными молекулами, идентичны. Таким образом, две энантиомерные кислоты, например ( + )- и (—)-СбН5СН(С2Н5)С02Н, будут иметь одни и те же температуры плавления и кипения, одинаковые показатель преломления, плотность, растворимость и вязкость. Их р/С будут равны, оба соединения будут образовывать сложные эфиры, скажем, с метанолом или этанолом, свойства которых также будут одинаковы (кроме оптического вращения). Однако эти две кислоты будут по-разному реагировать, например, с (+) -бутан-2-олом и два образовавшихся сложных эфира уже не будут идентичными (см. ниже).
* Иногда употребляют устаревшие эквивалентные обозначения d, I и dl, относящиеся исключительно к направлению вращения плоскости поляризованного света.
13—689
194
Глава 12
Синтез соединений с хиральной структурой обычно дает оба энантиомера в равном соотношении (т. е. рацемический продукт), например:
сн3 сн3
сн3сн2сосн3 -с, + с,
/ \% / \% сн3н2с V н СН3Н2С \ он он н
