В Хиралността е геометрична имот, който един обект може да има две снимки: един десен и един ляв, които не са взаимозаменяеми; тоест те са пространствено различни, въпреки че останалите свойства са идентични. Обект, който проявява хиралност, просто се казва „хирален“.
Дясната и лявата ръка са хирални: едната е отражението (огледален образ) на другата, но те не са еднакви, тъй като при поставянето на една върху друга, палците им не съвпадат.
Източник: Габриел Боливар
Повече от огледало, за да знаете дали даден обект е хирален, трябва да се зададе следния въпрос: има ли „версии“ както за лявата, така и за дясната страна?
Например бюрото с лявата ръка и дясната ръка са хирални предмети; две превозни средства от същия модел, но с волана отляво или отдясно; чифт обувки, както и крака; спирални стълби в лявата посока, а в правилната посока и т.н.
И в химията молекулите не са изключение: те могат да бъдат и хирални. Изображението показва двойка молекули с тетраедрична геометрия. Дори ако тази отляво е обърната и синята и лилавата сфера са направени да докосват, кафявата и зелената сфера ще „изглежда“ извън равнината.
Какво е хиралност?
С молекулите не е толкова лесно да се определи коя е лявата или дясната „версия“, само като ги погледнете. За това органичните химици прибягват до конфигурациите на Кан-Инголд-Прелог (R) или (S) или в оптичното свойство на тези хирални вещества да въртят поляризирана светлина (което също е хирален елемент).
Въпреки това, не е трудно да се определи дали молекула или съединение е хирално само като разгледаме неговата структура. Каква е поразителната характеристика на двойката молекули на изображението по-горе?
Той има четири различни заместителя, всеки със свой характерен цвят, а също така геометрията около централния атом е тетраедрична.
Ако в една структура има атом с четири различни заместителя, може да се заяви (в повечето случаи), че молекулата е хирална.
Тогава се казва, че в структурата има център на хиралност или стереогенен център. Където има такъв, ще има двойка стереоизомери, известни като енантиомери.
Двете молекули на изображението са енантиомери. Колкото по-голям е броят на хиралните центрове, които съединението има, толкова по-голямо е неговото пространствено разнообразие.
Централният атом обикновено е въглероден атом във всички биомолекули и съединения с фармакологична активност; въпреки това може да бъде фосфор, азот или метал.
Примери за хиралност
Центърът на хиралността е може би един от най-важните елементи за определяне дали съединението е хирално или не.
Има обаче и други фактори, които могат да останат незабелязани, но при 3D модели те разкриват огледален образ, който не може да се наслагва.
За тези структури тогава се казва, че вместо центъра те имат други елементи на хиралност. Имайки това предвид, наличието на асиметричен център с четири заместителя вече не е достатъчно, но останалата част от структурата също трябва да бъде внимателно анализирана; и по този начин да бъде в състояние да разграничи един стереоизомер от друг.
аксиален
Източник: Jü, от Wikimedia Commons
Съединенията, показани на изображението по-горе, могат да изглеждат плоски с просто око, но всъщност не са. Отляво е общата структура на алена, където R означава четирите различни заместителя; и отдясно, общата структура на бифенилно съединение.
Краят където R 3 и R 4 се срещат може да се визуализира като "перка", перпендикулярна на равнината, където R 1 и R 2 лъжа.
Ако наблюдател анализи такива молекули чрез позициониране на окото пред първата въглерод свързан с R 1 и R 2 (за allene), те ще видим R 1 и R 2 отляво и отдясно, и R 4 и R 3 на горната и долната част.
Ако R 3 и R 4 остават фиксирани, но R 1 е изместен в дясно, и R 2 наляво, а след това ще имаме още едно "пространствена версия".
Тук наблюдателят може да заключи, че е намерил ос на хиралността на алена; същото е и с бифенила, но с ароматните пръстени, участващи в зрението.
Рингови винтове или спирала
Източник: Sponk, от Wikimedia Commons
Обърнете внимание, че в предишния пример оста на хиралността лежи в скелета C = C = C, за алена и в Ar-Ar връзката, за бифенил.
За съединенията, наречени по-горе хептахелцени (тъй като имат седем пръстена), каква е тяхната ос на хиралността? Отговорът е даден на същото изображение по-горе: оста Z, тази на витлото.
Следователно, за да различите един енантиомер от друг, трябва да погледнете тези молекули отгоре (за предпочитане).
По този начин може да се уточни, че хептахелицин се върти по посока на часовниковата стрелка (от лявата страна на изображението) или обратно на часовниковата стрелка (дясната страна на изображението).
Planar
Да предположим, че вече нямате хеликен, а молекула с не-копланарни пръстени; тоест единият е разположен над или под другия (или те не са в една и съща равнина).
Тук хиралният герой не почива толкова на пръстена, а на неговите заместители; именно те определят всеки от двата енантиомера.
Източник: Anypodetos, автор на оригиналния PNG файл: EdChem, от Wikimedia Commons
Например, във фероцена в горното изображение, пръстените, които "сандвич" Fe атом не се променят; но пространствената ориентация на пръстен с азотния атом, и групата -N (CH 3) 2 прави.
В изображението -N групата (CH 3) 2 точки от ляво, но в неговия енантиомер ще посочим отдясно.
Други
При макромолекулите или тези със сингулярни структури картината започва да се опростява. Защо? Защото от техните 3D модели може да се види от птичия поглед дали са хирални или не, както се случва с обектите в първоначалните примери.
Например, въглеродна нанотръба може да показва модели на завои вляво и следователно е хирална, ако има идентична, но с завои надясно.
Същото се случва и с други структури, при които, въпреки че нямат центрове на хиралност, пространственото разположение на всичките им атоми може да приема хирални форми.
Тогава говорим за присъща хиралност, която не зависи от атом, а от цялото.
Химически силен начин за разграничаване на "изображението вляво" от дясното е чрез стереоселективна реакция; тоест такъв, при който може да се появи само с един енантиомер, докато не е другият.
Препратки
- Кери Ф. (2008). Органична химия. (Шесто издание). Mc Graw Hill.
- Wikipedia. (2018). Хиралност (химия). Възстановено от: en.wikipedia.org
- Advameg, Inc. (2018). Хиралността. Възстановена от: chemistryexplained.com
- Steven A. Hardinger и Harcourt Brace & Company. (2000 г.). Стереохимия: Определяне на молекулярната хиралност. Възстановена от: chem.ucla.edu
- Харвардски университет. (2018). Молекулярна хиралност. Възстановено от: rowland.harvard.edu
- Държавен университет в Орегон. (14 юли 2009 г.). Хиралност: Хирални и ахирални обекти. Възстановено от: science.oregonstate.edu