الإيزومرات Isomers
- يتميز الكربون بقدرته العالية على تكوين مركبات مستقرة على شكل سلاسل طولية متفرعة أو غير متفرعة أو حلقية من نفس العنصر مما أدى إلى وجود عدة مركبات تختلف في الصيغ البنائية Structural formulas ولكن لها نفس عدد الذرات لكل عنصر من عناصرها أي تشترك في الصيغة الجزيئية Molecular formula وهذا ما يعرف بظاهرة الأيزومريا Isomerism
- يكون للأيزومرات خواص فيزيائية وكيميائية مختلفة غالباً.
- اشتق مصطلح أيزومر من الكلمتين في اللغة اليونانية (isos) تعني (نفسه) و كلمة (meros) وتعني (جزء).
- توصف الأيزومرات التي لها نفس الترابط ولكن تختلف في توزيع المجموعات أو الذرات في الفراغ space بأنها أيزومرات فراغية Stereoisomers
- أما فرع الكيمياء الذي يتعامل مع الطبيعة ثلاثية الأبعاد (ترتيب خاص) للجزيئات فأنه يعرف بفرع الكيمياء الفراغية Stereochemistry
تقسيم الأيزومرات Classification of Isomers
- تنقسم الأيزومرات إلى نوعين أساسيين هما:
(1) أيزومرات بنائية Constitutional Isomerism
تختلف هذه الأيزومرات في أسلوب الربط بين الذرات وقد تختلف نتيجة لذلك في الهيكل الكربوني أو في موضع المجموعة الوظيفية أو في نوع المجموعة الوظيفية أو في ترتيب مجموعات الألكيل أو تختلف في موضع كل من إلكترونات وذرة هيدروجين كما يلي:
(أ) أيزومرات هيكلية Skeletal Isomers أو تسمى أيزومرات السلسلة Chain Isomers: تختلف في الهيكل الكربوني.
(ب) أيزومرات موضعية Positional Isomers: تختلف في موضع المجموعة المميزة.
(جـ) أيزومرات وظيفية Functional Isomers: تختلف في نوع المجموعة الوظيفية.
(د) میتامیرز Metammers: لها نفس المجموعة الوظيفية وتختلف في ترتيب مجموعات الألكيل.
(هـ) توتوميرز Tautomers:
- تختلف في موضع ذرة هيدروجين وإلكترونات باي (π)
- يمكن لمجموعة الكربونيل ولذرات الهيدروجين على ذرة كربون ألفا α-carbon أن تتحول بسرعة إلى هيئة الإينولات المقابلة وهذا التحول السريع هو نوع خاص من الأيزومرات يسمى tautomerism وتنطق (taw-tom-er-ism).
- بعض التفاعلات تعطي نواتج أولية تعرف بـ enol مثل تفاعل إماهة الألكاينات alkynes المحفز حمضياً حيث تحتوي الإينولات على رابطة C=C ثنائية ومجموعة هيدروكسيل ترتبط بأحد ذرتي sp2 وهذا يفسر اسم enol
- وفي معظم الاحيان يكون تركيز الإينول قليل لأنه يعيد ترتيب نفسه عند تكوينه مباشرة إلى صورة مركب كربونيلي حيث يختلف المركب الكربونيلي عن الإينول في موقع الرابطة الثنائية وذرة هيدروجين وتعرف هيئة الكربونيل وهيئة الإينول بـ keto-enol automers
- ويطلق على التحول السريع المتبادل بين الهيئتين عملية التوتوميرزم أو التتمرة tautomnerization وقد اشتقت من الكلمة اليونانية (tauto) وتعني (نفس الشيء) وبالإضافة لكلمة meros زتعني (جزء).
- تجدر الإشارة إلى أنه يجب التمييز بين مصطلحي التتمرة والرنين resonance لأن التتمرة هي أيزومرات بنائية تخضع لعملية تحول داخلي سريع يصعب فصلها بصورة مستقلة أما حالات الرنين فليست كذلك فهي تختلف في تمثيل موقع كل من الزوج الإلكتروني المفرد lone pair وإلكترونات (π).
- إن أغلب الأحيان تكون هيئة keto أكثر ثباتاً من هيئة enol حيث تكون الرابطة C=O أقوى من الرابطة C=C وهذا التحول يحدث في وجود المحفزات الحمضية أو القاعدية فهذه العملية بطيئة جداً في المحلول المخفف عند غياب الحمض أو القاعدة,
- يطلق على عملية التحول من هيئة المركب الكربونيلي إلى هيئة الإينول enolization وتعرف ذرات الهيدروجين الحمضية بـ enolizable hydrogen والتي تكون مرتبطة بذرات كربون ألفا.
(2) الأيزومرات الفراغية Stereoisomers
- تختلف هذه الأيزومرات في ترتيب وتوزيع الذرات أو المجموعات حول ذرة مركزية أو وحدة داخل الجزئ.
- غالباً ما تكون ثلاثية الأبعاد (three dimension (3D وتعرف أيضاً باسم أيزومرات التوزيع أو الترتيب configuration isomers
- لقد اشتق مصطلح (stereo) من الكلمة اليونانية (stereos) وتعني (مجسـم) وتشتمل الأيزومرات المجسمة على الهيئات conformation وعلى الأيزومرات الهندسية geometric.
- في حين تنقسم الأيزومرات البصرية إلى نوعين هما الإيننتيومرات enantiomers والداياستيرومرات diastereomers.
- المخطط التالي يوضح جميع أنواع الأيزوميرات كما يلي:
- هيئات Conformational isomers: تنتج بسبب الدوران الحر حول روابط كربون - كربون الأحادية.
- أيزومرات هندسية Geometric isomers: تنشأ بسبب التوزيع حول روابط كربون - كربون الثنائية أو في الألكانات الحلقية.
- أيزومرات بصرياً Optical isomers: تؤثر على الضوء المستقطب استوائياً.