Съвременната органична химия е немислима без идеи за пространствената структура на молекулите и нейното влияние върху хода на химичните реакции, което е предмет на стереохимията. В стереохимията се използват определени начини за представяне на молекули, както и стереохимична номенклатура. Целта на това ръководство е да запознае читателя с основните понятия, с които оперира стереохимията. Елементарна информация за стереохимията е представена в раздели I-IX. Раздел X съдържа допълнителен материал, чието познаване също ще помогне за успешното изучаване на курса по органична химия.
I. Елементи на симетрията.
За да се опише пространствената структура на молекулите, е важно да се познават елементите на симетрия. Терминът "симетрия" е интуитивен. Обикновено тази дума се свързва с изпечен камък, архитектурна структура и др. Симетричният обект съдържа един или повече елементи на симетрия, за които може да се даде строга математическа дефиниция. По-долу е най-простата информация за елементите на симетрията.
Център на симетрия (център на инверсия), аз
Центърът на симетрия на обект е точка аз, отговарящи на следните условия. За всяка точка А, принадлежаща на обект, винаги ще има точка А", също принадлежаща на този обект, така че:
а) точка А аз, A" лежат на една права линия;
б) точките А и А са на еднакво разстояние от точката аз .
Примери за централно симетрични обекти:
Равнина на симетрия
Равнина на симетрия е равнина, която отговаря на следните условия. За всяка точка А, принадлежаща на обект, винаги ще има точка А, също принадлежаща на този обект, така че:
а) права линия, начертана през точки А и А "е перпендикулярна на равнината;
б) точките А и А са на еднакво разстояние от равнината,
равнобедрен триъгълник правоъгълник
(равнини на симетрия перпендикулярно на равнината на чертежа и го препратете по пунктираните линии)
Проста ос на симетрия от n-ти ред C n
Оста на симетрия от n-ти ред е оста, минаваща през даден обект, когато се завърти около нея под ъгъл от 360 ° / n, обектът се комбинира със себе си.
Оста на симетрия C 1 (завъртане на 360°) се нарича тривиален елемент на симетрия. Съществува и ос на симетрия от безкраен ред C. Завъртането около тази ос под произволен ъгъл води до съвпадение обект със себе си (ос, минаваща през центъра на кръга и перпендикулярна на неговата равнина; всяка ос, минаваща през центъра на топката).
Огледално-въртяща се ос на симетрия от n-ти ред S n .
Това е сложен елемент на симетрия, който включва две операции: завъртане около ос под ъгъл 360°/n и отражение в равнина, перпендикулярна на тази ос. При извършване на операции, съответстващи на оста Sn, обектът се изравнява със себе си.
Пример за обект с огледална въртяща се ос е дървен квадрат с четири забити в ъглите пирони: два отгоре и два отдолу. Оста S 4 е перпендикулярна на равнината на квадрата и минава през неговия център. Едно завъртане около оста S 4 с 90° не е достатъчно, за да съвпадне този обект със себе си. За това е необходимо последващо отражение в равнина, перпендикулярна на оста S 4 и разрязване на квадрата наполовина (долната част на квадрата се издига по време на отражение, горната част се спуска надолу);
Отвъд оста S 4
в този обект има и проста ротационна ос C 2 (завъртане на 180°), съвпадаща с оста S 4 .
Трябва да се отбележи, че равнината на симетрия е еквивалентна на ос на огледално въртене от първи ред (въртене на 360° и отражение в равнината); ,
По същия начин центърът на симетрия е еквивалентен на оста на симетрия S 2 (завъртане на 180 0 и отражение в равнина, перпендикулярна на оста):
„По този начин елементите на симетрия 
образуват група от огледално-въртящи се оси.
П. Методи за изобразяване на пространствената структура на молекулите
Обичайният начин за представяне на молекулите в органичната химия е чрез структурни формули.Те предават реда на свързване на атомите:
В случай на молекули с равнинна или линейна структура, такива формули могат също така да опишат адекватно геометрията на молекулите, например:
Ако съставът на молекулата включва: sp 3 -хибридизирани въглеродни атоми с тетраедрична среда, структурната формула не може да предаде реалната геометрия на молекулите, т.е. разположението на атомите в пространството. Тази цел се постига най-добре от пространствени модели.
Полусферични модели на Stewart-Brigleb: 
Sharo - модели въдици:
Често обаче става необходимо да се изобрази пространствената структура на молекула в равнина. Ясно е, че използването на чертежи на модели е неудобно и не всеки може да го направи. В такива случаи те прибягват до помощта на различни проекционни формули, които по същество са проекции на модели с топка и прът от един или друг ъгъл.
Може да се използва денят на етана и неговите производни обещаващи формули. Това са рисунки на модели на топка и пръчка, в които топките, символизиращи атоми, са заменени със символи на химични елементи. В обещаващите формули C-C връзката изглежда се отдалечава от наблюдателя:
Този метод обаче не е подходящ за по-сложни молекули като бутан. В такива ситуации яснотата се губи:
Перспективните формули най-често се използват за изобразяване на циклични молекули (виж по-долу, раздел X). Обикновено за изобразяване на пространствената структура на молекулите върху равнина, клиновидна проекция, се използват проекционните формули на Нюман и Фишър. Най-очевидната е клиновидната проекция.
1. Клиновидна проекция.
Ще се запознаем с принципа на конструиране на тази проекция на примера на молекула метан.
Нека мислено подредим молекулата така, че връзките CH 1 и CH 2 да са в равнината на чертежа (две пресичащите се прави определят равнина). Тогава атомът Н3 ще се издигне над равнината на чертежа, покривайки е Н4 атом, под самолета. Нека изобразим връзката C-H 3 с помощта на клин, като широкият край е насочен към атома H 3.
По същество ще получим проекцията на молекулата CH 4 върху равнината на чертежа, която в този случай е равнината на симетрия на молекулата. За да видим едновременно атомите H 3 и H 4, ние леко изкривяваме проекцията. Оставяйки въглеродните връзки с Н1 и Н2 непроменени, ние леко изместваме атома Н3 надолу и атома Н4 нагоре. Връзката CH 4, разположена под равнината на чертежа, ще бъде изобразена с пунктирана линия (I) или прекъснат клин, стесняващ се към отдалечения атон (I "):
Фигури (I) и (I ") са клиновидни проекции на молекулата на метана. Когато използвате тези проекции, трябва да се помни, че връзките, изобразени с прав сегмент, са в равнината на чертежа. Твърдите клинове символизират връзки, насочени към наблюдателя и прекъснати линии - връзки, " излизащи извън равнината на чертежа.
Клиновата проекция може да се завърти на всякакъв ъгъл около всяка ос, например:
Проекцията (I"") съответства на такова разположение на молекулата на метана, при което нито един от водородните атоми не лежи в равнината на чертежа.
Клиновата проекция на метан може да се използва за изграждане на проекции на други въглеводороди, например:
Моля, обърнете внимание, че в проекциите (2) и (3) C-C връзките са в равнината на чертежа. Само две C-H връзки са разположени в една и съща равнина. Понякога се изобразява клиновидна проекция на етан за такова разположение на молекулата спрямо равнината на чертежа, при което нито една от C-H връзките не е в тази равнина (2"):
Клиновидните издатини на неразклонени въглеводороди обикновено се изобразяват като зигзагообразна верига, всички C-C връзки и две крайни връзки C-H, които са разположени в равнината на чертежа. В този случай средата на всяка C-C връзка трябва да бъде същата като i в проекцията на молекулата на етана (2). Самите въглеродни атоми могат да бъдат пропуснати. Те се подразбират в ъглите на зигзага:
Разбира се, клиновидната проекция може да се използва за показване не само на прави въглеводороди, но и на други органични съединения, например:
Понастоящем е широко разпространена съкратена версия на проекциите на молекули под формата на зигзаг, в ъглите и в краищата на които се подразбират въглеродни атоми. В този случай C-H връзките не са изобразени:
Връзките на заместителите с въглеродните атоми на веригата са разположени върху продължението на ъглополовящата на съответния зигзагообразен ъгъл:
Цели:
- образователен:
- дайте представа за симетрия;
- въведе основните видове симетрия в равнината и в пространството;
- развиват силни умения за конструиране на симетрични фигури;
- разширете представите за известни фигури, като ги запознаете със свойствата, свързани със симетрията;
- показват възможностите за използване на симетрия при решаване на различни проблеми;
- затвърдете придобитите знания;
- общо образование:
- научете се да се настройвате за работа;
- научете да контролирате себе си и съсед на бюрото;
- да научите как да оценявате себе си и съсед на бюрото си;
- развитие:
- активизират самостоятелна дейност;
- развиват когнитивната активност;
- научете се да обобщавате и систематизирате получената информация;
- образователен:
- възпитават у учениците „чувство за рамо“;
- култивирайте комуникацията;
- възпитава култура на общуване.
ПО ВРЕМЕ НА ЗАНЯТИЯТА
Пред всеки има ножица и лист хартия.
Упражнение 1(3 минути).
- Вземете лист хартия, сгънете го наполовина и изрежете някаква фигура. Сега разгънете листа и погледнете линията на сгъване.
Въпрос:Каква е функцията на тази линия?
Предложен отговор:Тази линия разделя фигурата наполовина.
Въпрос:Как са разположени всички точки на фигурата върху двете получени половини?
Предложен отговор:Всички точки на половинките са на еднакво разстояние от линията на сгъване и на същото ниво.
- И така, линията на сгъване разделя фигурата наполовина, така че 1 половина е копие на 2 половини, т.е. тази линия не е проста, тя има забележително свойство (всички точки спрямо нея са на едно и също разстояние), тази линия е оста на симетрия.
Задача 2 (2 минути).
- Изрежете снежинка, намерете оста на симетрия, охарактеризирайте я.
Задача 3 (5 минути).
- Начертайте кръг в тетрадката си.
Въпрос:Определете как минава оста на симетрия?
Предложен отговор:различно.
Въпрос:И така, колко оси на симетрия има една окръжност?
Предложен отговор:Много.
- Точно така, кръгът има много оси на симетрия. Същата прекрасна фигура е топката (пространствена фигура)
Въпрос:Кои други фигури имат повече от една ос на симетрия?
Предложен отговор:Квадрат, правоъгълник, равнобедрен и равностранен триъгълник.
– Разглеждане на триизмерни фигури: куб, пирамида, конус, цилиндър и др. Тези фигури също имат ос на симетрия.Определете колко оси на симетрия имат квадрат, правоъгълник, равностранен триъгълник и предложените триизмерни фигури?
Раздавам на учениците половинките фигурки от пластилин.
Задача 4 (3 минути).
- Използвайки получената информация, довършете липсващата част от фигурата.
Забележка: фигурката може да бъде както плоска, така и триизмерна. Важно е учениците да определят как върви оста на симетрия и да попълнят липсващия елемент. Правилността на изпълнението се определя от съседа по бюрото, оценява колко добре е свършена работата.
Линия е изложена от дантела от същия цвят на работния плот (затворена, отворена, със самопреминаване, без самопреминаване).
Задача 5 (групова работа 5 минути).
- Визуално определете оста на симетрия и спрямо нея изпълнете втората част от дантела с различен цвят.
Правилността на извършената работа се определя от самите ученици.
На учениците се представят елементи от рисунки
Задача 6 (2 минути).
Намерете симетричните части на тези чертежи.
За консолидиране на преминатия материал предлагам следните задачи, предвидени за 15 минути:
Назовете всички равни елементи на триъгълника KOR и KOM. Какви са видовете тези триъгълници?
2. Начертайте в тетрадка няколко равнобедрени триъгълника с обща основа равна на 6 cm.
3. Начертайте отсечка AB. Построете права, перпендикулярна на отсечката AB и минаваща през нейната среда. Отбележете върху него точки C и D така, че четириъгълникът ACBD да е симетричен на правата AB.
- Първоначалните ни представи за формата принадлежат към много далечна епоха на древната каменно-медна епоха - палеолита. В продължение на стотици хиляди години от този период хората са живели в пещери, в условия, които малко се различават от живота на животните. Хората изработват инструменти за лов и риболов, развиват език за общуване помежду си, а в епохата на късния палеолит те украсяват съществуването си, създавайки произведения на изкуството, фигурки и рисунки, които разкриват чудесен усет за форма.
Когато се извършва преход от просто събиране на храна към активното й производство, от лов и риболов към земеделие, човечеството навлиза в нова каменна ера - неолита.
Неолитният човек е имал изострено чувство за геометрична форма. Изпичането и оцветяването на глинени съдове, производството на тръстикови рогозки, кошници, тъкани и по-късно обработката на метала развиват идеи за равнинни и пространствени фигури. Неолитните орнаменти са били приятни за окото, разкривайки равенство и симетрия.
Къде се среща симетрията в природата?
Предложен отговор:крила на пеперуди, бръмбари, дървесни листа...
„Симетрията може да се види и в архитектурата. При изграждането на сгради строителите ясно се придържат към симетрията.
Ето защо сградите са толкова красиви. Също така пример за симетрия е човек, животни.
Домашна работа:
1. Измислете свой собствен орнамент, изобразете го на лист А4 (можете да го нарисувате под формата на килим).
2. Начертайте пеперуди, маркирайте къде има елементи на симетрия.
Какво е ос на симетрия? Това е набор от точки, които образуват права линия, която е в основата на симетрията, тоест, ако се отдели определено разстояние от правата линия от едната страна, тогава тя ще се отрази в другата посока в същия размер . Всичко може да играе ролята на ос - точка, права, равнина и т.н. Но е по-добре да говорим за това с ясни примери.
Симетрия
За да разберете какво е ос на симетрия, трябва да се задълбочите в самата дефиниция на симетрия. Това е съответствието на определен фрагмент от тялото по отношение на всяка ос, когато неговата структура е непроменена, а свойствата и формата на такъв обект остават същите по отношение на неговите трансформации. Можем да кажем, че симетрията е свойството на телата да се показват. Когато един фрагмент не може да има такова съвпадение, това се нарича асиметрия или аритмия.
Ще ви бъде интересно:
Някои фигури нямат симетрия, поради което се наричат неправилни или асиметрични. Те включват различни трапеци (с изключение на равнобедрени), триъгълници (с изключение на равнобедрени и равностранни) и други.
Видове симетрия
Ще обсъдим и някои видове симетрия, за да проучим напълно тази концепция. Те са разделени така:
История на симетрията
Самата концепция за симетрия често е отправна точка в теориите и хипотезите на древните учени, които са били уверени в математическата хармония на Вселената, както и в проявлението на божествения принцип. Древните гърци твърдо са вярвали, че Вселената е симетрична, защото симетрията е великолепна. Човекът отдавна използва идеята за симетрия в познанията си за картината на Вселената.
През 5 век пр. н. е. Питагор смята сферата за най-съвършената форма и смята, че Земята има формата на сфера и се движи по същия начин. Той също така вярва, че Земята се движи под формата на някакъв "централен огън", около който трябва да се въртят 6 планети (познати по това време), Луната, Слънцето и всички други звезди.
В широк смисъл симетрията е запазването на нещо непроменено при някои трансформации. Някои геометрични фигури също имат това свойство.
геометрична симетрия
По отношение на геометрична фигура това означава, че ако тази фигура се трансформира - например завърти - някои от нейните свойства ще останат същите.
Възможността за такива трансформации е различна от фигура до фигура. Например, кръг може да се върти колкото искате около точка, разположена в центъра му, той ще остане кръг, нищо няма да се промени за него.
Концепцията за симетрия може да се обясни, без да се прибягва до ротация. Достатъчно е да начертаете права линия през центъра на окръжността и да построите сегмент, перпендикулярен на нея навсякъде във фигурата, свързвайки две точки от окръжността. Пресечната точка с линията ще се раздели на две части, които ще бъдат равни една на друга.
С други думи, правата линия разделя фигурата на две равни части. Точките на частите на фигурата, разположени на прави линии, перпендикулярни на дадената, са на еднакво разстояние от нея. Тази права линия ще се нарича ос на симетрия. Симетрия от този вид - - се нарича аксиална симетрия.
Брой оси на симетрия
Количеството ще бъде различно. Например кръг и топка имат много такива оси. За равностранен триъгълник оста на симетрия ще бъде перпендикуляр, спуснат към всяка от страните, следователно той има три оси. Квадратът и правоъгълникът имат четири оси на симетрия. Два от тях са перпендикулярни на страните на четириъгълниците, а другите два са диагонали. Но равнобедреният триъгълник има само една ос на симетрия, разположена между равните му страни.
Аксиалната симетрия се среща и в природата. Може да се види в два варианта.
Първият тип е радиална симетрия, което предполага наличието на няколко оси. Характерно е например за морските звезди. По-силно развитите организми се характеризират с двустранна или двустранна симетрия, с една ос, разделяща тялото на две части.
Човешкото тяло също има двустранна симетрия, но не може да се нарече идеална. Краката, ръцете, очите, белите дробове са симетрични, но не и сърцето, черният дроб или далакът. Отклоненията от двустранната симетрия се забелязват дори външно. Например, изключително рядко е човек да има еднакви бенки и на двете бузи.
Човешкият живот е изпълнен със симетрия. Това е удобно, красиво, няма нужда да измисляте нови стандарти. Но каква е тя всъщност и дали е толкова красива по природа, колкото се смята?
Симетрия
От древни времена хората се стремят да рационализират света около себе си. Следователно нещо се смята за красиво, а нещо не е така. От естетическа гледна точка за привлекателни се считат златното и сребърното сечение, както и разбира се симетрията. Този термин е от гръцки произход и буквално означава "пропорция". Разбира се, говорим не само за съвпадение на тази основа, но и на някои други. В общ смисъл симетрията е такова свойство на обект, когато в резултат на определени образувания резултатът е равен на първоначалните данни. Среща се както в живата, така и в неживата природа, както и в предмети, направени от човека.
На първо място, терминът "симетрия" се използва в геометрията, но намира приложение в много научни области и значението му като цяло остава непроменено. Това явление е доста често срещано и се счита за интересно, тъй като няколко от неговите видове, както и елементи, се различават. Използването на симетрия също е интересно, защото се среща не само в природата, но и в орнаменти върху тъкани, граници на сгради и много други предмети, създадени от човека. Струва си да разгледаме това явление по-подробно, защото е изключително вълнуващо.
Използване на термина в други научни области
В бъдеще симетрията ще се разглежда от гледна точка на геометрията, но си струва да се отбележи, че тази дума се използва не само тук. Биология, вирусология, химия, физика, кристалография - всичко това е непълен списък от области, в които това явление се изучава от различни ъгли и при различни условия. Класификацията например зависи от това към коя наука се отнася този термин. Така разделението на типове варира значително, въпреки че някои основни може би остават непроменени навсякъде.
Класификация
Има няколко основни типа симетрия, от които три са най-често срещаните:
В допълнение, следните видове също се отличават в геометрията, те са много по-рядко срещани, но не по-малко любопитни:
- плъзгане;
- ротационен;
- точка;
- прогресивен;
- винт;
- фрактал;
- и т.н.
В биологията всички видове се наричат малко по-различно, въпреки че всъщност те могат да бъдат еднакви. Разделянето на определени групи става въз основа на наличието или отсъствието, както и броя на определени елементи, като центрове, равнини и оси на симетрия. Те трябва да бъдат разгледани поотделно и по-подробно.
Основни елементи
В явлението се разграничават някои черти, една от които задължително присъства. Така наречените основни елементи включват равнини, центрове и оси на симетрия. В съответствие с тяхното наличие, липса и количество се определя видът.
Центърът на симетрия се нарича точката вътре във фигурата или кристала, в която линиите се събират, свързвайки по двойки всички страни, успоредни една на друга. Разбира се, не винаги съществува. Ако има страни, към които няма успоредна двойка, тогава такава точка не може да бъде намерена, тъй като няма такава. Според дефиницията е очевидно, че центърът на симетрия е този, през който фигурата може да се отрази към себе си. Пример е например кръг и точка в средата му. Този елемент обикновено се нарича C.
Равнината на симетрия, разбира се, е въображаема, но тя е тази, която разделя фигурата на две части, равни една на друга. Тя може да минава през една или повече страни, да е успоредна на нея или да ги разделя. За една и съща фигура могат да съществуват няколко равнини наведнъж. Тези елементи обикновено се наричат P.
Но може би най-често срещаното е това, което се нарича "оси на симетрия". Това често срещано явление може да се види както в геометрията, така и в природата. И заслужава отделно разглеждане.
брадви
Често елементът, по отношение на който фигурата може да се нарече симетрична,
е права линия или сегмент. Във всеки случай не говорим за точка или равнина. След това се разглеждат фигурите. Може да има много от тях и те могат да бъдат разположени по всякакъв начин: да разделят страните или да са успоредни на тях, както и да пресичат ъгли или не. Осите на симетрия обикновено се означават като L.
Примери са равнобедрени и В първия случай ще има вертикална ос на симетрия, от двете страни на която има равни лица, а във втория линиите ще пресичат всеки ъгъл и ще съвпадат с всички ъглополовящи, медиани и височини. Обикновените триъгълници го нямат.
Между другото, съвкупността от всички горепосочени елементи в кристалографията и стереометрията се нарича степен на симетрия. Този индикатор зависи от броя на осите, равнините и центровете.
Примери по геометрия
Условно е възможно да се раздели целият набор от обекти на изследване на математиците на фигури, които имат ос на симетрия, и такива, които нямат. Всички кръгове, овали, както и някои специални случаи автоматично попадат в първата категория, докато останалите попадат във втората група.
Както в случая, когато беше казано за оста на симетрия на триъгълника, този елемент за четириъгълника не винаги съществува. За квадрат, правоъгълник, ромб или успоредник е така, но за неправилна фигура съответно не е така. За кръг оста на симетрия е набор от прави линии, които минават през неговия център.
Освен това е интересно да се разгледат обемните фигури от тази гледна точка. Поне една ос на симетрия, в допълнение към всички правилни многоъгълници и топката, ще има някои конуси, както и пирамиди, паралелограми и някои други. Всеки случай трябва да се разглежда отделно.
Примери в природата
В живота се нарича двустранно, среща се най-често
често. Всеки човек и много животни са пример за това. Аксиалният се нарича радиален и е много по-рядко срещан, като правило, в растителния свят. И все пак са. Например, струва си да разгледаме колко оси на симетрия има една звезда и има ли ги изобщо? Разбира се, говорим за морския живот, а не за предмета на изучаване на астрономите. И правилният отговор би бил следният: зависи от броя на лъчите на звездата, например пет, ако е петлъчева.
В допълнение, много цветя имат радиална симетрия: маргаритки, метличина, слънчогледи и др. Има огромен брой примери, те са буквално навсякъде.
аритмия
Този термин, на първо място, напомня най-много на медицината и кардиологията, но първоначално има малко по-различно значение. В този случай синонимът ще бъде "асиметрия", тоест липса или нарушение на редовността в една или друга форма. Може да се намери като случайност, а понякога може да бъде красиво устройство, например в облеклото или архитектурата. В крайна сметка има много симетрични сгради, но известната е леко наклонена и въпреки че не е единствената, това е най-известният пример. Известно е, че това се случи случайно, но в това има своя чар.
Освен това е очевидно, че лицата и телата на хората и животните също не са напълно симетрични. Има дори проучвания, според резултатите от които "правилните" лица се считат за неодушевени или просто непривлекателни. Все пак възприемането на симетрията и това явление само по себе си са удивителни и все още не са напълно проучени, поради което са изключително интересни.
