Химическая энциклопедия - стереохимия

(от греч. stereos-пространственный), отрасль химии, исследующая пространств. строение молекул и его влияние на физ. и хим. св-ва. Стереохим. подход применим ко всем мол. объектам, используется во всех разделах химии (орг., неорг., координац. и т. д.). С. состоит из четырех осн. разделов. Статическая, или конфигурационная, С. имеет своей главной задачей определение абс. конфигураций энантиомеров хиральных молекул (см. Конфигурация стереохимическая) и установление зависимости хироптич. св-в (см. Хироптические методы )от структуры. Конформационный анализ концентрирует внимание на "внутренней жизни" молекул в отсутствие хим. р-ций, исследует конформации молекул, их взаимопревращения и зависимость физ. и хим. св-в от конформац. характеристик. Динамическая стереохимия представляет собой составную часть совр. теории механизмов хим. р-ций, она изучает влияние пространств. строения молекул на скорости и направление р-ции, в к-рых они участвуют. Теоретическая С. имеет дело с осн. понятиями и концепциями, мат. основаниями и описанием формализма стереохим. процессов.

С. включает как теоретич. представления, так и эксперим. методы. В области теории она широко использует аппарат квантовой химии, а также таких мат. дисциплин, как теория групп, алгебра, теория графов, топология (см. Топология в химии), теория множеств. С. использует все инструментальные методы исследования; особое место занимают хироптич. методы (дисперсия оптич. вращения и круговой дихроизм и др.), а также спектроскопия ЯМР, в к-рой установлены спец. эффекты, имеющие чисто стереохим. происхождение: энантиотопия и диастереотопия (см. Топные отношения).

В основе С. лежит фундам. триада понятий: конформация, хиральность, конфигурация. Конформация есть моментальное состояние молекулы, каждая молекула есть совокупность всех достижимых конформации. Хиральность-феномен, свойственный любым объектам, к-рые несовместимы со своим отображением в плоском зеркале. Поэтому хи-ральность присуща не всем молекулам. Хиральные молекулы существуют в виде пар энантиомеров (см. Изомерия),для к-рых используют понятие конфигурации. С. хиральных молекул называют иногда хиральной С.

Важное практич. значение имеет получение чистых энантиомеров, поскольку они обладают рядом полезных св-в, в первую очередь биол. активностью. Спец. направление составляет энантиоселективный синтез (и катализ), к-рый разрабатывает методы получения энантиомерно обогащенных соед. (см. Асимметрический синтез, Стереоселективный синтез).Высокой энантиоселективностью отличаются прир. катализаторы-ферменты. Интересный подраздел представляет абс. асимметрич. синтез под действием асимметризу-ющего физ. воздействия (поляризов. излучение, энантиоморфный кристалл), а не асимметризующего хим. реагента.

Пространств. координацию атома в молекуле анализируют на основе сведения конфигурации молекулы к форме геом. фигуры-полиэдра (см. Координационные полиэдры, Полиэдрические соединения), что удобно для анализа хи-ральности и конфигурации. Геом. фигуры явились образцом для синтеза таких молекул, как кубан, додекаэдран и др. Лента Мёбиуса легла в основу альтернативной концепции (Хюккеля-Мёбиуса) замкнутых p-электронных систем, а также синтеза молекулы в форме односторонней пов-сти. Вместе с катенанами, ротаксанами, узлами они составили основу новой концепции-топологическая С.

Наиб. сложным является анализ пространств. строения мол. ансамблей, составленных из двух и более молекул, к к-рым относятся, в частности, катенаны и ротаксаны. Еще более важны широко распространенные, в т. ч. и в природе, соед. включения, когда фиксируется энергетически выгодная конформация, в к-рой одна молекула ("гость") прочно входит в полость др. молекулы ("хозяина"). Частным случаем является тип "молекула в клетке"-комплексы кар-церандов.

Хиральная С. оперирует понятиями элементов хираль-ности, т. е. наим. структурных фрагментов молекулы, к-рые обладают хиральностью. Соотв. различают центральную, осевую, планарную и винтовую хиральность. Установление абс. конфигурации хирального фрагмента молекулы производится посредством корреляции (соотношения) с др. молекулами, конфигурация к-рых уже известна. В конечном счете существует единств. метод, к-рый позволяет отличить "правую" конфигурацию от "левой"-аномальное рассеяние рентгеновских лучей.

Сравнение конфигураций начальной и конечной молекул в к.-л. хим. р-ции дает важную информацию о механизме этой р-ции, поскольку предположение об элементарном акте и переходном состоянии содержит один из трех вариантов: сохранение конфигурации хирального фрагмента, изменение ее на противоположную или рацемизацию (см. Рацематы), т. е. равновероятное образование обеих конфигураций, или потеря конфигурации. Определение действительного стерич. результата позволяет отбросить нек-рые гипотетич. механизмы, к-рые неправильно предсказывают стерич. результат.

История С. началась с открытия_Ж. Био В. 1815 оптической активности орг. соединений в р-рах. Затем Л. Пастер в сер. 1840-х гг. разработал первые хим. и биохим. методы разделения рацематов на энантиомеры и впервые высказал мысль, что оптич. активность в-в-следствие асимметрии молекул. Позже (1874) Я. Вант-Гофф и Ж. Ле Бель, построили теорию тетраэдрич. углеродного атома, а в 1893 A. Вернер предложил октаэдрич. строение комплексов ме-таллов. Исследование стереохим. хода р-ций началось с открытия П. Вальденом в 1896 обращения конфигурации при бимолекулярном нуклеоф. замещении (вальденовское обращение). Э. Хьюз и К. Инголд в 1930-х гг. широко применяли стереохим. подход к изучению механизмов хим. р-ций. Ряд исследователей, начиная с Э. Коттона, развили методы кругового дихроизма и дисперсии оптич. вращения. В 1960-х гг. сформировалось представление о хиральных элементах и значении топологии для С. (В. Прелог). В 1966 разработана универсальная номенклатура стереохимичес-кая и введено понятие о хиральности (Р. Кан, Инголд, Прелог). Параллельно, начиная с середины столетия, развивался конформац. анализ, широкое применение к-рого в значит. степени обязано работам О. Хасселя, Прелога и Д. Бартона. Авторы работ по С. дважды были удостоены Нобелевской премии по химии-Хассель и Бартон за развитие конформац. анализа (1969), Прелог и Дж. Корнфорт за исследование методов стереоселективного синтеза (1975). Процесс проникновения мат. подходов в С. продолжается до настоящего времени (Э. Уги, Э. Рух, К. Мислоу и др.).

Лит.: Илиэл Э., Стереохимия соединений углерода, пер. с англ., М., 1965; Соколов В. И., Введение в теоретическую стереохимию, М., 1982; Ногра-ди М., Стереохимия, пер. с англ., М., 1984; Потапов В. М., Стереохимия, 2 изд., М., 1988. В. И. Соколов.

Химическая энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия

Под ред. И. Л. Кнунянца

1988