- Mikä on kiraalisuus?
- Esimerkkejä kiraalisuudesta
- aksiaalinen
- Rengasruuvit tai Helicity
- tasomainen
- toiset
- Viitteet
Chirality on geometrinen ominaisuus, että kohde voi olla kaksi kuvaa: yksi oikea ja yksi vasemmalle, jotka eivät ole vaihdettavissa keskenään; ts. ne ovat alueellisesti erilaisia, vaikka niiden muut ominaisuudet ovat identtiset. Koraalia osoittavan esineen sanotaan yksinkertaisesti olevan "kiraalinen".
Oikea ja vasen käsi ovat kiraalisia: yksi on toisen heijastus (peilikuva), mutta ne eivät ole samoja, koska asetettaessa toiset päälle heidän peukalonsa eivät ole samat.
Lähde: Gabriel Bolívar
Ennen kuin peili tietääksesi onko esine kiraalinen, on kysyttävä seuraavaa: Onko sillä “versioita” sekä vasemmalle että oikealle puolelle?
Esimerkiksi vasen käsi ja oikea käsi ovat kiraalisia esineitä; kaksi saman mallin ajoneuvoa, joissa ohjauspyörä vasemmalla tai oikealla puolella; kengät ja jalat; kierreportaat vasempaan ja oikeaan suuntaan jne.
Ja kemiassa molekyylit eivät ole poikkeus: ne voivat olla myös kiraalisia. Kuvassa on pari molekyylejä, joilla on tetraedrinen geometria. Vaikka vasemmalla oleva käännetäänkin ja siniset ja violetit pallot saadaan koskettamaan, ruskeat ja vihreät pallot “näyttävät” tasolta.
Mikä on kiraalisuus?
Molekyyleillä ei ole niin helppoa määritellä, mikä on vasen tai oikea "versio", vain katsomalla niitä. Tätä orgaanista kemiaa käyttävät Cahn-Ingold-Prelog (R) - tai (S) -konfiguraatiot tai näiden kiraalisten aineiden optinen ominaisuus kiertää polarisoitunutta valoa (joka on myös kiraalinen elementti).
Ei ole kuitenkaan vaikea määrittää onko molekyyli tai yhdiste kiraali pelkästään tarkastelemalla sen rakennetta. Mikä on yllä olevan kuvan molekyyliparin silmiinpistävä piirre?
Siinä on neljä erilaista substituenttia, jokaisella on oma ominainen väri, ja myös keskiatomin ympärillä oleva geometria on tetraedric.
Jos rakenteessa on atomi, jolla on neljä erilaista substituenttia, voidaan sanoa (useimmissa tapauksissa), että molekyyli on kiraalinen.
Sitten sanotaan, että rakenteessa on kiraalisuuden keskus tai stereogeeninen keskus. Missä on yksi, siellä on pari stereoisomeerejä, joita kutsutaan enantiomeereiksi.
Kuvan kaksi molekyyliä ovat enantiomeerejä. Mitä suurempi on yhdisteen kiraalikeskusten lukumäärä, sitä suurempi on sen alueellinen monimuotoisuus.
Keskusatomi on yleensä hiiliatomi kaikissa biomolekyyleissä ja yhdisteissä, joilla on farmakologista aktiivisuutta; se voi kuitenkin olla myös fosfori, typpi tai metalli.
Esimerkkejä kiraalisuudesta
Kiraalisuuden keskipiste on ehkä yksi tärkeimmistä elementeistä määritettäessä, onko yhdiste kiraali vai ei.
On kuitenkin muita tekijöitä, jotka saattavat jäädä huomaamatta, mutta 3D-malleissa ne paljastavat peilikuvan, jota ei voida päällekkäin asettaa.
Näille rakenteille sanotaan sitten, että keskuksen sijasta niillä on muita kiraalisuuden elementtejä. Tätä ajatellen asymmetrisen keskuksen, jossa on neljä substituenttia, läsnäolo ei enää riitä, mutta myös muu rakenne on analysoitava huolellisesti; ja siten kyetä erottelemaan yksi stereoisomeeri toisesta.
aksiaalinen
Lähde: Jü, Wikimedia Commonsista
Yllä olevassa kuvassa esitetyt yhdisteet saattavat näyttää tasaisilta silmiltä, mutta ne eivät todellakaan ole. Vasemmalla on alleenin yleinen rakenne, jossa R tarkoittaa neljää eri substituenttia; ja oikealla bifenyyliyhdisteen yleinen rakenne.
Siinä päässä, jossa R 3 ja R 4 kohtaavat voidaan visualisoida "fin" kohtisuorassa, jossa R 1 ja R 2 sijaitsevat.
Jos tarkkailija analysoi tällaiset molekyylit sijoittamalla silmän edessä ensimmäisen hiilen kiinnittynyt R 1 ja R 2 (ja alleeni), hän näkee R 1 ja R 2 on vasemmalla ja oikealla puolella, ja R 4 ja R 3 on ylhäältä ja alhaalta.
Jos R 3 ja R 4 pysyvät paikoillaan, mutta R 1 on siirtynyt oikealle, ja R 2 vasemmalle, niin meillä on uusi ”spatiaalinen versio”.
Täältä tarkkailija voi sitten päätellä, että hän löysi alleelin kiraalisuuden akselin; sama pätee bifenyyliin, mutta aromaattisissa renkaissa, jotka osallistuvat visioon.
Rengasruuvit tai Helicity
Lähde: Sponk, Wikimedia Commonsista
Huomaa, että edellisessä esimerkissä kiraalisuusakseli oli alleenin C = C = C-luurankossa ja bifenyylin Ar-Ar-sidoksessa.
Mikä on niiden yhdisteiden kiraalisuusakseli, joita kutsutaan yllä heptahelceneiksi (koska heillä on seitsemän rengasta)? Vastaus annetaan samassa kuvassa yllä: potkurin Z-akseli.
Siksi, jotta erotettaisiin yksi enantiomeeri toisesta, sinun on tarkasteltava näitä molekyylejä ylhäältä (mieluiten).
Tällä tavalla voi olla yksityiskohtaista, että heptahelicene pyörii myötäpäivään (kuvan vasen puoli) tai vastapäivään (kuvan oikea puoli).
tasomainen
Oletetaan, että sinulla ei enää ole heliceniä, vaan molekyyli, jossa on ei-tasomaiset renkaat; eli yksi sijaitsee toisen yläpuolella tai alapuolella (tai ne eivät ole samassa tasossa).
Tässä kiraali merkki ei lepää niin paljon renkaassa, vaan sen substituenteissa; juuri nämä määrittelevät molemmat enantiomeerit.
Lähde: Anypodetos, alkuperäisen PNG-tiedoston kirjoittaja: EdChem, Wikimedia Commonsista
Esimerkiksi ylemmän kuvan ferroseenissä renkaat, jotka "kerrostavat" Fe-atomia, eivät muutu; mutta avaruudellinen suuntautuminen renkaan typpiatomin kanssa, ja ryhmää -N (CH 3) 2 tekee.
Kuvan ryhmä -N (CH 3) 2 pistettä vasemmalle, mutta sen enantiomeerin se osoittaa oikealle.
toiset
Makromolekyylien tai yksittäisten rakenteiden kanssa kuva alkaa yksinkertaistua. Miksi? Koska heidän 3D-malleistaan voidaan nähdä lintuperspektiivistä, ovatko ne kiraalisia tai eivät, kuten alkuperäisissä esimerkeissä tapahtuu.
Esimerkiksi hiilinanoputkessa voi näkyä käännöksiä vasemmalle, ja siksi on kiraalista, jos samanlainen on, mutta kääntyy oikealle.
Sama tapahtuu muissa rakenteissa, joissa huolimatta siitä, että niillä ei ole kiraalisuuskeskuksia, niiden kaikkien atomien tilallinen järjestely voi olla kiraalimuotoinen.
Puhumme silloin luontaisesta kiraalisuudesta, joka ei riipu atomista, vaan kokonaisuudesta.
Kemiallisesti voimakas tapa erottaa "vasen kuva" oikeasta on stereoselektiivisen reaktion avulla; ts. sellainen, jossa se voi esiintyä vain yhdellä enantiomeerillä, kun taas ei toisella.
Viitteet
- Carey F. (2008). Orgaaninen kemia. (Kuudes painos). Mc Graw Hill.
- Wikipedia. (2018). Kiraalisuus (kemia). Palautettu osoitteesta: en.wikipedia.org
- Advameg, Inc. (2018). Kiraalisuus. Palautettu osoitteesta: chemistryexplained.com
- Steven A. Hardinger ja Harcourt Brace & Company. (2000). Stereokemia: Molekyylin kiralisuuden määrittäminen. Palautettu: chem.ucla.edu
- Harvardin yliopisto. (2018). Molekulaarinen kiraalisuus. Palautettu osoitteesta rowland.harvard.edu
- Oregonin osavaltion yliopisto. (14. heinäkuuta 2009). Kiraalisuus: Kiraaliset ja kirkkaat esineet. Palautettu osoitteesta: science.oregonstate.edu