Hilaritātes ir ģeometriskais īpašums, objekts var būt divi attēli: viens tiesības un viens pa kreisi, kas nav savstarpēji aizvietojami; tas ir, tie ir telpiski atšķirīgi, kaut arī pārējās to īpašības ir identiskas. Objektu, kas uzrāda hirāliņu, vienkārši sauc par “hirālu”.
Labās un kreisās rokas ir hirālas: viena ir otras atstarojums (spoguļattēls), taču tās nav vienādas, jo, novietojot vienu uz otras, īkšķi nesakrīt.
Avots: Gabriel Bolívar
Lai uzzinātu, vai objekts ir hirāls, vairāk nekā spogulis, ir jāuzdod šāds jautājums: vai tam ir “versijas” gan kreisajai, gan labajai pusei?
Piemēram, kreisās puses galds un labās puses galds ir hirāli priekšmeti; divi viena modeļa transportlīdzekļi ar stūri kreisajā vai labajā pusē; kurpju pāris, kā arī kājas; spirālveida kāpnes kreisajā un labajā virzienā utt.
Un ķīmijā molekulas nav izņēmums: tās var būt arī hirālas. Attēlā parādīts molekulu pāris ar tetraedrisko ģeometriju. Pat ja kreisajā pusē ir apgāzta un zilā un purpursarkanā sfēra ir pieskārusies, brūnā un zaļā sfēra “izskatīsies” no plaknes.
Kas ir hirālisms?
Ar molekulām nav tik vienkārši noteikt, kura ir kreisā vai labā puse "," tikai apskatot tās. Šim nolūkam organiskie ķīmiķi izmanto Cahn-Ingold-Prelog (R) vai (S) konfigurācijas vai šo hirālo vielu optiskajā īpašībā, lai pagrieztu polarizētu gaismu (kas ir arī hirāls elements).
Tomēr nav grūti noteikt, vai molekula vai savienojums ir hirāls, tikai apskatot tās struktūru. Kāda ir pārsteidzošā molekulas pāra iezīme augšējā attēlā?
Tam ir četri dažādi aizvietotāji, katrs ar savu raksturīgo krāsu, un arī ģeometrija ap centrālo atomu ir tetraedriska.
Ja struktūrā ir atoms ar četriem dažādiem aizvietotājiem, var teikt (vairumā gadījumu), ka molekula ir hirāla.
Tad tiek teikts, ka struktūrā ir hirālitātes centrs vai stereogēns centrs. Kur tāds ir, būs stereoizomēru pāris, kas pazīstami kā enantiomēri.
Attēlā redzamās divas molekulas ir enantiomēri. Jo lielāks ir savienojuma hirālo centru skaits, jo lielāka ir tā telpiskā daudzveidība.
Centrālais atoms parasti ir oglekļa atoms visās biomolekulēs un savienojumos ar farmakoloģisko aktivitāti; tomēr tas var būt arī viens no fosfora, slāpekļa vai metāla.
Hirālitātes piemēri
Chiralitātes centrs, iespējams, ir viens no vissvarīgākajiem elementiem, nosakot, vai savienojums ir hirāls vai nē.
Tomēr ir arī citi faktori, kas var palikt nepamanīti, bet 3D modeļos tie atklāj spoguļattēlu, kuru nevar pārklāt.
Pēc tam par šīm struktūrām tiek teikts, ka centra vietā viņiem ir citi hirālitātes elementi. Paturot to prātā, vairs nepietiek ar asimetrisku centru ar četriem aizvietotājiem, bet arī rūpīgi jāanalizē pārējā struktūra; un tādējādi spēt atšķirt vienu stereoizomēru no otra.
Aksiāls
Avots: Jü, no Wikimedia Commons
Iepriekš attēlā parādītie savienojumi var parādīties plakani ar neapbruņotu aci, bet to patiesībā nav. Pa kreisi ir allena vispārējā struktūra, kur R apzīmē četrus dažādus aizvietotājus; un pa labi - bifenila savienojuma vispārējā struktūra.
Gala kur R 3 un R 4 meet varētu vizualizēt kā "fin", kas ir perpendikulāra plaknei, kur R 1 un R 2 melu .
Ja novērotājs analizē šādas molekulas, novietojot acu priekšā pirmajā pievienota R oglekļa 1 un R 2 (par allene), viņi redzēs R 1 un R 2 kreisajā un labajā pusē, un R 4 un R 3 virs un zem.
Ja R 3 un R 4 ir fiksētas, bet R 1 ir nobīdīts uz labo pusi, un R 2 pa kreisi, tad mums būs vēl viens "telpisko versija".
Tad novērotājs var secināt, ka atradis alēles hirālitātes asi; tas pats attiecas uz bifenilu, bet ar aromātiskajiem gredzeniem, kas iesaistīti redzē.
Gredzenu skrūves vai helicity
Avots: Sponk, no Wikimedia Commons
Ņemiet vērā, ka iepriekšējā piemērā hirālitātes ass atradās C = C = C skeletā alēlei un Ar-Ar saitē bifenilā.
Kāda ir to savienojumu virskārtas savienojumiem, ko iepriekš sauc par heptahelcenes (jo tiem ir septiņi gredzeni)? Atbilde ir dota tajā pašā attēlā: Z ass, kas ir dzenskrūves ass.
Tāpēc, lai atšķirtu vienu enantiomēru no otra, jums ir jāskatās uz šīm molekulām no augšas (vēlams).
Šādā veidā var būt sīki, ka heptahelicēns griežas pulksteņrādītāja virzienā (attēla kreisā puse) vai pretēji pulksteņrādītāja virzienam (attēla labā puse).
Plakana
Pieņemsim, ka jums vairs nav helikēna, bet molekula ar gredzeniem, kas nav koplanāri; tas ir, viens atrodas virs vai zem otra (vai arī tie neatrodas vienā plaknē).
Hirālais raksturs šeit balstās ne tik daudz uz gredzenu, bet gan uz tā aizvietotājiem; tieši tie definē katru no diviem enantiomēriem.
Avots: Anypodetos, oriģināla PNG faila autors: EdChem, no Wikimedia Commons
Piemēram, augšējā attēlā esošajā ferocenā nemainās gredzeni, kas "iesijā" Fe atomu; bet telpisko orientāciju gredzenu ar slāpekļa atomu un grupu -N (CH 3 ) 2 dara .
Attēlā grupa -N (CH 3 ) 2 norāda uz kreiso pusi, bet savā enantiomērā tā norāda uz labo pusi.
Citi
Makromolekulām vai tām, kurām ir vienskaitļa struktūras, attēls sāk vienkāršoties. Kāpēc? Tā kā no 3D modeļiem to var redzēt no putna lidojuma, ja tie ir hirāli vai nē, kā tas notiek ar sākotnējos piemēros redzamajiem objektiem.
Piemēram, oglekļa nanocaurulē var parādīties pagriezienu pa kreisi modeļi, un tāpēc tas ir hirāls, ja ir identisks, bet ar pagriezieniem pa labi.
Tas pats notiek ar citām struktūrām, kurās, neskatoties uz to, ka tām nav hirālitātes centru, visu to atomu telpiskais izvietojums var būt hirālas formas.
Tad mēs runājam par raksturīgo hirālitāti, kas nav atkarīga no atoma, bet kopumā.
Ķīmiski spēcīgs veids, kā diferencēt "kreiso attēlu" no labā, ir ar stereoselektīvu reakciju; tas ir, viens, kur tas var notikt tikai ar vienu enantiomēru, bet ne ar otru.
Atsauces
- Carey F. (2008). Organiskā ķīmija. (Sestais izdevums). Mc Graw Hill.
- Wikipedia. (2018). Hirālisms (ķīmija). Atgūts no: en.wikipedia.org
- Advameg, Inc. (2018). Chiralitāte. Atgūts no: chemistryexplained.com
- Stīvens A. Hardingers un Harcourt Brace & Company. (2000). Stereoķīmija: molekulārās hirālitātes noteikšana. Atgūts no: chem.ucla.edu
- Harvardas Universitāte. (2018). Molekulārā hirālitāte. Atgūts no: rowland.harvard.edu
- Oregonas Valsts universitāte. (2009. gada 14. jūlijs). Chirality: Chiral & Achiral Objects. Atgūts no: science.oregonstate.edu