Изомерия. 
Теоретические основы органической химии

Изомерия — это явление существования веществ, имеющих одинаковый химический состав, но разное строение молекул, а потому, обладающих разными свойствами.

Явление изомерии не является исключительной принадлежностью органической химии. Впервые это явление было обнаружено у неорганических веществ. В 1822 году Фридрих Веллер открыл циановую кислоту и установил ее эмпирическую формулу:. Через год, Юстут Либих, изучая гремучую кислоту, был крайне удивлен, когда обнаружил, что она имеет тот же состав, что и циановая. Однако эти вещества резко отличались по свойствам. Берцелиус, узнав об этом, не поверил. Правда в 1830 году сам столкнулся с этим явлением, обнаружив, что две органические кислоты — виноградная и винная — хотя и обладают разными свойствами, но имеют одну и ту же формулу:. Берцелиус назвал эти вещества изомерами, что означает равные, а явление — изомерией.

Число открытых изомеров быстро росло, и это явление нуждалось в объяснении. Берцелиус и Дюма были на правильном пути. Они предполагали, что раз состав веществ одинаков, то причина различий должна крыться в расположении атомов в молекуле, однако понять причины различного расположения они не смогли. Прошло почти 30 лет, прежде чем явление изомерии получило строгое научное обоснование. Это было сделано А. М. Бутлеровым в теории строения органических веществ.

В настоящее время выделяют изомерию структурную и пространственную (стереоизомерия).

Структурная изомерия — результат различий в химическом строении (различный порядок соединения атомов в молекуле). Она включает:

• 1. Изомерия углеродного скелета — обусловлена различным порядком связи атомов углерода.
• 2. Изомерия положения функциональных групп и кратных связей.
• 3. Изомерия функциональных групп — обусловлена различным строением функциональных групп при одном и том же качественном и количественном составе.
• 4. Изомерия положения заместителей.

Пространственная изомерия — результат различного пространственного расположения атомов и групп атомов при одном и том же порядке соединения их в молекуле.

• 1. Оптическая изомерия (энантиомерия) — это явление существования веществ, молекулы которых относятся друг к другу как предмет и его зеркальное отображение. Такие вещества называются энантиомерами (греч. enantio — противоположный), или антиподами. Возникновение антиподов возможно только при наличии в молекуле хирального (греч. heiros — рука) центра — ассиметрического атома углерода. Атом углерода является ассиметрическим если связан с 4-мя различными атомами или группами атомов.
• 2. Геометрическая изомерия (цис-транс-изомерия) — определяется различным положением групп относительно двойной связи или плоскости цикла. В молекулах цис-изомеров группировки расположены по одну сторону от двойной связи или плоскости цикла, в молекулах транс изомеров — по разные.

Обычно, изомеры представляют собой устойчивые вещества, которые могут быть выделены в индивидуальном состоянии. Однако есть ряд изомеров, которые очень легко превращаются друг в друга (взаимный переход имеет очень низкий активационный барьер). Выделяют две группы таких переходов (два вида динамической изомерии).

• 1. Таутомерия (греч. tauto — тот же самый) — это явление быстрого, взаимного и самопроизвольного превращения двух структурных изомеров. Таутомерия связана с разрывом одних химических связей и образованием новых. Такие изомеры называются таутомерами.
• 2. Конформационная изомерия — это явление, обусловленное постоянным свободным вращением фрагментов молекул вокругсвязи. Такие изомеры называют конформационными изомерами (конформерами).