Chirality je geometrický vlastnosť, že objekt môže mať dva obrázky: jeden vpravo a jeden vľavo, ktoré nie sú zameniteľné; to znamená, že sú priestorovo odlišné, aj keď ostatné ich vlastnosti sú rovnaké. Objekt, ktorý vykazuje chiralitu, sa jednoducho nazýva „chirálny“.
Pravá a ľavá ruka sú chirálne: jedna je odrazom druhej strany (zrkadlový obraz), ale nie je rovnaká, pretože pri položení jednej na druhú sa ich palce nezhodujú.
Zdroj: Gabriel Bolívar
Viac ako zrkadlo, aby ste vedeli, či je objekt chirálny, musíte položiť nasledujúcu otázku: má „verzie“ pre ľavú aj pravú stranu?
Napríklad, ľavou rukou a pravou rukou sú chirálne predmety; dve vozidlá rovnakého modelu, ale s volantom vľavo alebo vpravo; pár topánok a chodidiel; točité schody vľavo a vpravo, atď.
A v chémii nie sú molekuly výnimkou: môžu byť tiež chirálne. Obrázok ukazuje pár molekúl s tetraedrickou geometriou. Aj keď je otočená doľava a modrá a fialová guľa je dotknutá, hnedá a zelená guľa bude „vyzerať“ z roviny.
Čo je chiralita?
S molekulami nie je také ľahké určiť, ktorá je ľavá alebo pravá „verzia“, len keď sa na ne pozriete. Na tento účel sa organickí chemici uchýlili k Cahn-Ingold-Prelogovým konfiguráciám (R) alebo (S) alebo k optickým vlastnostiam týchto chirálnych látok na rotáciu polarizovaného svetla (ktoré je tiež chirálnym prvkom).
Nie je však ťažké určiť, či je molekula alebo zlúčenina chirálna len pri pohľade na jej štruktúru. Čo je výrazným rysom dvojice molekúl na obrázku vyššie?
Má štyri rôzne substituenty, každý s vlastnou charakteristickou farbou a geometria okolo centrálneho atómu je tetraedrická.
Pokiaľ v štruktúre existuje atóm so štyrmi rôznymi substituentami, dá sa (vo väčšine prípadov) uviesť, že molekula je chirálna.
Potom sa hovorí, že v štruktúre je centrum chirality alebo stereogénne centrum. Tam, kde je jeden, bude existovať pár stereoizomérov známych ako enantioméry.
Dve molekuly na obrázku sú enantioméry. Čím väčší počet chirálnych centier má zlúčenina, tým väčšia je jej priestorová diverzita.
Centrálny atóm je všeobecne atóm uhlíka vo všetkých biomolekulách a zlúčeninách s farmakologickou aktivitou; môže to však byť aj fosfor, dusík alebo kov.
Príklady chirality
Centrum chirality je možno jedným z najdôležitejších prvkov pri určovaní, či je zlúčenina chirálna alebo nie.
Existujú však aj ďalšie faktory, ktoré môžu zostať nepovšimnuté, ale v 3D modeloch odhaľujú zrkadlový obraz, ktorý nemožno prekrývať.
Pre tieto štruktúry sa potom hovorí, že namiesto stredu majú ďalšie prvky chirality. Z tohto hľadiska už prítomnosť asymetrického centra so štyrmi substituentmi nestačí, ale musí sa dôkladne analyzovať aj zvyšok štruktúry; a tak byť schopný odlíšiť jeden stereoizomér od druhého.
axiálne
Zdroj: Jü, z Wikimedia Commons
Zlúčeniny zobrazené na obrázku vyššie sa môžu voľným okom javiť ako ploché, ale v skutočnosti tomu tak nie je. Vľavo je všeobecná štruktúra alkénu, kde R znamená štyri rôzne substituenty; a napravo všeobecnú štruktúru bifenylovej zlúčeniny.
Konci, kde R 3 a R 4, plní sa detekuje ako "fin" kolmo k rovine, v ktorom R 1 a R 2 lži .
Ak pozorovateľ analýzy také molekuly umiestnením oko pred prvým uhlíka pripojenú k R 1 a R 2 (pre allen), uvidí R 1 a R 2 na ľavej a pravej strane, a R 4 a R 3 na hornej a dolnej časti.
Ak R 3 a R 4 zostávajú pevné, ale R 1 je posunutá doprava, a R 2 doľava, potom budeme mať ďalšie "priestorové verziu".
Tu môže pozorovateľ dospieť k záveru, že pre allén našiel os chirality; to isté platí pre bifenyly, ale s aromatickými kruhmi zahrnutými vo videní.
Krúžkové skrutky alebo skrutkovitosť
Zdroj: Sponk, z Wikimedia Commons
Všimnite si, že v predchádzajúcom príklade leží chirálna os v C = C = C skelete pre alén a v Ar-Ar väzbe pre bifenyl.
Aká je ich os chirality pre vyššie uvedené zlúčeniny nazývané heptahelcenes (pretože majú sedem kruhov)? Odpoveď je daná na rovnakom obrázku hore: na osi Z, na vrtuli.
Preto, aby sme rozlíšili jeden enantiomér od druhého, musíte sa pozrieť na tieto molekuly zhora (pokiaľ možno).
Týmto spôsobom je možné podrobne uviesť, že heptahelicene sa otáča v smere hodinových ručičiek (ľavá strana obrázka) alebo proti smeru hodinových ručičiek (pravá strana obrázka).
Planar
Predpokladajme, že už viac nemáte helicen, ale molekulu s kopolyárnymi kruhmi; to znamená, že jeden je umiestnený nad alebo pod druhým (alebo nie sú v rovnakej rovine).
Tu chirálna postava nezostáva tak na kruhu, ale na jeho substituentoch; sú to tie, ktoré definujú každý z týchto dvoch enantiomérov.
Zdroj: Anypodetos, autor pôvodného súboru PNG: EdChem, z Wikimedia Commons
Napríklad vo ferocéne na hornom obrázku sa kruhy, ktoré „sendvičujú“ atóm Fe, nemenia; ale priestorová orientácia kruhu s atómom dusíka a skupinou -N (CH 3 ) 2 robí .
Na obrázku je skupina -N (CH 3 ) 2 ukazuje na ľavej strane, ale v jeho enantiomér sa bude ukazovať na pravej strane.
iní
V prípade makromolekúl alebo makromolekúl so samostatnou štruktúrou sa obraz začína zjednodušovať. Prečo? Pretože z ich 3D modelov je možné vidieť z vtáčieho oka, či sú chirálne alebo nie, ako sa to stáva s objektmi v počiatočných príkladoch.
Napríklad uhlíková nanotrubica môže ukazovať vzory zákrut doľava, a preto je chirálna, ak existuje rovnaká, ale so zákrutami doprava.
To isté sa vyskytuje s ostatnými štruktúrami, kde napriek tomu, že nemajú centrá chirality, priestorové usporiadanie všetkých ich atómov môže mať chirálne formy.
Hovoríme teda o vrodenej chiralite, ktorá nezávisí od atómu, ale od celku.
Chemicky násilný spôsob odlíšenia ľavého obrazu od pravého je stereoselektívnou reakciou; to znamená, že sa môže vyskytovať iba s jedným enantiomérom, zatiaľ čo s druhým enantiomérom.
Referencie
- Carey F. (2008). Organická chémia. (Šieste vydanie). Mc Graw Hill.
- Wikipedia. (2018). Chiralita (chémia). Obnovené z: en.wikipedia.org
- Advameg, Inc. (2018). Chirality. Obnovené z: chemistryexplained.com
- Steven A. Hardinger a Harcourt Brace & Company. (2000). Stereochémia: Stanovenie molekulovej chirality. Získané z: chem.ucla.edu
- Harvardská univerzita. (2018). Molekulárna chiralita. Získané z: rowland.harvard.edu
- Oregonská štátna univerzita. (14. júla 2009). Chiralita: chirálne a achirálne objekty. Získané z: science.oregonstate.edu