Стереохимия

Стереохимия, область химии, изучающая пространственное строение молекул и влияние этого строения на физические свойства (статическая С.), на направление и скорость реакций (динамическая С.). Объектами изучения С. служат главным образом органические вещества, а из неорганических — комплексные и внутри комплексные (хелатные) соединения (см. Комплексные соединения).

Основы С. заложены в работах Л. Пастера (1848), изучавшего изомерию винных кислот, а также Я. Вант-Гоффа и Ж. Ле Беля, которые в 1874 одновременно и независимо друг от друга выдвинули фундаментальную стереохимическую идею о том, что четыре валентности насыщенного атома углерода направлены к вершинам правильного тетраэдра. В дальнейшем тетраэдрическая модель получила прямое подтверждение при исследовании молекул физическими методами (см. Рентгеновский структурный анализ).

Важная область современной С. — конформационный анализ, рассматривающий пространственную форму молекул (конформацию). С. изучает также пространственную изомерию (стереоизомерию): изомеры, имеющие одинаковый состав молекул и одинаковое химическое строение, но отличающиеся друг от друга расположением атомов в пространстве. Стереоизомерию подразделяют на оптическую (зеркальную), проявляющуюся в существовании оптических антиподов (см. Оптически-активные вещества), и диастереомерию, при которой обнаруживаются пространственные изомеры, не имеющие характера оптических антиподов (см. Диастереомеры). Частный случай диастереомерии — геометрическая изомерия (цис- транс-изомерия), наблюдаемая у соединений этиленового ряда и в неароматических циклах (см. Изомерия). Специфическая задача С. — получение индивидуальных изомеров, определение их конфигурации и изучение свойств.

В современной С. очень широко используют физические и физико-химические методы. Так, рентгено- и электронографическими методами определяют межатомные расстояния, валентные углы и тем самым находят картину расположения атомов в молекуле. Стереохимическую информацию можно получить также из измерений дипольных моментов (см. Диполь), из спектров ядерного магнитного резонанса и данных инфракрасной и ультрафиолетовой спектроскопии, из измерений оптической активности. Пространственное строение молекул может быть предсказано также расчётными квантово-химическими методами.

Классическая С. была лишь отвлечённой теоретической областью науки. Современная С. приобрела и большое практическое значение. Так, установлено, что свойства полимеров сильно зависят от их пространственного строения. Это относится как к синтетическим полимерам (например, полистирол, полипропилен, бутадиеновый и изопреновый каучуки), так и к природным высокомолекулярным соединениям — полисахаридам, белкам, нуклеиновым кислотам, натуральному каучуку. Пространственное строение существенно влияет и на физиологические свойства веществ; от него, в частности, зависит активность многих лекарственных препаратов. Поэтому С. имеет большое значение для химии и технологии полимеров, биохимии и молекулярной биологии, медицины и фармакологии.

С. помогает также решению проблем теоретической неорганической и органической химии (например, при изучении механизмов органических реакций). Так, исчезновение оптического вращения (рацемизация) при замещении у асимметричного атома служит признаком мономолекулярного нуклеофильного замещения (механизм S_N1); явление вальденовского обращения — признаком бимолекулярного нуклеофильного замещения (механизм S_N2) (см. Замещения реакции).

Измерение оптической активности — важный метод количественного определения оптически-активных веществ в сахарной промышленности (см. Сахариметрия), в производстве лекарственных препаратов, душистых веществ.