Chiralność w tym, co się składa i przykłady



The chiralność jest właściwością geometryczną, w której obiekt może mieć dwa obrazy: jeden prawy i jeden lewy, które nie są zamienne; to znaczy, że różnią się przestrzennie, nawet jeśli reszta ich właściwości jest identyczna. Obiekt, który wykazuje chiralność, jest po prostu określany jako „chiralny”.

Prawa i lewa ręka są chiralne: jedna jest odbiciem (lustrzanym odbiciem) drugiej, ale nie są one takie same, ponieważ gdy są umieszczone jeden na drugim, ich kciuki nie pokrywają się. 

Bardziej niż lustro, aby wiedzieć, czy obiekt jest chiralny, należy zadać następujące pytanie: czy masz „wersje” zarówno po lewej, jak i po prawej stronie??

Na przykład jedno biurko leworęczne i jedno biurko praworęczne są przedmiotami chiralnymi; dwa pojazdy tego samego modelu, ale z kierownicą po lewej lub prawej stronie; parę butów, tak jak stopy; spiralne schody w lewo, we właściwym kierunku itp..

A w chemii cząsteczki nie są wyjątkiem: mogą być także chiralne. Obraz przedstawia parę cząsteczek o geometrii czworościennej. Nawet jeśli obrócisz jedną po lewej i dotkniesz niebieskich i fioletowych kulek, brązowe i zielone będą „wyglądać” z samolotu.

Indeks

  • 1 Czym jest chiralność??
  • 2 Przykłady chiralności
    • 2.1 Osiowy
    • 2.2 Planarny
    • 2.3 Inne
  • 3 referencje

Czym jest chiralność??

Z molekułami nie jest łatwo określić, która jest „wersja” w lewo lub w prawo, tylko patrząc na nie. W tym celu chemicy organiczni uciekają się do konfiguracji (R) lub (S) Cahna-Ingolda-Preloga lub do właściwości optycznych tych substancji chiralnych, aby obracać światło spolaryzowane (które jest również elementem chiralnym).

Jednak nie jest trudno określić, czy cząsteczka lub związek jest chiralny tylko patrząc na jego strukturę. Jaką uderzającą cechą jest para cząsteczek na obrazku powyżej?

Ma cztery różne podstawniki, każdy o własnym charakterystycznym kolorze, a także geometria wokół centralnego atomu jest czworościenna.

Jeśli w strukturze znajduje się atom z czterema różnymi podstawnikami, można stwierdzić (w większości przypadków), że cząsteczka jest chiralna.

Następnie mówi się, że w strukturze znajduje się centrum chiralności lub Centrum stereogeniczne. Tam, gdzie jest jeden, pojawi się para stereoizomerów znana jako enancjomery.

Dwie cząsteczki na obrazie są enancjomerami. Im większa liczba centrów chiralności, jaką posiada związek, tym większa jego różnorodność przestrzenna.

Centralny atom jest zwykle atomem węgla we wszystkich biomolekułach i związkach o aktywności farmakologicznej; jednak może to być również fosfor, azot lub metal.

Przykłady chiralności

Centrum chiralności jest prawdopodobnie jednym z najważniejszych elementów przy określaniu, czy związek jest chiralny, czy nie.

Istnieją jednak inne czynniki, które mogą pozostać niezauważone, ale w modelach 3D pozostawiają one dowód lustrzanego odbicia, które nie może się pokrywać.

Dla tych struktur mówi się, że zamiast centrum mają inne elementy chiralności. Mając to na uwadze, obecność asymetrycznego centrum z czterema podstawnikami nie jest już wystarczająca, ale reszta struktury musi być również dokładnie przeanalizowana; a więc być w stanie odróżnić jeden stereoizomer od drugiego.

Osiowy

Górny obraz pokazuje związki, które na pierwszy rzut oka mogą wyglądać płasko, ale tak naprawdę nie są. Po lewej stronie mamy ogólną strukturę aleno, gdzie R oznacza cztery różne podstawniki; a po prawej ogólna struktura związku bifenylowego.

Koniec, gdzie są R3 i R4 może być wizualizowany jako „płetwa” prostopadła do płaszczyzny, na której leży1 i R2.

Jeśli obserwator analizuje takie cząsteczki, ustawiając oko przed pierwszym wiązaniem węgla z R1 i R2 (dla aleno) zobaczysz R1 i R2 po lewej i prawej stronie oraz do R4 i R3 w górę iw dół.

Tak R3 i R4 pozostają stałe, ale się zmieniają1 w prawo i R2 po lewej stronie pojawi się kolejna „wersja przestrzenna”.

To tutaj obserwator może dojść do wniosku, że znalazł oś chiralności dla aleno; to samo dotyczy bifenylu, ale z pierścieniami aromatycznymi pomiędzy wizją.

Śruby pierścieniowe lub helikalne

Zauważ, że w poprzednim przykładzie oś chiralności leżała w szkielecie C = C = C, dla allenu, a w wiązaniu Ar-Ar, dla bifenylu.

Dla powyższych związków zwanych heptahelicenos (ponieważ mają siedem pierścieni), jaka jest ich oś chiralności? Odpowiedź jest podana na tym samym obrazku powyżej: oś Z, spirala.

Dlatego, aby odróżnić jeden enancjomer od drugiego, należy obserwować te cząsteczki z góry (najlepiej).

W ten sposób można sprecyzować, że heptaheliceno obraca się w sensie igieł zegara (lewa strona obrazu) lub w sensie przeciwnym do ruchu wskazówek zegara (prawa strona obrazu).

Planar

Załóżmy, że nie mamy już helicen, ale molekułę z nieplanarnymi pierścieniami; to znaczy, że jeden znajduje się powyżej lub poniżej drugiego (lub nie znajduje się w tej samej płaszczyźnie).

Tutaj chiralny charakter spoczywa nie tyle w pierścieniu, co w jego podstawnikach; to te definiują każdy z dwóch enancjomerów.

Na przykład w ferrocenie na powyższym obrazku pierścienie, które „kanapkują” atom Fe, nie zmieniają się; ale orientacja przestrzenna pierścienia z atomem azotu i -N (CH3)2.

Na obrazku grupa -N (CH3)2 wskazuje na lewo, ale w jego enancjomerze będzie wskazywał w prawo.

Inni

W przypadku makrocząsteczek lub tych o pojedynczych strukturach panorama zaczyna się upraszczać. Dlaczego? Ponieważ z jego modeli 3D można go postrzegać jako lot ptaka, jeśli są chiralne lub nie, tak jak obiekty w pierwszych przykładach.

Na przykład nanorurka węglowa może pokazywać wzory zwojów w lewo, a zatem jest chiralna, jeśli jest identyczna, ale z zakrętami w prawo.

To samo dzieje się z innymi strukturami, w których pomimo braku centrów chiralności, układ przestrzenny wszystkich atomów może przyjąć formy chiralne.

Mówi się wtedy o wrodzonej chiralności, która nie zależy od atomu, ale od całego zestawu.

Chemicznie wymuszony sposób różnicowania „lewego obrazu” od tego z prawej strony polega na reakcji stereoselektywnej; to znaczy ten, w którym może przejść tylko jeden enancjomer, a drugi nie.

Referencje

  1. Carey F. (2008). Chemia organiczna (Szósta edycja). Mc Graw Hill.
  2. Wikipedia. (2018). Chiralność (chemia). Źródło: en.wikipedia.org
  3. Advameg, Inc. (2018). Chiralność. Źródło: chemistryexplained.com
  4. Steven A. Hardinger i Harcourt Brace & Company. (2000). Stereochemia: Określanie chiralności molekularnej. Źródło: chem.ucla.edu
  5. Uniwersytet Harvarda. (2018). Chiralność molekularna. Źródło: rowland.harvard.edu
  6. Oregon State University. (14 lipca 2009). Chiralność: obiekty chiralne i achiralne. Źródło: science.oregonstate.edu