Avaruus eli stereoisomeria Avaruusisomeriassa isomeerien avaruudellinen rakenne on erilainen: sidokset suuntautuvat eri tavalla, esim. molekyylit voivat olla toistensa peilikuvia. konformaatioisomeria avaruusisomeria cis transisomeria optinen isomeria 1
Konformaatioisomeria Yksinkertainen sidos voi kiertyä sidosakselin ympäri. Näin syntyvät molekyylin eri konformeerit eli konformaatioisomeerit. Esimerkki: Etaanin konformeerit. lomittain muoto kohdakkain muoto 2
Tehtävä: Rakenna molekyylimalleista etaanimolekyyli. Tarkastele eri konformaatioita. Kumpaa konformeeria tavataan useammin, lomittainmuotoa vai kohdakkainmuotoa? Molekyylin vetyatomit vievät tilaa ja niillä on myös jonkin verran positiivista osittaisvarausta. Lomittain konformeeri on pysyvämpi, sillä siinä vetyatomit ovat mahdollisimman kaukana toisistaan. Johtopäätös: Kaikki konformeerit eivät ole energeettisesti edullisia rakenteita. Siispä yleensä molekyylistä havaitaan merkittäviä määriä vain tiettyjä, pysyvimpiä konformaatioita. 3
Tehtävä: Rakenna molekyylimalleista sykloheksaani. Millaisia konformeereja sykloheksaanilla esiintyy? Mikä on pysyvin muoto? Sykloheksaanilla on kaksi äärimuotoa sekä äärettömästi niiden välisiä konformeereja. tuolimuoto venemuoto Tuolimuoto on pysyvin, sillä siinä vetyatomit ovat mahdollisimman kaukana toisistaan. 4
Cis trans isomeria Pohdintaa: Kummalla 1,2 dikloorieteenin isomeerillä on korkeampi kiehumispiste? kp = 48,5 o C kp = 60,2 o C 5
Cis trans isomeriaa voi ilmetä kahdessa erilaisessa tilanteessa: Tapaus 1: Hiilten välillä kaksoissidoksia Tarkastele hiiliatomeja, jotka ovat sitoutuneet kaksoissidoksella. Cis trans isomeriaa esiintyy, jos näihin hiiliatomeihin liittyneet tietyt keskenään samat atomit tai atomiryhmät ovat kaksoissidoksen tasossa joko samalla tai eri puolella kaksoissidoksen akselia. Cis tarkoittaa "samalla puolella", trans taas "eri puolella". cis: klooriatomit samalla puolen sidosakselia trans: klooriatomit eri puolen sidosakselia ei cis eikä trans: hiiliatomeihin ei ole liittynyt mitään samoja atomeja 6
Tehtävä: Millä seuraavista yhdisteistä esiintyy kaksoissidoksista johtuvaa cis trans isomeriaa? Mitkä ovat cis ja mitkä trans muotoja? 7
Tapaus 2: Syklinen rakenne Tarkastele hiiliatomien muodostamaa rengasta (tai useamman renkaan muodostamaa laajempaa rakennetta). Cis trans isomeriaa esiintyy, jos tietyt hiiliatomeihin liittyneet keskenään samat atomit tai atomiryhmät ovat joko samalla tai eri puolilla rengasta (siis toinen ylä ja toinen alapuolella). cis muoto: klooriatomit samalla puolen rengastasoa trans muoto: klooriatomit eri puolen rengastasoa 8
Huom.! Bentseenirengas on tasomainen, joten sillä ei esiinny cis trans isomeriaa. Kaikki bentseenirenkaaseen liittyneet atomit ovat samassa tasossa eivät siis rengastason ylä tai alapuolella. 9
Cis trans isomerian vaikutuksia yhdisteen ominaisuuksiin Trans ja cis muodoilla on erilaiset sulamis ja kiehumispisteet. Trans rasvahappojen uskotaan lisäävään sydän ja verisuonitautien riskiä. Hämärässä näkeminen perustuu cis retinaalin muuttumiseen transretinaaliksi verkkokalvolla. 10
Optinen isomeria Tehtävä: Rakentakaa maitohapon eli 2 hydroksipropaanihapon molekyylimalleja. Mitä eroa rakentamillanne molekyyleillä on? 11
Molekyylejä, jotka ovat peilikuvia toisilleen, kutsutaan toistensa enantiomeereiksi eli optisiksi isomeereiksi. Optista isomeriaa esiintyy, jos molekyylissä on asymmetrisiä eli kiraalisia hiiliatomeja. Asymmetrinen hiiliatomi on hiiliatomi, johon on liittynyt neljä erilaista atomia tai atomiryhmää. * * Maitohapon enantiomeerit. Asymmetrinen hiiliatomi on merkitty tähdellä. 12
Optisen isomerian vaikutuksia aineen ominaisuuksiin Maitohapon toista enantiomeeriä syntyy maidon pilaantuessa ja toista urheilusuorituksen aikana lihaksissa. Raskauspahoinvointiin tarkoitettu lääkeaine talidomidi aiheutti 1950 ja 1960 luvuilla syntyneille lapsille raajojen epämuodostumia. Talidomidin toinen enantiomeeri estää pahoinvointia mutta toinen aiheuttaa epämuodostumia. Lääkettä valmistettaessa ei eri enantiomeerien vaikutuksia ollut tutkittu. (Lisäksi talidomidin enantiomeerit jopa muuttuvat elimistössä spontaanisti toisikseen.) Tulehduskipulääke Burana sisältää vaikuttavan aineensa ibuprofeenin kahta eri enantiomeeriä. Toisella enantiomeerillä on lääkinnällinen ominaisuus ja toinen on tehoton. Tehotonkin enantiomeeri tosin muuttuu ajan mittaan elimistössä tehokkaaksi. 13
Mistä johtuu nimi optinen isomeria? Aine, jolla esiintyy optista isomeriaa, kiertää tasopolarisoidun valon värähtelytasoa. Eri enantiomeerit kiertävät valon värähtelytasoa eri suuntiin. Sanotaan, että aine on optisesti aktiivinen. Seos, jossa on saman verran kumpaakin optisesti aktiivisen aineen enantiomeeriä, ei kierrä valon värähtelytasoa. Tällainen seos on raseeminen seos. 14