Chirality σε αυτό που αποτελείται και παραδείγματα

Το chirality είναι μια γεωμετρική ιδιότητα στην οποία ένα αντικείμενο μπορεί να έχει δύο εικόνες: μία δεξιά και μία αριστερά, τα οποία δεν είναι εναλλάξιμα. δηλαδή, είναι χωρικά διαφορετικές, ακόμη και αν οι υπόλοιπες ιδιότητες τους είναι ίδιες. Ένα αντικείμενο που παρουσιάζει χειραλότητα απλά λέγεται ότι είναι «χειραλικός».

Δεξιά και αριστερά χέρια είναι ασύμμετρες: το ένα είναι η αντανάκλαση (mirror image) του άλλου, αλλά δεν είναι ίσοι, και πως βάζοντας το ένα πάνω στο άλλο δεν ταιριάζει με τους αντίχειρές σας. 

Πάνω από έναν καθρέφτη, για να μάθουμε αν ένα αντικείμενο είναι χειρόμορφο, πρέπει να τεθεί το ακόλουθο ερώτημα: έχετε "εκδόσεις" τόσο για την αριστερή όσο και για τη δεξιά πλευρά;?

Για παράδειγμα, ένα γραφείο αριστερού χεριού και ένα γραφείο δεξιού χεριού είναι χειραλικά αντικείμενα. δύο οχήματα του ίδιου μοντέλου αλλά με το τιμόνι αριστερά ή δεξιά. ένα ζευγάρι παπούτσια, ακριβώς όπως τα πόδια? σπειροειδείς σκάλες στην αριστερή κατεύθυνση και προς τη σωστή κατεύθυνση κλπ..

Και στα μόρια χημείας δεν είναι η εξαίρεση: μπορούν επίσης να είναι χειρόμορφες. Η εικόνα δείχνει ένα ζεύγος μορίων με τετραεδρική γεωμετρία. Αν και γυρίστε το αριστερό και αγγίζουν οι σφαίρες γίνει μπλε και μοβ, το καφέ και το πράσινο «εξετάσουμε» έξω από το αεροπλάνο.

Ευρετήριο

• 1 Ποια είναι η chirality;?
• 2 Παραδείγματα χειρομορφίας
  • 2.1 Αξονική
  • 2.2 Planar
  • 2.3 Άλλο
• 3 Αναφορές

Ποια είναι η χειραλότητα;?

Με τα μόρια δεν είναι τόσο εύκολο να καθορίσουμε ποια είναι η "εκδοχή" αριστερά ή δεξιά ακριβώς κοιτάζοντας τα. Σε αυτό οργανικές χημικές ουσίες βασίζονται σε διαμορφώσεις (R) ή (S) Cahn-Ingold-Prelog, ή οπτική ιδιότητα αυτών των χηλικών ουσιών περιστρέφουν το πολωμένο φως (η οποία είναι επίσης ένα χειρόμορφο στοιχείο).

Ωστόσο, δεν είναι δύσκολο να προσδιοριστεί εάν ένα μόριο ή μια ένωση είναι χειρόμορφη απλά κοιτάζοντας τη δομή της. Ποια εντυπωσιακή ιδιαιτερότητα έχει το ζεύγος μορίων στην παραπάνω εικόνα?

Έχει τέσσερις διαφορετικούς υποκαταστάτες, ο καθένας με το δικό του χαρακτηριστικό χρώμα, και επίσης η γεωμετρία γύρω από το κεντρικό άτομο είναι τετραεδρική.

Εάν σε μια δομή υπάρχει ένα άτομο με τέσσερις διαφορετικούς υποκαταστάτες, μπορεί να δηλωθεί (στις περισσότερες περιπτώσεις) ότι το μόριο είναι χειρόμορφο.

Στη συνέχεια λέγεται ότι στη δομή υπάρχει ένα κέντρο χειραλότητας ή Στερεογονικό κέντρο. Όπου υπάρχει ένα, θα υπάρχει ένα ζεύγος στερεοϊσομερών γνωστό ως εναντιομερή.

Τα δύο μόρια στην εικόνα είναι εναντιομερή. Όσο μεγαλύτερος είναι ο αριθμός των κέντρων χηλικοτήτων που διαθέτει μια ένωση, τόσο μεγαλύτερη είναι η χωρική ποικιλομορφία της.

Το κεντρικό άτομο είναι συνήθως ένα άτομο άνθρακα σε όλα τα βιομόρια και στις ενώσεις με φαρμακολογική δράση. Ωστόσο, μπορεί επίσης να είναι ένα φωσφόρο, ένα άζωτο ή ένα μέταλλο.

Παραδείγματα χειρικότητας

Το κέντρο της χειρομορφίας είναι ίσως ένα από τα πιο σημαντικά στοιχεία για να καθοριστεί αν μια ένωση είναι χειρόμορφη ή όχι.

Ωστόσο, υπάρχουν και άλλοι παράγοντες που μπορεί να παραβούν απαρατήρητοι, αλλά σε τρισδιάστατα μοντέλα, αφήνουν υπόδειξη μια κατοπτρική εικόνα που δεν μπορεί να επικαλύπτεται.

Για τις δομές αυτές λέγεται τότε ότι αντί για κέντρο έχουν άλλα στοιχεία χειραλότητας. Έχοντας αυτό υπόψη, η παρουσία ενός ασύμμετρου κέντρου με τέσσερις υποκαταστάτες δεν είναι πλέον αρκετή, αλλά και η υπόλοιπη δομή πρέπει επίσης να αναλυθεί προσεκτικά. και έτσι να είναι σε θέση να διαφοροποιήσει ένα στερεοϊσομερές από το άλλο.

Αξονική

Η επάνω εικόνα δείχνει ενώσεις που μπορεί να φαίνονται επίπεδες με την πρώτη ματιά, αλλά πραγματικά δεν είναι. Από αριστερά έχουμε την γενική δομή ενός aleno, όπου R υποδηλώνει τους τέσσερις διαφορετικούς υποκαταστάτες. και στα δεξιά, η γενική δομή μιας διφαινυλικής ένωσης.

Το τέλος όπου είναι R₃ και R₄ θα μπορούσαν να εμφανιστούν ως "πτερύγια" κάθετα στο επίπεδο όπου βρίσκονται₁ και R₂.

Εάν ένας παρατηρητής αναλύσει τέτοια μόρια τοποθετώντας το μάτι μπροστά από τον πρώτο άνθρακα που δεσμεύεται στο R₁ και R₂ (για το aleno), θα δείτε το R₁ και R₂ στην αριστερή και τη δεξιά πλευρά και στο R₄ και R₃ πάνω και κάτω.

Ναι R₃ και R₄ παραμένουν σταθεροί αλλά αλλάζουν₁ δεξιά, και R₂ στα αριστερά, θα υπάρξει μια άλλη "χωρική έκδοση".

Εδώ ο παρατηρητής μπορεί να καταλήξει στο συμπέρασμα ότι βρήκε έναν άξονα χειραλότητας για τον άλενο. το ίδιο ισχύει και για το διφαινύλιο, αλλά με τους αρωματικούς δακτυλίους ανάμεσα στο όραμα.

Βίδες δακτυλίου ή ελικοειδής

Σημειώστε ότι στο παραπάνω παράδειγμα ο άξονας χειρομορφίας που βρίσκεται στο C = C = C, σκελετός για αλλένιο, και ο δεσμός Ar-Ar, για διφαινύλιο.

Για τις παραπάνω ενώσεις που ονομάζονται επταελικένιοι (επειδή έχουν επτά δακτυλίους), ποιος είναι ο άξονάς τους της χειραλότητας; Η απάντηση δίνεται στην ίδια εικόνα παραπάνω: ο άξονας Ζ, η έλικα.

Επομένως, για να διακρίνεται ένα εναντιομερές από το άλλο, κάποιος πρέπει να παρατηρεί αυτά τα μόρια από τα παραπάνω (κατά προτίμηση).

Έτσι, μπορεί να αναφέρονται λεπτομερώς μια heptaheliceno αίσθηση περιστρέφεται δεξιόστροφα (αριστερά της εικόνας) ή αριστερόστροφα (δεξιά πλευρά της εικόνας).

Planar

Ας υποθέσουμε ότι δεν έχουμε πλέον μια ελικοειδή, αλλά ένα μόριο με μη διπλό δακτυλίους. δηλαδή, βρίσκεται πάνω ή κάτω από το άλλο (ή δεν βρίσκονται στο ίδιο επίπεδο).

Εδώ ο χειραλικός χαρακτήρας δεν έγκειται τόσο στον δακτύλιο, αλλά στους υποκαταστάτες του. αυτές είναι εκείνες που ορίζουν κάθε ένα από τα δύο εναντιομερή.

Για παράδειγμα, στο σιδηροκενένιο στην παραπάνω εικόνα, οι δακτύλιοι που "σάντουιτς" το άτομο Fe δεν αλλάζουν. αλλά ο χωροταξικός προσανατολισμός του δακτυλίου με το άτομο αζώτου και το -N (CH₃)₂.

Στην εικόνα η ομάδα -Ν (CH₃)₂ δείχνει προς τα αριστερά, αλλά στο εναντιομερές του θα δείχνει προς τα δεξιά.

Άλλοι

Για τα μακρομόρια ή εκείνα με μοναδικές δομές, το πανόραμα αρχίζει να απλοποιείται. Γιατί; Επειδή από τα τρισδιάστατα μοντέλα της μπορεί να θεωρηθεί ως πτητική πτήση εάν είναι χειρόμορφη ή όχι, όπως τα αντικείμενα στα αρχικά παραδείγματα.

Για παράδειγμα, ένας νανοσωλήνων άνθρακα μπορεί να δείξει μοτίβα στρέφεται προς τα αριστερά, και ως εκ τούτου είναι χειρόμορφο αν κάποιος είναι όμοια αλλά με το δεξί στροφές.

Το ίδιο συμβαίνει και με άλλες δομές όπου, παρόλο που δεν υπάρχουν κέντρα χειραγωγικότητας, η χωρική διάταξη όλων των ατόμων μπορεί να υιοθετήσει χειρομορφικές μορφές.

Κάποιος μιλά τότε για μια εγγενή χειρομορφία, που δεν εξαρτάται από ένα άτομο, αλλά από το σύνολο.

Ένας χημικώς ισχυρός τρόπος διαφοροποίησης της "αριστεράς εικόνας" από εκείνη της δεξιάς είναι μέσω μιας στερεοεκλεκτικής αντίδρασης. δηλαδή, εκείνο όπου μπορεί να περάσει μόνο ένα εναντιομερές, ενώ το άλλο όχι.

Αναφορές

1. Carey F. (2008). Οργανική Χημεία (Έκτη έκδοση). Mc Graw Hill.
2. Wikipedia. (2018). Χειρότητα (χημεία). Ανακτήθηκε από: en.wikipedia.org
3. Advameg, Inc. (2018). Χειρότητα. Ανακτήθηκε από: chemistryexplained.com
4. Steven A. Hardinger και Harcourt Brace & Company. (2000). Στερεοχημεία: Προσδιορισμός Μοριακής Χειρικότητας. Ανακτήθηκε από: chem.ucla.edu
5. Πανεπιστήμιο του Χάρβαρντ. (2018). Μοριακή χυρότητα. Ανακτήθηκε από: rowland.harvard.edu
6. Πανεπιστήμιο του Όρεγκον. (14 Ιουλίου 2009). Χειρικότητα: Χειρικά και Αχικά αντικείμενα. Ανακτήθηκε από: science.oregonstate.edu