சமபகுதியம் (Isomerism)

முழுமையான பார்வை — சமபகுதியம் என்றால் என்ன?

ஒரே மூலக்கூற்றுச் சூத்திரத்தை (molecular formula) உடைய ஆனால் வேறுபட்ட சேர்வைகளாக இருக்கும் நிலையே சமபகுதியச் சேர்வு (isomerism) எனப்படுகின்றது. இவ்வாறு ஒரே மூலக்கூற்றுச் சூத்திரத்தைக் கொண்டிருந்தாலும் ஒன்றிலிருந்து மற்றையது வேறுபடும் சேர்வைகள் சமபகுதியங்கள் (isomers) என அழைக்கப்படுகின்றன. சேதன இரசாயனத்தில் (organic chemistry) ஒரு காபன் சங்கிலியின் அணுக்களை பல்வேறு வழிகளில் ஒழுங்குபடுத்த முடியும் என்பதனால், ஒரே சூத்திரத்திற்கு பல சேர்வைகள் இருப்பது மிகவும் பொதுவான நிகழ்வாகும்.

உதாரணமாக, C₄H₁₀ என்னும் மூலக்கூற்றுச் சூத்திரத்தை இரண்டு வேறுபட்ட சேர்வைகள் கொண்டுள்ளன — பியூட்டேன் (butane) மற்றும் 2-மெதைல்புரொப்பேன் (2-methylpropane). இவ்விரண்டும் ஒரே எண்ணிக்கையான காபன் அணுக்களையும் ஐதரசன் அணுக்களையும் கொண்டிருந்தாலும், அவற்றின் கட்டமைப்புகள் வேறுபட்டிருப்பதனால் அவை வெவ்வேறு பெளதிக இயல்புகளையும் (physical properties) காட்டுகின்றன. இந்த வேறுபாட்டையே சமபகுதியச் சேர்வு விளக்குகின்றது.

சமபகுதியங்கள் இரண்டு பெரும் வகுப்புகளாகப் பிரிக்கப்படுகின்றன. அணுக்கள் எந்த வரிசையில் ஒன்றுடன் ஒன்று இணைக்கப்பட்டுள்ளன என்பதில் வேறுபடும் சமபகுதியங்கள் கட்டமைப்புச் சமபகுதியங்கள் (constitutional / structural isomers) எனப்படுகின்றன. அணுக்களின் இணைப்பு வரிசை ஒன்றாக இருந்தும், அவை முப்பரிமாண வெளியில் (three-dimensional space) ஒழுங்குபடுத்தப்பட்டுள்ள விதத்தில் மட்டும் வேறுபடும் சமபகுதியங்கள் திண்மத் தோற்றச் சமபகுதியங்கள் (stereoisomers) எனப்படுகின்றன.

1. கட்டமைப்புச் சமபகுதியச் சேர்வு (NIE 1.4.1)

அமைப்புக் கூற்று அணுக்கள் (constituent atoms) எந்த விதத்தில் ஒன்றுடன் ஒன்று இணைக்கப்பட்டுள்ளன என்பதில் ஒன்றிலிருந்து மற்றையது வேறுபடும் சமபகுதியங்கள் கட்டமைப்புச் சமபகுதியங்கள் எனப்படுகின்றன. எனவே இவை வேறுபட்ட கட்டமைப்புச் சூத்திரங்களை (structural formulae) உடையன. கட்டமைப்புச் சமபகுதியங்கள் பொதுவாக சங்கிலிச் சமபகுதியங்கள், நிலைச் சமபகுதியங்கள், தொழிற்பாட்டுக் கூட்டச் சமபகுதியங்கள் என மூன்று உபபிரிவுகளாகப் பாகுபடுத்தப்படுகின்றன.

1.1 சங்கிலிச் சமபகுதியங்கள் (chain isomers)

ஒரே மூலக்கூற்றுச் சூத்திரத்திற்கு வேறுபட்ட காபன் சங்கிலிகளை (carbon skeletons) உடைய சமபகுதியங்கள் சங்கிலிச் சமபகுதியங்கள் ஆகும். இவை காபன் சங்கிலியின் கிளைப்பாக்கத்தில் (branching) வேறுபடுகின்றன — ஒன்று நேரிய சங்கிலியாக அமைந்திருக்க, மற்றையது கிளைபெற்ற சங்கிலியாக அமைந்திருக்கும். உதாரணமாக, C₄H₁₀ என்னும் சூத்திரத்திற்கு பியூட்டேன் ஒரு நேரிய நான்கு-காபன் சங்கிலியைக் கொண்டுள்ளது; ஆனால் 2-மெதைல்புரொப்பேன் ஒரு கிளைபெற்ற சங்கிலியைக் கொண்டுள்ளது, அதில் மையக் காபனுடன் ஒரு மெதைல் கூட்டம் (CH₃) கிளையாக இணைக்கப்பட்டுள்ளது.

1.2 நிலைச் சமபகுதியங்கள் (position isomers)

ஒரே காபன் சங்கிலியில் ஒரே தொழிற்பாட்டுக் கூட்டத்தினதும் (functional group) அல்லது பிரதியீட்டின் (substituent) நிலை மட்டும் வேறுபடும் சமபகுதியங்கள் நிலைச் சமபகுதியங்கள் ஆகும். இவ்விடத்தில் காபன் சங்கிலியும் தொழிற்பாட்டுக் கூட்டத்தின் வகுப்பும் ஒன்றாக இருக்கும்; தொழிற்பாட்டுக் கூட்டம் சங்கிலியில் எந்தக் காபன் அணுவில் இணைக்கப்பட்டுள்ளது என்பது மட்டுமே வேறுபடுகின்றது.

உதாரணமாக, C₃H₈O என்னும் சூத்திரத்தைக் கொண்ட புரொப்பான்-1-ஓல் (propan-1-ol) இல் ஐதரொட்சைல் கூட்டம் (–OH) முதலாவது காபனில் இணைக்கப்பட்டுள்ளது; ஆனால் புரொப்பான்-2-ஓல் (propan-2-ol) இல் அதே –OH கூட்டம் மையக் காபனில் இணைக்கப்பட்டுள்ளது. அவ்வாறே 1-குளோரோபுரொப்பேன் (1-chloropropane) மற்றும் 2-குளோரோபுரொப்பேன் (2-chloropropane) ஆகியன குளோரின் அணுவின் நிலையில் மட்டும் வேறுபடுகின்றன.

1.3 தொழிற்பாட்டுக் கூட்டச் சமபகுதியங்கள் (functional group isomers)

ஒரே மூலக்கூற்றுச் சூத்திரத்தை உடைய சேர்வைகளில் வேறுபட்ட தொழிற்பாட்டுக் கூட்டங்களை — அதாவது வேறுபட்ட சேர்வை வகுப்புகளை — உடையவை தொழிற்பாட்டுக் கூட்டச் சமபகுதியங்கள் ஆகும். இவை ஒரே சூத்திரத்தைக் கொண்டிருந்தாலும் முற்றிலும் வேறுபட்ட இரசாயன இயல்புகளைக் காட்டுகின்றன, ஏனெனில் அவை வெவ்வேறு வகுப்புகளைச் சேர்ந்தவை.

உதாரணமாக, C₂H₆O என்னும் சூத்திரத்தை எத்தனோல் (ethanol, ஒரு அல்ககோல்) மற்றும் மெதொக்சிமெதேன் (methoxymethane, ஒரு ஈதர்) ஆகியன பகிர்ந்துகொள்கின்றன. அவ்வாறே C₃H₆O என்னும் சூத்திரத்தை புரொப்பனால் (propanal, ஒரு அல்டிகைட்) மற்றும் புரொப்பனோன் (propanone, ஒரு கீற்றோன்) ஆகியன பகிர்ந்துகொள்கின்றன.

2. திண்மத் தோற்றச் சமபகுதியச் சேர்வு (NIE 1.4.2)

முப்பரிமாண வெளியில் பிணைப்புகளின் ஒழுங்காக்கம் (spatial arrangement) மட்டும் ஒன்றிலிருந்து மற்றையது வேறுபடும் சேர்வைகளின் இருக்கை திண்மத் தோற்றச் சமபகுதியச் சேர்வு எனப்படுகின்றது. திண்மத் தோற்றச் சமபகுதியங்கள் ஒரே மூலக்கூற்றுச் சூத்திரத்தையும் ஒரே கட்டமைப்புச் சூத்திரத்தையும் கொண்டுள்ளன — அதாவது அவற்றின் அணுக்கள் ஒரே ஒழுங்கில் ஒன்றுடன் ஒன்று இணைக்கப்பட்டுள்ளன. ஆனால் அந்த அணுக்கள் முப்பரிமாண வெளியில் ஒழுங்குபடுத்தப்பட்டுள்ள விதம் வேறுபடுகின்றது. திண்மத் தோற்றச் சமபகுதியங்கள் ஈர்வெளிமையச் சமபகுதியங்கள் (diastereomers) மற்றும் எதிருருக்கள் (enantiomers) என இரு வகையாகப் பிரிக்கப்படுகின்றன.

2.1 ஈர்வெளிமையச் சமபகுதியம் — கேத்திரகணித (cis–trans) சமபகுதியம்

ஒன்றுக்கொன்று ஆடி-விம்பங்களாக (mirror images) இல்லாத திண்மத் தோற்றச் சமபகுதியங்கள் ஈர்வெளிமையச் சமபகுதியங்கள் எனப்படுகின்றன. கேத்திரகணித சமபகுதியச் சேர்வு (geometric isomerism) ஈர்வெளிமையச் சமபகுதியச் சேர்வு காணப்படும் ஒரு முக்கியமான சந்தர்ப்பமாகும்; இது அற்கீன்களில் (alkenes) காணப்படுகின்றது.

ஒரு C=C இரட்டைப் பிணைப்பு ஒரு σ-பிணைப்பையும் ஒரு π-பிணைப்பையும் உடையது. π-பிணைப்புக் காரணமாக இரட்டைப் பிணைப்பால் இணைக்கப்பட்ட இரு காபன் அணுக்களும் σ-பிணைப்பு அச்சைப் பற்றிச் சுயாதீனமாகச் சுழல முடியாது. இந்தச் சுழற்சித் தடையே (restricted rotation) கேத்திரகணித சமபகுதியச் சேர்வுக்கான அடிப்படைக் காரணமாகும். மேலும், கேத்திரகணித சமபகுதியங்கள் காணப்படுவதற்கு ஒரு நிபந்தனை உண்டு — இரட்டைப் பிணைப்பின் ஒவ்வொரு காபன் அணுவும் இரு வேறுபட்ட கூட்டங்களை இணைத்திருக்க வேண்டும்.

இந்த நிபந்தனை பூர்த்தி செய்யப்படும்போது, இரட்டைப் பிணைப்பின் ஒரு பக்கத்தில் உள்ள கூட்டங்கள் மற்றொரு பக்கத்தைப் பொறுத்து வேறுபட்ட விதத்தில் ஒழுங்குபடுத்தப்படக்கூடிய இரு சேர்வைகள் காணப்படுகின்றன. இரு ஒத்த கூட்டங்களும் இரட்டைப் பிணைப்பின் ஒரே பக்கத்தில் காணப்படின் அந்தத் தொடர்பு சிசு (cis) எனப்படும்; அவை எதிர்ப் பக்கங்களில் காணப்படின் அத்தொடர்பு திரான்சு (trans) எனப்படும்.

பியூட்-2-ஈனில் இரட்டைப் பிணைப்பின் ஒவ்வொரு காபன் அணுவும் ஒரு மெதைல் கூட்டத்தையும் ஒரு ஐதரசன் அணுவையும் — இரு வேறுபட்ட கூட்டங்களை — இணைத்திருப்பதனால் இது கேத்திரகணித சமபகுதியங்களைக் காட்டுகின்றது. ஆனால் பியூட்-1-ஈனின் (but-1-ene) முடிவுநிலைக் காபனில் இரு ஐதரசன் அணுக்கள் இணைக்கப்பட்டுள்ளதனால் — அதாவது ஒரே வகைக் கூட்டங்கள் இணைக்கப்பட்டுள்ளதனால் — அது கேத்திரகணித சமபகுதியங்களைக் காட்டுவதில்லை.

2.2 எதிருரு சமபகுதியம் — கைரல்தன்மை (chirality)

ஒன்றுக்கொன்று ஆடி-விம்பங்களாக உள்ள திண்மத் தோற்றச் சமபகுதியங்கள் எதிருருக்கள் (enantiomers) என அழைக்கப்படுகின்றன; இவ்வாறான சேர்வுநிலை எதிருரு சமபகுதியச் சேர்வு (enantiomerism) எனப்படுகின்றது. நான்கு வேறுபட்ட கூட்டங்கள் ஒரு காபன் அணுவுக்கு இணைக்கப்பட்டிருக்கும் ஒரு சேர்வை எதிருரு சமபகுதியச் சேர்வைக் காட்டுகின்றது. இவ்வாறு நான்கு வேறுபட்ட கூட்டங்களை இணைத்த காபன் அணு சமச்சீரற்ற காபன் அணு (asymmetric carbon) அல்லது கைரல் காபன் அணு (chiral carbon) என அழைக்கப்படுகின்றது.

ஒரு கைரல் காபன் அணுவைக் கொண்ட மூலக்கூறும் அதன் ஆடி-விம்பமும் ஒன்றன் மீது ஒன்று மேற்பொருந்த மாட்டா (non-superimposable) — இது ஒருவரின் இடது கையும் வலது கையும் ஆடி-விம்பங்களாக இருந்தாலும் ஒன்றன் மீது ஒன்று பொருந்தாதது போன்றதாகும். இவ்வாறு மேற்பொருந்தாத ஆடி-விம்பங்களாக அமைந்த இரு சேர்வைகளும் ஒரு சோடி எதிருருக்களாகும்.

எதிருருக்களுக்கு ஒரு சிறப்பான பண்பு உண்டு — அவை ஒளி உயிர்ப்புள்ளவை (optically active). ஒரு எதிருருவை உடைய கரைசலினூடு தளமுனைவாக்கப்பட்ட ஒளியைச் (plane-polarised light) செலுத்தும்போது, ஒளியின் முனைவாக்கத் தளம் சுழற்றப்படுகின்றது. ஒரு எதிருரு முனைவாக்கத் தளத்தை ஒரு திசையில் சுழற்றும்; அதன் சோடி எதிருரு அதே அளவில் எதிர்த்திசையில் சுழற்றும். உதாரணமாக, பியூட்டான்-2-ஓல் (butan-2-ol) இல் இரண்டாவது காபன் அணு –OH, –H, –CH₃, –CH₂CH₃ ஆகிய நான்கு வேறுபட்ட கூட்டங்களை இணைத்திருப்பதனால் அது ஒரு கைரல் காபன் அணு ஆகும்; எனவே பியூட்டான்-2-ஓல் ஒரு சோடி எதிருருக்களாகக் காணப்படுகின்றது. 2-குளோரோபியூட்டேன் (2-chlorobutane) மற்றும் இலாக்டிக் அமிலம் (lactic acid) ஆகியனவும் கைரல் காபன் அணுவைக் கொண்ட பொதுவான உதாரணங்களாகும்.

🌐 விளக்க படம் / Explanatory Diagram