Den chiralitet er en geometrisk egenskap at et objekt kan ha to bilder: en høyre og en venstre, som ikke kan byttes om; det vil si at de er romlig forskjellige, selv om resten av egenskapene er identiske. Et objekt som viser kiralitet, sies ganske enkelt å være 'chiral'.
Den høyre og venstre hånden er kiral: den ene er refleksjonen (speilbildet) av den andre, men de er ikke de samme, for når du plasserer den ene oppå den andre, sammenfaller ikke tommelen.
Kilde: Gabriel Bolívar
Mer enn et speil, for å vite om et objekt er chiralt, må følgende spørsmål stilles: har det "versjoner" for både venstre og høyre side?
For eksempel er et venstrehåndsskrivebord og en høyrehendt et kiralt objekt; to kjøretøyer av samme modell, men med rattet til venstre eller høyre; et par sko, så vel som føtter; spiraltrapper i venstre retning, og i riktig retning, etc.
Og innen kjemi er molekyler ikke noe unntak: de kan også være kirale. Bildet viser et par molekyler med tetraedrisk geometri. Selv om den til venstre blir snudd og de blå og lilla kulene blir berørt, vil de brune og grønne kulene "se" ut av planet.
Hva er kiralitet?
Med molekyler er det ikke så lett å definere hvilken som er den venstre eller høyre "versjonen" bare ved å se på dem. For dette tyr organiske kjemikere til Cahn-Ingold-Prelog (R) eller (S) -konfigurasjonene, eller den optiske egenskapen til disse chirale stoffene for å rotere polarisert lys (som også er et chiralt element).
Det er imidlertid ikke vanskelig å bestemme om et molekyl eller en forbindelse er chiral bare ved å se på strukturen. Hva er det slående trekk ved paret molekyler på bildet over?
Den har fire forskjellige substituenter, hver med sin egen karakteristiske farge, og også geometrien rundt det sentrale atomet er tetraedrisk.
Hvis det i en struktur er et atom med fire forskjellige substituenter, kan det anføres (i de fleste tilfeller) at molekylet er chiralt.
Så sies det at i strukturen er det et sentrum for kiralitet eller stereogent sentrum. Der det er en, vil det være et par stereoisomerer kjent som enantiomerer.
De to molekylene i bildet er enantiomerer. Jo større antall kirale sentre som en forbindelse har, jo større er det romlige mangfoldet.
Det sentrale atomet er generelt et karbonatom i alle biomolekyler og forbindelser med farmakologisk aktivitet; det kan imidlertid også være et fosfor, nitrogen eller et metall.
Eksempler på kiralitet
Sentrum for kiralitet er kanskje et av de viktigste elementene for å avgjøre om en forbindelse er kiral eller ikke.
Imidlertid er det andre faktorer som kan gå upåaktet hen, men i 3D-modeller avslører de et speilbilde som ikke kan legges over hverandre.
For disse strukturene sies det da at i stedet for sentrum har de andre elementer av kiralitet. Med dette i bakhodet er tilstedeværelsen av et asymmetrisk senter med fire substituenter ikke lenger nok, men resten av strukturen må også analyseres nøye; og dermed kunne skille en stereoisomer fra en annen.
Axial
Kilde: Jü, fra Wikimedia Commons
Forbindelser vist på bildet over kan virke flatt for det blotte øye, men det er de virkelig ikke. Til venstre er den generelle strukturen til en allen, der R betegner de fire forskjellige substituentene; og til høyre den generelle strukturen til en bifenylforbindelse.
Ende hvor R 3 og R 4 møtes kan visualiseres som en "fin" vinkelrett på planet hvor R 1 og R 2 ligge .
Dersom en betrakter analyser slike molekyler ved å plassere øyet foran det første karbonatomet som er bundet til R 1 og R 2 (for allen), vil han se R 1 og R 2 til venstre og høyre side, og R 4 og R 3 på toppen og bunnen.
Hvis R 3 og R 4 ligge fast, men R 1 er forskjøvet til høyre og R 2 til venstre, så vil vi ha en annen “romlig versjon”.
Det er her observatøren da kan konkludere med at han fant en chiralitetsakse for allene; det samme gjelder bifenyl, men med de aromatiske ringene som er involvert i synet.
Ringskruer eller helisitet
Kilde: Sponk, fra Wikimedia Commons
Legg merke til at i forrige eksempel lå chiralitetsaksen i C = C = C-skjelettet, for allene og i Ar-Ar-bindingen, for bifenyl.
For forbindelsene ovenfor kalt heptahelcenes (fordi de har syv ringer), hva er chiralitetsaksen? Svaret er gitt i det samme bildet over: Z-aksen, propellen.
Derfor, for å skille en enantiomer fra en annen, må du se på disse molekylene ovenfra (helst).
På denne måten kan det detaljeres at en heptahelicene roterer med klokken (venstre side av bildet), eller mot klokken (høyre side av bildet).
Planar
Anta at du ikke lenger har en helikopter, men et molekyl med ikke-koplanære ringer; det vil si at den ene befinner seg over eller under den andre (eller de er ikke i samme plan).
Her hviler ikke den chirale karakteren så mye på ringen, men på dens substituenter; det er disse som definerer hver av de to enantiomerene.
Kilde: Anypodetos, forfatter av den originale PNG-filen: EdChem, fra Wikimedia Commons
For eksempel, i ferrocen i det øvre bildet, endrer ikke ringene som "sandwich" Fe-atomet; men den romlige orientering av ringen med nitrogenatomet og gruppen -N (CH 3 ) 2 gjør .
På bildet peker gruppen -N (CH 3 ) 2 mot venstre, men i sin enantiomer vil den peke til høyre.
andre
For makromolekyler eller de med entallstrukturer, begynner bildet å forenkles. Hvorfor? Fordi det fra 3D-modellene deres kan sees fra fugleperspektivet om de er chirale eller ikke, som det skjer med gjenstandene i de første eksemplene.
For eksempel kan en karbon nanorør vise mønstre av svinger til venstre, og derfor er det kiralt hvis det er en identisk, men med svinger til høyre.
Det samme skjer med andre strukturer der, til tross for at de ikke har senter for chiralitet, den romlige ordningen av alle deres atomer kan ta kirale former.
Vi snakker da om en iboende kiralitet, som ikke er avhengig av et atom, men i det store og hele.
En kjemisk kraftfull måte å differensiere det "venstre bildet" fra høyre er gjennom en stereoselektiv reaksjon; det vil si en der den bare kan forekomme med en enantiomer, mens ikke med den andre.
referanser
- Carey F. (2008). Organisk kjemi. (Sjette utgave). Mc Graw Hill.
- Wikipedia. (2018). Kiralitet (kjemi). Gjenopprettet fra: en.wikipedia.org
- Advameg, Inc. (2018). Kiralitet. Gjenopprettet fra: chemistryexplained.com
- Steven A. Hardinger og Harcourt Brace & Company. (2000). Stereokjemi: Bestemmelse av molekylær chiralitet. Gjenopprettet fra: chem.ucla.edu
- Harvard University. (2018). Molekylær kiralitet. Gjenopprettet fra: rowland.harvard.edu
- Oregon State University. (14. juli 2009). Chirality: Chiral & Achiral Objects. Gjenopprettet fra: science.oregonstate.edu