ENANCJOMERY: CHARAKTERYSTYKA, WŁAŚCIWOŚCI I PRZYKŁADY - CHEMIA - 2026

Te enancjomery, to te pary (nieorganicznych), związki organiczne, składające się z dwóch obrazów lustrzane nie nakładają się jedna na drugiej. Gdy dzieje się odwrotnie - na przykład w przypadku piłki, kija golfowego czy widelca - mówi się, że są to obiekty achiralne.

Termin chiralność został wymyślony przez Williama Thomsona (Lord Kelvin), który zdefiniował, że obiekt jest chiralny, jeśli nie można go nałożyć na swoje lustrzane odbicie. Na przykład dłonie są elementami chiralnymi, ponieważ odbicie lewej ręki, nawet jeśli się obróci, nigdy nie zbiegnie się z oryginałem.

Jednym ze sposobów na zademonstrowanie tego jest umieszczenie prawej ręki nad lewą i stwierdzenie, że jedyne palce, które zachodzą na siebie, to środek. W rzeczywistości słowo chiralne wywodzi się od greckiego słowa cheir, które oznacza „rękę”.

W przypadku rozwidlenia na górnym obrazie, gdyby jego odbicie było odwrócone, idealnie pasowałoby pod oryginał, co przekłada się na przedmiot achiralny.

Asymetryczny węgiel

Jaki kształt geometryczny musi mieć zbiór atomów, aby uznać go za chiralny? Odpowiedź jest czworościenna; to znaczy, że dla związku organicznego atom węgla musi mieć wokół siebie tetraedryczny układ. Jednakże, chociaż dotyczy to większości związków, nie zawsze tak jest.

Aby ten hipotetyczny związek CW ₄ był chiralny, wszystkie podstawniki muszą być różne. Gdyby tak nie było, odbicie czworościanu mogłoby nałożyć się po kilku obrotach.

Zatem związek C (ABCD) jest chiralny. Kiedy to nastąpi, atom węgla przyłączony do czterech różnych podstawników jest znany jako węgiel asymetryczny (lub węgiel stereogeniczny). Kiedy ten węgiel jest „oglądany” w lustrze, jego odbicie i to tworzy parę enancjomeryczną.

Na górnym obrazie zilustrowano trzy pary enancjomeryczne związku C (ABCD). Biorąc pod uwagę tylko pierwszą parę, jej odbicia nie można nałożyć, ponieważ podczas odwracania pokrywają się tylko litery A i D, ale nie C i B.

W jaki sposób inne pary enancjomerów są ze sobą powiązane? Związek i jego obraz pierwszej pary enancjomerycznej są diasteromerami pozostałych par.

Innymi słowy, diasteromery są stereoizomerami tego samego związku, ale nie są produktem ich własnego odbicia; to znaczy, że nie są twoim lustrzanym odbiciem.

Praktycznym sposobem na przyswojenie tej koncepcji jest użycie modeli, z których niektóre są tak proste, jak te złożone z kulki z anime, wykałaczek i masy plasteliny do reprezentowania atomów lub grup.

Nomenklatura

Zmiana miejsca dwóch liter daje inny enancjomer, ale jeśli trzy litery zostaną przesunięte, operacja powróci do pierwotnego związku o innej orientacji przestrzennej.

W ten sposób zmiana dwóch liter powoduje powstanie dwóch nowych enancjomerów i jednocześnie dwóch nowych diastereoizomerów pary początkowej.

Jak jednak odróżniacie te enancjomery od siebie? To wtedy pojawia się absolutna konfiguracja RS.

Badaczami, którzy go wdrożyli, byli Cahn, Sir Christopher Ingold i Vladimir Prelog. Z tego powodu jest znany jako Cahn-Ingold-Prelog Notation System (RS).

Reguły kolejności lub priorytety

Jak zastosować to absolutne ustawienie? Po pierwsze, termin „konfiguracja absolutna” odnosi się do dokładnego przestrzennego rozmieszczenia podstawników na asymetrycznym atomie węgla. Zatem każdy układ przestrzenny ma własną konfigurację R lub S.

Górny obraz ilustruje dwie absolutne konfiguracje dla pary enancjomerów. Aby oznaczyć jedną z nich jako R lub S, należy przestrzegać zasad kolejności lub pierwszeństwa:

1- Podstawnik o najwyższej liczbie atomowej to podstawnik o najwyższym priorytecie.

2- Cząsteczka jest zorientowana tak, że atom lub grupa o najniższym priorytecie znajdują się za płaszczyzną.

3- Strzałki łączy są rysowane, a okrąg jest rysowany w malejącym kierunku priorytetu. Jeśli ten kierunek jest zgodny z ruchem wskazówek zegara, ustawienie to R; jeśli jest w lewo, to ustawienie to S.

W przypadku obrazu czerwona kula oznaczona numerem 1 odpowiada podstawnikowi o najwyższym priorytecie i tak dalej.

Biała kula, ta z numerem 4, prawie zawsze odpowiada atomowi wodoru. Innymi słowy, wodór jest podstawnikiem o najniższym priorytecie i jest liczony jako ostatni.

Przykład konfiguracji absolutnej

W związku na górnym obrazku (aminokwas l-seryna) asymetryczny węgiel ma następujące podstawniki: CH ₂ OH, H, COOH i NH ₂ .

Stosując poprzednich zasady tego związku, podstawnik o najwyższym priorytecie oznacza NH ₂ , COOH, a następnie, na koniec, CH ₂ OH. Czwartym podstawnikiem jest H.

Grupa COOH ma pierwszeństwo przed CH ₂ OH, ponieważ węgiel tworzy trzy wiązania z atomami tlenu (O, O, O), podczas gdy inne tworzy tylko jedno z OH (H, H, O).

Charakterystyka enancjomerów

Enancjomery nie posiadają elementów symetrii. Te elementy mogą być płaszczyzną lub środkiem symetrii.

Gdy są one obecne w strukturze molekularnej, jest bardzo prawdopodobne, że związek jest achiralny i dlatego nie może tworzyć enancjomerów.

Nieruchomości

Para enancjomerów wykazuje te same właściwości fizyczne, takie jak temperatura wrzenia, temperatura topnienia lub ciśnienie pary.

Jednak cechą, która je różnicuje, jest zdolność do obracania światła spolaryzowanego, czyli to samo: każdy enancjomer ma swoją własną aktywność optyczną.

Enancjomery, które obracają spolaryzowane światło zgodnie z ruchem wskazówek zegara, uzyskują konfigurację (+), podczas gdy te, które obracają je w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara, uzyskują konfigurację (-).

Te obroty są niezależne od przestrzennego rozmieszczenia podstawników na asymetrycznym atomie węgla. W konsekwencji związek o konfiguracji R lub S może mieć postać (+) i (-).

Dodatkowo, jeśli stężenia zarówno (+), jak i (-) enancjomerów są równe, spolaryzowane światło nie odchyla się od swojej ścieżki, a mieszanina jest optycznie nieaktywna. W takim przypadku mieszaninę nazywa się mieszaniną racemiczną.

Z kolei układy przestrzenne decydują o reaktywności tych związków wobec stereospecyficznych substratów. Przykład tej stereospecyficzności występuje w przypadku enzymów, które mogą działać tylko na określony enancjomer, ale nie na jego lustrzane odbicie.

Przykłady

Spośród wielu możliwych enancjomerów zilustrowano następujące trzy związki:

Talidomid

Która z dwóch cząsteczek ma konfigurację S? Ten po lewej. Kolejność pierwszeństwa jest następująca: najpierw atom azotu, następnie grupa karbonylowa (C = O), a trzecia grupa metylenowa (–CH ₂ -).

Przechodząc przez grupy, kieruj się ruchem wskazówek zegara (R); jednakże, ponieważ wodór skierowany jest poza płaszczyznę, konfiguracja widziana z tyłu w rzeczywistości odpowiada S, podczas gdy w przypadku cząsteczki po prawej stronie wodór (ten o najniższym priorytecie) wskazuje raz wstecz samolotu.

Salbutamol i limonen

Która z dwóch cząsteczek jest enancjomerem R: górna czy dolna? W obu cząsteczkach asymetryczny węgiel jest połączony z grupą OH.

Ustalenie kolejności priorytetów dla cząsteczki poniżej daje w następujący sposób: najpierw OH, drugi pierścień aromatyczny, a trzeci grupę CH ₂ -NH-C (CH ₃ ) ₃ .

Przechodząc przez grupy, rysuje się okrąg zgodnie z ruchem wskazówek zegara; dlatego jest to enancjomer R. Zatem dolną cząsteczką jest enancjomer R, a górną S.

W przypadku związku (R) - (+) - limonenu i (S) - (-) - limonenu różnice dotyczą ich pochodzenia i zapachu. Enancjomer R charakteryzuje się zapachem pomarańczy, podczas gdy enancjomer S ma zapach cytryny.

Bibliografia

1. TW Graham Solomons, Craigh B. Fryhle. Chemia organiczna. (Wydanie dziesiąte, str. 188-301) Wiley Plus.
2. Francis A. Carey. Chemia organiczna. W stereochemii. (Wydanie szóste, str. 288-301). Mc Graw Hill.
3. Zeevveez. (1 sierpnia 2010). Odbicie lustrzane wideł. : Pobrano 17 kwietnia 2018 r. Z: flickr.com
4. GP Moss. Podstawowa terminologia stereochemii (zalecenia IUPAC 1996) Pure and Applied Chemistry, tom 68, wydanie 12, strony 2193–2222, ISSN (online) 1365-3075, ISSN (druk) 0033-4545, DOI: doi.org
5. Archiwum Molecule of the Week. (1 września 2014). Talidomid. Pobrane 17 kwietnia 2018 r. Z: acs.org
6. Jordi picart. (29 lipca 2011). Przypisanie konfiguracji R i S do centrum chiralności. . Pobrane 17 kwietnia 2018 z: commons.wikimedia.org