Stereochemia

Stereochemia – dział chemii zajmujący się badaniem trójwymiarowej struktury cząsteczek i jej wpływem na własności tych cząsteczek.

Stereochemia zajmuje się czterema podstawowymi zagadnieniami:

• teoretyczną możliwością występowania i praktyczną analizą izomerii optycznej i geometrycznej związków chemicznych,
• wyjaśnianiem i analizowaniem mechanizmów reakcji chemicznych prowadzących do zmian w trójwymiarowej strukturze cząsteczek,
• syntezą asymetryczną, czyli praktycznymi sposobami otrzymywania pożądanych izomerów geometrycznych i optycznych,
• badaniem wpływu struktury trójwymiarowej cząsteczek na ich własności fizyczne, chemiczne i biologiczne.

Stereochemia węglowodorów

Budowa przestrzenna węglowodorów opiera się na kilku regułach:

• Podstawniki atomów węgla tworzącego cztery pojedyncze wiązania chemiczne są ułożone w narożach czworościanu (hipoteza van ’t Hoffa i le Bela). Jedną z konsekwencji tej reguły jest niepłaskość pierścienia cykloheksanu.
• Podstawniki atomów węgla tworzących wiązanie podwójne leżą w płaszczyźnie tego wiązania. Kąty X-C=C i X-C-X' (gdzie X, X' są podstawnikami, a C jest atomem węgla tworzącym wiązanie podwójne) wynoszą około 120°.
• Podstawniki atomów węgla tworzących wiązanie potrójne (acetylenowe) leżą w płaszczyźnie tego wiązania. Kąt utworzony przez podstawnik oraz dwa atomy węgla połączone wiązaniem potrójnym wynosi 180° (wiązanie liniowe).
• Pierścień benzenu jest płaski. Podstawniki pierścienia benzenowego leżą w jego płaszczyźnie.

Stosując powyższe proste reguły można łatwo przewidzieć struktury większości nienaprężonych węglowodorów, zarówno alifatycznych, jak i aromatycznych.

Węglowodory o nietypowej budowie przestrzennej

Wyżej podane reguły stosują się do większości istniejących węglowodorów. Znane są jednakże wyjątki. Złamanie tych reguł powodowane jest zwykle przez wprowadzenie do cząsteczki dużych naprężeń.

• Węglowodory łamiące hipotezę van ’t Hoffa i Le Bella
  • cząsteczki z piramidalnym (odwróconym) czterowiązalnym atomem węgla (np. [1.1.1]propellan, [1.1.1.1]padlan)
  • cząsteczki z płaskim z czterowiązalnym atomem węgla (tzw. problem płaskiego metanu)
  • cząsteczki z płaskim cykloheksanem (np. tris-σ-homobenzeny – cząsteczki, w których cykloheksan jest „obudowany” ugrupowaniami cyklopropanowymi)
• Cząsteczki ze zdeformowanym wiązaniem podwójnym
• Niezwykłe węglowodory aromatyczne
  • cząsteczki z niepłaskim pierścieniem benzenowym (np. [2.2]paracyklofan)
  • cząsteczki z podstawnikami nieleżącymi w płaszczyźnie pierścienia benzenowego (np. superfan)
• Nieliniowe acetyleny