Kiralnost je geometrijski svojstvo da se objekt može imati dvije slike: jedna prava i jedan lijevo, koji se ne mogu međusobno; to jest, oni su prostorno različiti, iako su ostatak njihovih svojstava identičan. Objekt koji pokazuje hiralnost jednostavno se kaže da je "kiralni".
Desna i lijeva ruka su kiralne: jedna je odraz (zrcalna slika) druge, ali nisu iste, jer se prilikom stavljanja jedne na drugu, palci ne podudaraju.
Izvor: Gabriel Bolívar
Više od zrcala, da biste znali je li objekt kiralni, mora se postaviti sljedeće pitanje: ima li „verzije“ i za lijevu i za desnu stranu?
Na primjer, stol s lijevom rukom i desničar je kiralni objekt; dva vozila istog modela, ali s volanom s lijeve ili desne strane; par cipela, kao i stopala; spiralne stepenice u lijevom smjeru, a u pravom itd.
I u kemiji molekule nisu iznimka: mogu biti i kiralne. Na slici je prikazan par molekula tetraedarske geometrije. Čak i ako se jedna na lijevoj strani okrene i plava i ljubičasta sfera dodirnu, smeđe i zelene sfere će "izgledati" izvan ravnine.
Što je hiralnost?
Pomoću molekula nije tako lako odrediti koja je lijeva ili desna "verzija" samo gledajući ih. Za ovaj organski kemičari pribjegavaju konfiguracijama Cahn-Ingold-Prelog® ili (S) ili u optičkom svojstvu tih kiralnih supstanci da rotiraju polariziranu svjetlost (koja je ujedno i kiralni element).
Međutim, nije teško utvrditi je li molekula ili spoj kiralno samo gledajući njegovu strukturu. Koja je upečatljiva značajka para molekula na slici gore?
Ima četiri različita supstituenta, svaki sa svojom karakterističnom bojom, a također je i geometrija oko središnjeg atoma tetraedra.
Ako u strukturi postoji atom s četiri različita supstituenta, može se reći (u većini slučajeva) da je molekula kiralna.
Tada se kaže da u strukturi postoji središte kiralnosti ili stereogeni centar. Tamo gdje postoji, postojat će par stereoizomera poznatih kao enantiomeri.
Dvije molekule na slici su enantiomeri. Što je veći broj kiralnih centara koje spoj ima, veća je i njegova prostorna raznolikost.
Središnji atom je obično ugljikov atom u svim biomolekulama i spojevima s farmakološkim djelovanjem; međutim može biti i fosfor, dušik ili metal.
Primjeri hiralnosti
Središte kiralnosti možda je jedan od najvažnijih elemenata u određivanju je li spoj kiralni ili ne.
Međutim, postoje i drugi čimbenici koji mogu proći neopaženo, ali u 3D modelima otkrivaju zrcalnu sliku koja se ne može nalagati.
Za ove se strukture tada kaže da umjesto središta imaju druge elemente kiralnosti. Imajući to u vidu, prisutnost asimetričnog centra s četiri supstituenta više nije dovoljna, ali ostatak strukture također se mora pažljivo analizirati; i na taj način moći razlikovati jedan stereoizomer od drugog.
osovinski
Izvor: Jü, iz Wikimedia Commons
Spojevi prikazani na gornjoj slici mogu se činiti ravnim golim okom, ali stvarno nisu. Lijevo je opća struktura alena gdje R označava četiri različita supstituenta; i s desne strane, opća struktura bifenilnog spoja.
Kraj, gdje R 3 i R 4 susreću se može vizualizirati kao „peraje” okomit na ravninu u kojoj R 1 i R 2 lie.
Ako promatrač analize takve molekule pozicioniranje oko ispred prvog ugljikovog atoma vezan na R 1 i R 2 (za allene), vidjet će R 1 i R 2 s lijeve i desne strane, i R 4 i R 3 iznad i ispod.
Ako je R 3 i R 4 ostaju fiksne, ali je R 1 je pomaknut u desno, i R 2 lijevo, onda ćemo imati još jedan „prostorni verzija”.
Ovdje promatrač može zaključiti da je našao osovinu kiralnosti za alene; isto je i s bifenilom, ali s aromatičnim prstenima koji su uključeni u vid.
Prsteni vijci ili zavojnost
Izvor: Sponk, iz Wikimedia Commons
Napominjemo da je u prethodnom primjeru os hiralnosti ležala u kosturu C = C = C, za alene i u Ar-Ar vezi za bifenil.
Što se tiče njihovih spojeva koji se nazivaju heptahelceni (jer imaju sedam prstenova), koja je njihova osi kiralnosti? Odgovor je dan na istoj slici gore: os Z, ona propelera.
Stoga, da biste razabrali jedan enantiomer od drugog, morate gledati ove molekule odozgo (po mogućnosti).
Na taj se način može detaljno prikazati da se heptahelicen rotira u smjeru kazaljke na satu (lijeva strana slike), ili u smjeru suprotnom od kazaljke na satu (desna strana slike).
Planar
Pretpostavimo da više nemate helicen, već molekulu s nekoplanarnim prstenovima; to jest, jedan se nalazi iznad ili ispod drugog (ili nisu u istoj ravnini).
Ovdje kiralni lik ne počiva toliko na prstenu, već na njegovim supstituentima; to je ono što definira svaki od dva enantiomera.
Izvor: Anypodetos, autor originalne PNG datoteke: EdChem, iz Wikimedia Commons
Na primjer, u ferocenu na gornjoj slici prstenovi koji "sendviču" Fe atom se ne mijenjaju; ali prostorno usmjerenje prstena sa atomom dušika i skupine -N (CH 3) 2 se.
Na slici skupina -N (CH 3) 2 ukazuje na lijevoj strani, a u enantiomera će ukazati na desnoj strani.
Drugi
Za makromolekule ili one sa singularnim strukturama, slika se počinje pojednostavljivati. Zašto? Jer iz njihovih 3D modela vidi se iz ptičje perspektive jesu li kiralni ili ne, kao što se događa s predmetima u početnim primjerima.
Na primjer, ugljikova nanocjevčica može prikazati obrasce skretanja ulijevo, i stoga je kiralna ako postoji identična, ali s okretajima udesno.
Isto se događa i s drugim strukturama gdje, iako nemaju centre kiralnosti, prostorni raspored svih njihovih atoma može poprimiti kiralne oblike.
Tada govorimo o svojstvenoj kiralnosti, koja ne ovisi o atomu, već o cjelini.
Kemijski snažan način razlikovanja "lijeve slike" od desne je putem stereoselektivne reakcije; to jest onaj gdje se može pojaviti samo s jednim enantiomerom, dok nije s drugim.
Reference
- Carey F. (2008). Organska kemija. (Šesto izdanje). Mc Graw Hill.
- Wikipedia. (2018.). Kiralnost (kemija). Oporavilo sa: en.wikipedia.org
- Advameg, Inc. (2018). Kiralnost. Oporavilo od: chemistryexplained.com
- Steven A. Hardinger i Harcourt Brace & Company. (2000). Stereohemija: Određivanje molekularne hiralnosti. Oporavak od: chem.ucla.edu
- Sveučilište Harvard. (2018.). Molekularna hiralnost. Oporavak od: rowland.harvard.edu
- Oregon State University. (14. srpnja 2009.). Kiralnost: kiralni i ahiralni objekti. Oporavak od: science.oregonstate.edu