Оптическая изомерия. 
Химия координационных соединений

Оптическая изомерия возникает в том случае, когда соединение, находящееся в газообразном, жидком или расплавленном состоянии либо в растворе, нельзя совместить с собственным зеркальным изображением. К числу таковых относятся комплексы, лишенные плоскостей симметрии, центра симметрии или зеркально-поворотных осей, либо имеющие только поворотные оси симметрии. Если эти условия не выполняются, то молекула (комплекс) не может быть оптически активной.

Возможны два способа решения задачи об оптической активности конкретного комплекса. Один из них — моделирование молекулы и зеркального изображения. Если эти модели оказываются совместимыми, то молекула — оптически неактивна; в противном случае — молекула может проявлять оптическую активность. Другой способ — отыскание в молекуле перечисленных выше элементов симметрии, причем их отсутствие указывает на оптическую активность.

Молекулы, воспроизводящиеся при зеркальном отражении, называют энантиоморфными или энантиомерами (так называемые оптические антиподы) (рис. 5.6). Они могут по-разному вращать плоскость поляризации света, но обладают одинаковой абсолютной величиной удельного вращения (эффект наблюдается обычно с помощью так называемых поляриметров).

а б.

Рис. 5.6. Энантиомеры (по Б. К. Вайнштейну):

а — молекулярные; б — кристаллические Если в молекуле имеются два асимметрических центра, то могут возникать 4 конфигурации: DD, DL, LD и LL. Молекулы DD и LL, так же как LD и DL, энантиомерны между собой, т. е. являются оптическими изомерами. Но DD и DL, а также LD и LL, являются по отношению друг к другу диастереомерами. В силу того, что центры, обладающие разной хиральностью, по-разному взаимодействуют между собой, диастереомеры по существу — разные соединения: у них различаются температуры плавления и кипения, дипольные моменты, термодинамическая устойчивость, растворимость и другие свойства.

Простейший пример оптически активного комплекса — тетраэдрический координационный полиэдр, в котором центральный атом окружен четырьмя различными лигандами или двумя асимметричными бидентатными лигандами. Для октаэдрического координационного полиэдра оптические изомеры образует, например, комплекс состава [Co (En)(Pn)(N0₂)2]Br — динитроэтилендиамина-пропилендиамин кобальтибромида:

Более подробно вопрос об особой специфике оптических изомеров рассмотрен ниже.

Итак, в трехмерном пространстве возникает явление, которое называется стереоизомерией.

Стереоизомеры — это соединения, построенные из одинакового набора атомов, но различающиеся расположением атомов. Основными стереохимическими понятиями являются хиральность, конфигурация и конформация.

Оптическая активность соединений послужила основой для развития так называемой органической стереохимии, которую многие исследователи считают самостоятельным предметом^[1], развивающимся как отдельная отрасль химии, которая включает в себя следующие разделы: теоретическую и конфигурационную стереохимию, конформационный анализ и динамическую стереохимию.

В рамках так называемой конфигурационной (статической) стереохимии находят пространственную конфигурацию энантиомеров хиральных молекул и устанавливают зависимости знака и величины оптического вращения от строения молекулы (чаще всего в этом разделе рассматриваются органические соединения).

В конформационном анализе анализируют внутренние превращения в молекулах в отсутствии реакций, определяют конформации молекул, их устойчивость, а также зависимость реакционной способности молекул от их конформации (чаще всего здесь рассматриваются тоже органические соединения).

В динамической стереохимии рассматривают взаимные переходы типа хиральное-ахиральное и методы синтеза соответствующих соединений на основании установленных механизмов превращений и реакций.

Считается, что теоретическая стереохимия задаст основные понятия и концепции, описывает формальные стороны стереохимических процессов, которые мало связаны с химической природой конкретных объектов. Она базируется на теории групп и тонологин, позволяющих описывать молекулярную структуру веществ исходя из чисто геометрических исходных посылок.

В теоретической стереохимии атомы рассматриваются как безразмерные точки, и структура молекул описывается совокупностью таковых. Благодаря такому упрощению проводят классификацию молекул по топологии и симметрии и пытаются найти аналогии между, казалось бы, совершенно разными структурами.

• [1] Бутин К. П. URL: http://www.chcm.msu.su/rus/tcaching/butin/wclcomc. html.