ไอโซเมอร�

AOIJAI WICHAISIRI

ไอโซเมอรซ�มของสารประกอบอนทร�ย�ไอโซเมอรซ�ม (isomerism) หมายถ�ง ปรากฏการณ�ท��

สารอ�นทร�ย�ม�ส�ตรโมเลก�ลเหม�อนก�น แต�ม�ส�ตรโครงสร!างต�างก�น ซ��งอาจจะเป%นสารประเภทเด�ยวหร�อต�างชน�ดก�นก*ได!

ไอโซเมอร� (isomer) หมายถ�ง สารอ�นทร�ย�ท��ม�ส�ตรโมเลก�ลเหม�อนก�น แต�สามารถเข�ยนส�ตรโครงได!หลายแบบ แต�ละไอโซเมอร�ม�สมบ�ต�ต�างก�น

C2H6O ม� 2 ไอโซเมอร�CH3–CH2–OH และ CH3–O–CH3

C3H6O ม� 2 ไอโซเมอร�O

C CH3H3C CH2H3C C

O

H

áÍÅÕäÎ ì¤Õâµ¹

6. ไอโซเมอรซ�มของสารประกอบอนทร�ย� (ต�อ)

ไอโซเมอร�

ไอโซเมอร�เช�งสเตอร�โอ

ไอโซเมอร�เช�งสายโซ�คาร�บอน

ไอโซเมอร�เช�งต.าแหน�งของหม��ฟ0งก�ช�น

ไอโซเมอร�เช�งโครงสร!าง

ไอโซเมอร�เช�งเรขาคณ�ต ไอโซเมอร�เช�งแสง

ไอโซเมอร�เช�งชน�ดของหม��ฟ0งก�ช�น

1. ไอโซเมอร�เชงโครงสร�าง (Structural isomer) สารอ�นทร�ย�ท��ม�ส�ตรโมเลก�ลเหม�อนก�นแต�ม�ส�ตรโครงสร!างต�างก�น แบ�งได!เป%น1.1 ไอโซเมอร�เช�งสายโซ�คาร�บอน (skeleton isomer)1.2 ไอโซเมอร�เช�งต.าแหน�งของหม��ฟ0งก�ช�น (positional isomer)1.3 ไอโซเมอร�เช�งชน�ดของหม��ฟ0งก�ช�น (functional isomer)

2. ไอโซเมอร�เชงสเตอร (Stereo isomer) เป%นไอโซเมอร�ท��ม�โครงแบบ (configuration) ต�างก�นค�อม�การจ�ดเร�ยงอะตอมในท��ว�างต�างก�น (การจ�ดต.าแหน�งของอะตอมใน 3 ม�ต�แตกต�างก�น) แบ�งได!เป%น 2 ชน�ด ค�อ2.1 ไอโซเมอร�เช�งเรขาคณ�ต (geometrical isomer)2.2 ไอโซเมอร�เช�งแสง (optical isomer)

6. ไอโซเมอรซ�มของสารประกอบอนทร�ย� (ต�อ)

1. ไอโซเมอร�เชงโครงสร�าง (Structural isomer) 1.1 ไอโซเมอร�เชงสายโซ�คาร�บอน (skeleton

isomer) ไอโซเมอร�ท��ม�การจ�ดเร�ยงต�วของคาร�บอนในโครงสร!าง

หล�กต�างก�น คาร�บอนอะตอมอาจต�อก�นเป%นเส!นตรงหร�อเป%นแบบก��ง

สาขา จ.านวนไอโซเมอร�จะเพ��มข�3นเม��อจ.านวนคาร�บอนเพ��มข�3น

เช�น C5H12 ม� 3 ไอโซเมอร� C6H14 ม� 5 ไอโซเมอร� C7H16 ม� 9 ไอโซเมอร� C8H18 ม� 18 ไอโซเมอร� C9H20 ม� 35 ไอโซเมอร� C10H22 ม� 75 ไอโซ

เมอร� สารท��เป%นไอโซเมอร�เช�งโครงสร!างก�นจะม�สมบ�ต�ทาง

กายภาพและทางเคม�ต�างก�น

6. ไอโซเมอรซ�มของสารประกอบอนทร�ย� (ต�อ)

6. ไอโซเมอรซ�มของสารประกอบอนทร�ย� (ต�อ)

ไอโซเมอร�ชนดโครงสร�างของ C5H12 และจ!ดเด"อด

1.2 ไอโซเมอร�เชงต#าแหน�งของหม%�ฟ'งก�ช(น (positional isomer)

ไอโซเมอร�ท��เก�ดจากหม��ฟ0งก�ช�นน�ลมาเกาะก�บอะตอมของคาร�บอนในโครงสร!างหล�กท��ต.าแหน�งต�างก�น

เช�น C4H10O ม� positional isomer ท��เป%นแอลกอโอล� 2 ไอโซเมอร�

6. ไอโซเมอรซ�มของสารประกอบอนทร�ย� (ต�อ)

1.3 ไอโซเมอร�เชงชนดของหม%�ฟ'งก�ช(น (functional isomer)

ไอโซเมอร�ท��ม�หม��ฟ0งก�ช�นน�ลต�างก�น เป%นสารอ�นทร�ย�ต�างชน�ดก�นท��ม�ส�ตรโมเลก�ลเหม�อนก�นแต�ส�ตรโครงสร!างต�างก�น

ต�วอย�าง เช�น แอลกอฮอล� ก�บ อ�เทอร� ท��ม�ส�ตรโมเลก�ล C2H6O เป%น functional isomer ก�น

แอลด�ไฮด� ก�บ ค�โตน ท��ม�ส�ตรโมเลก�ล C3H6O เป%น functional isomer ก�น

6. ไอโซเมอรซ�มของสารประกอบอนทร�ย� (ต�อ)

O

C CH2H CH3

O

C CH3H3C

propanal propanone

2. ไอโซเมอร�เชงสเตอร (Stereo isomer)2.1 ไอโซเมอร�เชงเรขาคณต (geometrical

isomer) เป%นไอโซเมอร�ท��ม�การจ�ดเร�ยงของหม��แทนท��ในโครงสร!างท��

เป%นวงหร�อในพ�นธะค��ต�างก�น เช�น ไอโซเมอร�แบบ ซ�ส-ทรานส� (cis-trans isomer)

ซ��งเป%นการพ�จารณาว�า H หร�อหม��ท��เหม�อนก�นอย��ในระนาบเด�ยวก�นหร�อต�างระนาบก�น (ล�างและบนระนาบของพ�นธะค��)

6. ไอโซเมอรซ�มของสารประกอบอนทร�ย� (ต�อ)

C C

CH3

H

H3C

H

C C

H

CH3

H3C

H

cis- 2-butene trans-2-butene

2.2 ไอโซเมอร�เชงแสง (optical isomer) เป%นไอโซเมอร�ท��ม�ความไวต�อการบ�ดระนาบแสงโพลาไรซ�

(polarized light) ท�3งน�3เน��องจากความไม�สมมาตรหร�ออสมมาตร (asymmetry) ในโมเลก�ล

ถ!า C อะตอมใดต�อก�บอะตอมหร�อหม��อะตอมท��แตกต�างก�นท�3ง 4 หม�� เร�ยกว�า คาร�บอนไคร(ล (chiral carbon)

ถ!า C อะตอมใดต�อก�บอะตอมหร�อหม��อะตอมท��ไม�แตกต�างก�นท�3ง 4 หม�� เร�ยกว�า คาร�บอนอะไคร(ล (achiral carbon)

6. ไอโซเมอรซ�มของสารประกอบอนทร�ย� (ต�อ)

CH

Br

Cl

H3C

CH

Br

H3C

H3C

*

คาร�บอนไคร�ล

คาร�บอนอะไคร�ล

โมเลก!ลอะไคร(ล (Achiral molecule) เม��อฉายแสงโพลาไรซ�ผ�านสารละลายของโมเลก�ลอะไคร�ล

ระนาบของแสงโพลาไรซ� (plane of polarized light) จะไม�ม�การเปล��ยนแปลง เพราะว�าโมเลก�ลอะไคร�ลไม�ได!หม�นระนาบของแสงโพลาไรซ�

โมเลก�ลอะไคร�ลเป%นสารท��ไม�ม�อ�นตรก�ร�ยาก�บแสง (optically inactive)

6. ไอโซเมอรซ�มของสารประกอบอนทร�ย� (ต�อ)

โมเลก!ลไคร(ล (Chiral molecule) แต�เม��อฉายแสงโพลาไรซ�ผ�านสารละลายของโมเลก�ลไคร�ล

โมเลก�ลเอไคร�ลจะม�การหม�นระนาบของแสงโพลาไรซ� ซ��งอาจจะหม�นระนาบของแสงตามเข*มนาฬ�กาหร�อทวนเข*มนาฬ�กา

โมเลก�ลไคร�ลเป%นสารท��เก�ดอ�นตรก�ร�ยาก�บแสงได! (optically active)

6. ไอโซเมอรซ�มของสารประกอบอนทร�ย� (ต�อ)

6. ไอโซเมอรซ�มของสารประกอบอนทร�ย� (ต�อ)

โมเลก�ลอะไคร�ล (ซ!อนท�บก�นได!)

โมเลก�ลไคร�ล (ซ!อนท�บก�นไม�ได!)

โมเลก!ลอะไคร(ล (Achiral carbon)• เม��อหม�นโมเลก�ลท��เป%นภาพในกระจกเงาแล!วได!เป%นต�วเด�ม

จ�งสามารถซ!อนท�บก�นได! (superimposible)โมเลก!ลไคร(ล (Chiral carbon)• เม��อหม�นแล!วโมเลก�ลท��เป%นภาพในกระจกเงา ไม�ได!เป%นต�ว

เด�ม จ�งไม�สามารถซ!อนท�บก�นได! (non-superimposible)

CH

H3C

H

Br

CH

H3C

Cl

Br

CH

CH3

H

Br

CH

CH3

Cl

Br

ËÁع 120 ͧÈÒ

Chirality CenterCarbon has four different groups attached

C=C

CH3 C2H5

ClH

สารอนทร�ย�น�*ม� Geometrical isomerเป+นอะไร และม�ช",อว�าอะไร

ในการพ�จารณา Geometrical isomer ต�องด%ท�, C=C พบว�าพ�นธะเด��ยวท�3ง 4 ม�หม��ท��ไม�เหม�อนก�นเลย

ในกรณ�น�3จะเร�ยกเป%น cis หร�อ trans ไม�ได! ต�องเร�ยกเป+น E หร"อ Zในการพ�จารณาว�าเป%น E หร�อ Z ต!องม�ความร� !เร��องSequence rules

เพ��อท��จะจ�ดล.าด�บอะตอมหร�อหม��ตาม priority

Sequence rules

1เร�ยงตามเลขอะตอม ใครมากกว�าจะม� priority ส%งกว�า เช�น 35Br > 17Cl > 8O > 7N > 6C > 1H (ส�วนใหญ�จะสอดคล�องก(บน#*าหน(กอะตอม)

2ถ�าข�อ 1 ย(งไม�ได� ให�พจารณาอะตอมถ(ดไปท�ละอะตอม

3ส#าหร(บหม%�ท�,เป+น multiple bond เช�น พ(นธะค%�หร"อพ(นธะสามให�คดแยกแต�ละพ(นธะเป+นพ(นธะเด�,ยวหมดท!กพ(นธะ เช�น

-C=OH

-C=C-H H

-C-O H

O Cค�ดแยกเป%น -C-C-

H H

C Cค�ดแยกเป%น

เม��อเข!าใจ Sequence rules แล!วให!พ�จารณาท�� C=C โดยแบ�งโมเลก�ลเป%น 2 ข!างซ!าย-ขวา

แล!วแยกเปร�ยบเท�ยบหม��ท� 3งสองว�าหม��ใดม� priority ส�งกว�าจะเป%น Hi และหม��ท��ม� priority ต.�ากว�าจะเป%น L

C=CCH3 C2H5

ClH

Hi

L Hi

L

แล!วพ�จารณารวมด�ท�3งสองข!างว�าถ!าหม��ท��ม� priority เป%น Hi หร�อ L อย��ข!างเด�ยวก�นเร�ยกว�า Zถ!าหม��ท��ม� priority เป%น Hi หร�อ L อย��คนละข!างก�นเร�ยกว�า E

ในกรณ�น�3พบว�าอย��คนละด!านก�นจ�งเป%น E-isomerE-3-chloro-2-pentene

E หร�อ Z ?อ!อ..เป%น Z-isomer

C=CCH3

ClCH3CH2

CH2OHL

Hi Hi

L

C=CCH3

CH(CH3)2H

CH2OHHi

L

Hi

L

อย��ด!านเด�ยวก�น จ�งเป%น Z-isomerZ

Z

COOH

HOCH3

H

-(-)-Lactic acid

OH CH3

COOH

H

R หร�อ S ?ส.าหร�บคนท��เข!าใจยากเพราะด�สามม�ต�ไม�เก�ง

ให!เร��มจากการแปลงเป%น fischer projection ก�อนโดยพ�จารณาหม��ท��ช�3เข!า OHและหม��ท��ช�3ออกจากจอ CH3

ด�งให!อย��ในแนวช�3ออกจากจอค�อแนวนอนส.าหร�บอ�ก 2 หม��จะอย��ในแนวด��ง

จากน�3นให!เร�ยงล.าด�บหม��ตาม priorityตาม Sequence rules เป%น 1, 2, 3 และ 4ถ!าหม%�ท�, 4 อย%�ในแนวด,งแล!วให!น�บ 1, 2 และ 3

ถ!าหม�นตามเข*มนาฬ�กาเป%น Rถ!าหม�นทวนเข*มนาฬ�กาเป%น S

1

2

3

4

ตามเข3มนาฬกาเป+น R

Br

NCH

CH3

NC H

Br

CH3

1

2

3

4

เม��อแปลงเป%น fischer projection แล!วเร�ยงล.าด�บหม��ตาม priority เป%น 1, 2, 3 และ 4

ทวนเข3มนาฬกาเป+น Sตามเข3มนาฬกาเป+น R

น�บได!เป%นทวนเข*มนาฬ�กา ควรเป%น S แต� ล.าด�บท�� 4 ย�งไม�อย��ในแนวด��ง (ย�งไม�ไกลตาเรา)

ด�งน�3นจ�งต!องตอบตรงข!ามค�อเป%น R

H CH2CH3

CH=CH2

CO2H

2

4

1

3CH=CH2

H

CH2CH3

CO2H

ตามเข3มนาฬกาเป+น Rเม��อแปลงเป%น fischer projection แล!ว

เร�ยงล.าด�บหม��ตาม priority เป%น 1, 2, 3 และ 4น�บได!เป%นตามเข*มนาฬ�กา ควรเป%น R

แต� ล.าด�บท�� 4 ย�งไม�อย��ในแนวด��ง (ย�งไม�ไกลตาเรา)ด�งน�3นจ�งต!องตอบตรงข!ามค�อเป%น S

ทวนเข3มนาฬกาเป+น Sลองหย�บกระดาษมาท.าเองก�อนนะค�ะ

ทบทวนให!น�ดก*ได!1. แปลงเป%น fischer projection

2. เร�ยงล.าด�บหม��ตาม priority เป%น 1, 2, 3 และ 43. อย�าล�มถ!าหม��ท�� 4 ไม�ได!อย��ในแนวด��งจะตอบเลยได�ไหม?

สร!ป ถ!าใครด� 3 ม�ต�เป%นก*ไม�ต!องแปลงเป%น Fischer projection ตอบได!เลยแต�ถ!าใครด�ไม�คล�องควรจะเปล��ยนเป%น Fischer projection จะช�วยได!

อย�าล�มว�าล.าด�บท�� 4 ต!องอย��ในแนวด��ง (ไกลตาเรา) จ�งตอบได!ถ!าล.าด�บท�� 4 อย��ในแนวนอน (ย�งไม�ไกลตาเรา) ตอบตรงข!าม

23

Diastereomers• stereoisomers ท�,ไม�เป+น

mirror images ก(นและก(น• ม�สมบ(ตทางกายภาพต�างก(น• เป+นสารต�างชนดก(น• โมเลก!ลท�,ม�มากกว�าหน�,ง chiral

centers• สารท�,ม� n chiral center ม�ได�

ท(*งหมด 2n stereoisomers• สารท�,ม� 2 chiral center ม�ได�

ท(*งหมด 4 stereoisomers

24

C BrH

CH3

C

C2H5

BrH

1

CBr H

CH3

C

C2H5

Br H

2

C HBr

CH3

C

C2H5

BrH

3

CH Br

CH3

C

C2H5

Br H

4

Enantiomer

Enantiomer

Diastereomer

Diastereomer

25

Meso compounds• โมเลก!ลท�,ม� 2 chiral centers อาจจะ

ม�ไม�ครบ 4 stereoisomers• เช�น 2,3-dibromobutane ม�ได�

ท(*งหมด 3 stereoisomersCH3CHCHCH3

Br Br

* *

C HBr

CH3

C

CH3

BrH

CH Br

CH3

C

CH3

Br H

C BrH

CH3

C

CH3

BrH

CBr H

CH3

C

CH3

Br H

A B C D

26

C HBr

CH3

C

CH3

BrH

A

CH Br

CH3

C

CH3

Br H

B

C BrH

CH3

C

CH3

BrH

C

Enantiomer

Moso compou

nd

Diastereomer

Diastereomer

27

การเร�ยกช",อสารท�,ม�มากกว�าหน�,ง chiral centers• พจารณา configuration ท�ละ

chiral center ว�าเป+น (S) หร"อ (R) แล�วระบ!ต#าแหน�งลงในช",อเร�ยกสารน(*น

• Stereoisomer A ของ 2,3-dibromobutane ม� C-2 และ C-3 เป+น chiral centers ม� configuration เป+นแบบ (R) ท(*งค%�

(2R, 3R)-2,3-dibromobutan

e

C HBr

CH3

C

CH3

BrH(R)

(R)

28

(1R,2S)-(-)-Ephedrine

C(R)

HHO

C(S)

HCH3NH

CH3

C(S)

H OH

C(R)

H NHCH3

CH3

C(S)

OHH

C(S)

HCH3NH

CH3

C(R)

HO H

C(R)

H NHCH3

CH3

(1S,2S)-(+)-Pseudophedrine

(1S,2R)-(+)-Ephedrine

(1R,2R)-(-)-Pseudophedrine

ปฏกรยาเคม�ท�,ควรร%�จ(ก1. ปฏ�ก�ร�ยาการแทนท�� ( substitution reaction ) เป%นปฏ�ก�ร�ยาท��อะตอมหร�อ หม��อะตอมท��เกาะอย��ก�บคาร�บอนถ�กแทนท��ด!วยอะตอมหร�อหม��อะตอม

อ��นOH + CH3CH2 Cl CH3CH2OH + Cl

สารต�3งต!น สารผล�ตภ�ณฑ � อ�ออนท��หล�ดออก

น�วคล�โอไฟล�

H

+ HNO3

NO2

+ H2OH2SO4

2. ปฏ�ก�ร�ยาการเต�ม (Addition reaction)

Br

CH3CH CH2 + Br2 CH3CH CH2

Br

Cl

CH2 CH2 + Cl2 CH2 CH2

Cl

A

C C + A B C C

B

3. ปฏ�ก�ร�ยาการขจ�ดออก (Elimination reaction)

H

C C + XC C

X

(HX)

Nu

CH3CH2Br + OH CH2 CH2 + H2O + Br

(HBr)

ปฏ�ก�ร�ยาท��ม�การด�งอะตอมหร�อ หม��ของอะตอมท��เกาะอย��ก�บคาร�บอนออกไปเป%นโมเลก�ล หร"อก#าจ(ดอะตอมหร"อหม%�อะตอมท�,เกาะตดอย%�ก(บอะตอมท�,ตดก(น

OH

C C + H2OC C

HLewis base

CH3 CH2 OHH2SO4 CH2 CH2 + H2O

ethanol ethene

ประเภทของปฏ�ก�ร�ยาเคม�อ�นทร�ย�4. ปฏ�ก�ร�ยาออกซ�เดช�น (Oxidation

reaction)

OHCHCH3

CH3

K2Cr2O7/H2SO4OCCH3

CH3

OH

H +O

K2Cr2O7

H

ประเภทของ ปฏ�ก�ร�ยาเคม�อ�นทร�ย�5. ปฏ�ก�ร�ยาร�ด�กช�น (Reduction

reaction)

CH3CH2 C OH

OLiAlH4

CH3CH2 C OH

H

H

CH CH2CH2CH3

H2/ PdCH2 CH3CH2CH3

6.ปฏ�ก�ร�ยาการจ�ดเร�ยงใหม� ( rearrangement reaction ) เป%นปฎ�ก�ร�ยาการจ�ดเร�ยงอะตอม หร�อหม��อะตอมในโมเลก�ลเส�ยใหม� ได!สารประกอบชน�ดใหม�ท��ม�ส�ตรโมเลก�ลเท�าก�น

CH2 CH3CH2CH3 CH3CHCH3

CH3

CH CH2CH2CH3 CH2CCH3

CH3

heat, catalyst

heat, catalyst

6. ปฏ�ก�ร�ยาการเก�ดพอล�เมอร�Polymerization)

nCH2 CH Cl (CH2 CH)

Cl

nCH2 CH2( CH2 CH2 )

n

n

vinyl chloride polyvinyl chloride

ethylene polyethylene