Условие задачи
Являются ли изомерами вещества, изображённые следующими структурными формулами?
Решение
Нам дана задача из области органической химии, а именно – на определение изомерии веществ по их структурным формулам. Чтобы ответить, являются ли два вещества изомерами, необходимо провести следующий анализ:
1. Ƶа́мечаем, что изомерами называются вещества, имеющие одинаковую молекулярную формулу (то есть одно и то же число атомов каждого элемента), но различающиеся строением. При этом различают два основных типа изомерии:
• Структурная (конституциональная) изомерия – атомы соединены в разном порядке.
• Стереоизомерия – порядок соединения атомов одно и тот же, но различается их пространственное расположение (например, энаntiомеры, диастереомеры, геометрические изомеры).
2. Для решения такой задачи необходимо:
а) Определить молекулярную формулу для каждого вещества, выведя число атомов каждого элемента из структурной формулы.
б) Сравнить полученные формулы. Если они различны – вещества не могут быть изомерами.
в) Если молекулярные формулы совпадают, то нужно внимательно рассмотреть порядок соединения атомов (то есть структуру связей):
– Если атомы связаны по-разному, то это структурные изомеры.
– Если порядок соединения тот же, но отличается расположение пространственной ориентации групп, то вещества являются стереоизомерами.
3. Таким образом, если представленные структурные формулы показывают молекулы с одинаковой молекулярной формулой, то ответ на вопрос «Являются ли они изомерами?» положительный. Далее важно установить, к какому типу изомерии относится различие:
• Если различается именно порядок связей между атомами, то вещества являются структурными изомерами.
• Если различается лишь пространственное распределение атомов (при неизменном порядке связей), то речь идет о стереоизомерии.
4. Применяя эти правила, окончательный ответ может быть сформулирован следующим образом:
– Если анализ показал, что у обоих веществ идентичные молекулярные формулы, но их структурные формулы отличаются по способу связи атомов, то они являются структурными изомерами.
– Если же порядок соединения атомов у веществ одинаков, а различается только конформация или пространственная ориентировка (например, cis–trans или R–S), то вещества являются стереоизомерами, что также является видом изомерии.
Заметим, что для окончательного верного ответа требуется точное изображение структурных формул. Если они приведены, и при их сравнения выявлено, что молекулярная формула одинакова с различными связями, ответ: «Да, вещества являются структурными (конституциональными) изомерами». Если же различие лишь в пространственной ориентации – ответ: «Да, вещества являются стереоизомерами». Если же молекулярные формулы различны, то вещества не могут быть изомерами.
Итак, применяя правила органической химии по классификации изомерии, окончательный вывод делается на основании сравнения молекулярных формул и порядка соединения атомов, что позволяет однозначно ответить на поставленный вопрос.