Kiralnost je geometrijska lastnost, da so lahko predmet dve sliki: eno pravico in eno levo, ki niso medsebojno zamenljiva; so torej prostorsko različni, čeprav so ostale lastnosti enake. Predmetu, ki ima hiralnost, preprosto rečemo, da je "kiralni".
Desna in leva roka sta kiralni: ena je odsev (zrcalna slika) druge, vendar nista enaki, saj pri postavitvi ene na drugo drugo palca ne sovpadata.
Vir: Gabriel Bolívar
Bolj kot ogledalo, če želite vedeti, ali je predmet kiralno, se mora postaviti naslednje vprašanje: ali ima „različice“ za levo in desno stran?
Na primer levičnica in desničarka sta kiralni predmeti; dve vozili istega modela, vendar z volanom na levi ali desni; par čevljev, pa tudi stopala; spiralne stopnice v levo smer, v desno smer itd.
In v kemiji molekule niso izjema: lahko so tudi kiralne. Slika prikazuje par molekul s tetraedrsko geometrijo. Tudi če je levo obrnjeno in se modra in vijolična krogla dotakne, bo rjava in zelena krogla "videti" iz ravnine.
Kaj je kiralnost?
Z molekulami ni tako enostavno določiti, katera je leva ali desna "različica", samo če jih pogledamo. V ta namen se organski kemiki zatekajo v konfiguracije Cahn-Ingold-Prelog (R) ali (S) ali v optično lastnost teh kiralnih snovi vrtijo polarizirano svetlobo (ki je tudi kiralni element).
Vendar ni težko ugotoviti, ali je molekula ali spojina kiralna samo s pogledom na njeno strukturo. Kaj je presenetljiva lastnost molekul na zgornji sliki?
Ima štiri različne substituente, vsak s svojo značilno barvo, prav tako je geometrija okoli osrednjega atoma tetraedrska.
Če je v strukturi atom s štirimi različnimi substituenti, lahko trdimo (v večini primerov), da je molekula kiralna.
Potem se reče, da je v strukturi središče kiralnosti ali stereogeni center. Kjer obstaja, bo na voljo par stereoizomerov, znanih kot enantiomeri.
Dve molekuli na sliki sta enantiomeri. Večje kot je število kiralnih centrov, ki jih ima spojina, večja je njena prostorska raznolikost.
Osrednji atom je na splošno ogljikov atom v vseh biomolekulah in spojinah s farmakološkim delovanjem; vendar je lahko tudi fosfor, dušik ali kovina.
Primeri kiralnosti
Središče kiralnosti je morda eden najpomembnejših elementov pri ugotavljanju, ali je spojina kiralna ali ne.
Vendar obstajajo drugi dejavniki, ki utegnejo biti neopaženi, vendar v 3D modelih razkrijejo zrcalno sliko, ki je ni mogoče pripisati.
Za te strukture se potem reče, da imajo namesto središča druge elemente kiralnosti. Glede na to prisotnost asimetričnega centra s štirimi substituenti ni več dovolj, vendar je treba tudi skrbno analizirati preostalo strukturo; in tako lahko ločimo en stereoizomer od drugega.
Aksialni
Vir: Jü, z Wikimedia Commons
Spojine, prikazane na zgornji sliki, se lahko zdijo s prostim očesom, v resnici pa niso. Levo je splošna struktura alena, kjer R označuje štiri različne substituente; in desno, splošno strukturo bifenilne spojine.
Končni kjer je R 3 in R 4 srečata lahko vizualizirajo kot "fin" pravokotna na ravnino, v kateri je R 1 in R 2 lie .
Če opazovalec analizira take molekule s pozicioniranjem oči pred prvo ogljika vezan na R 1 in R 2 (za allene), se vidijo R 1 in R 2 na levi in desni strani in R 4 in R 3 zgoraj in spodaj.
Če je R 3 in R 4 ostati fiksna, ampak R 1 je premaknilo v desno, in R 2 v levo, nato pa bomo imeli še eno "prostorsko različico".
Tu lahko opazovalec sklene, da je našel os kiralnosti za alene; enako velja za bifenil, vendar z aromatičnimi obroči, ki sodelujejo pri vidu.
Ring vijaki ali vijačnost
Vir: Sponk, z Wikimedia Commons
Upoštevajte, da je v prejšnjem primeru os kiralnosti ležala v okostju C = C = C, za alene in v vezi Ar-Ar za bifenilom.
Kakšna je njihova os kiralnosti za zgoraj navedene spojine, imenovane heptahelceni (ker imajo sedem obročev)? Odgovor je podan na isti sliki zgoraj: os Z, osi propelerja.
Zato lahko zaznate en enantiomer od drugega, zato morate te molekule pogledati od zgoraj (po možnosti).
Na ta način je mogoče natančno določiti, da se heptahelicen vrti v smeri urinega kazalca (leva stran slike) ali v nasprotni smeri urinega kazalca (desna stran slike).
Planarno
Recimo, da nimate več helikona, ampak molekule z nekoplanarnimi obroči; to pomeni, da je eden nameščen nad ali pod drugim (ali niso na isti ravnini).
Tu kiralni lik ne počiva toliko na obroču, temveč na njegovih nadomestkih; prav ti definirajo vsakega od obeh enantiomerov.
Vir: Anypodetos, avtor izvirne datoteke PNG: EdChem, iz Wikimedia Commons
Na primer, v ferocenu na zgornji sliki se obročki, ki "sendviči" atom Fe, ne spremenijo; vendar prostorska orientacija obroč z atomom dušika in skupino -N (CH 3 ) 2 ne .
Na sliki je skupina -N (CH 3 ) 2 kaže na levi strani, vendar v svoji enantiomera bo kazala na desno.
Drugi
Pri makromolekulah ali tistih s singularnimi strukturami se slika začne poenostavljati. Zakaj? Ker je iz njihovih 3D modelov razvidno iz ptičje perspektive, če so kiralne ali ne, kot se zgodi s predmeti v začetnih primerih.
Na primer, ogljikova nanocevka lahko prikazuje vzorce zavojev v levo, zato je kiralna, če obstaja enaka, vendar z zavoji na desno.
Enako se dogaja z drugimi strukturami, pri katerih lahko prostorska razporeditev vseh njihovih atomov, čeprav nima centrov kiralnosti, prevzame kiralne oblike.
Nato govorimo o prirojeni kiralnosti, ki ni odvisna od atoma, ampak od celote.
Kemično močan način razlikovanja "leve slike" od desne je skozi stereoselektivno reakcijo; to je tista, kjer se lahko pojavi samo z enim enantiomerom, medtem ko ne z drugim.
Reference
- Carey F. (2008). Organska kemija. (Šesta izdaja). Mc Graw Hill.
- Wikipedija. (2018). Kiralnost (kemija). Pridobljeno: en.wikipedia.org
- Advameg, Inc. (2018). Kiralnost. Pridobljeno: chemistryexplained.com
- Steven A. Hardinger in Harcourt Brace & Company. (2000). Stereokemija: Določanje molekularne hiralnosti. Pridobljeno: chem.ucla.edu
- Univerza Harvard. (2018). Molekularna hiralnost. Pridobljeno iz: rowland.harvard.edu
- Oregon State University. (14. julij 2009). Kiralnost: kiralni in ahiralni predmeti. Pridobljeno iz: science.oregonstate.edu