Den kiralitet är en geometrisk egenskap som ett objekt kan ha två bilder: en höger och en vänster, som inte är utbytbara; det vill säga de är rumsligt olika, även om resten av deras egenskaper är identiska. Ett objekt som uppvisar chiralitet sägs helt enkelt vara "chiral".
Höger- och vänsterhänderna är kirala: den ena är reflektionen (spegelbilden) på den andra, men de är inte desamma, eftersom när man placerar den ena ovanpå den andra, är tummarna inte sammanfaller.
Källa: Gabriel Bolívar
Mer än en spegel, för att veta om ett objekt är chiralt, måste följande fråga ställas: har det "versioner" för både vänster och höger sida?
Till exempel är ett vänsterhänt skrivbord och ett högerhänt ett kiralt föremål; två fordon av samma modell men med rattet till vänster eller höger; ett par skor, såväl som fötter; spiraltrappa i vänster riktning, och i rätt riktning, etc.
Och inom kemi är molekyler inget undantag: de kan också vara kirala. Bilden visar ett par molekyler med tetraedrisk geometri. Även om den till vänster vänds och de blå och lila sfärerna får beröras, kommer de bruna och gröna sfärerna att "se" ut ur planet.
Vad är kiralitet?
Med molekyler är det inte så lätt att definiera vilken är den vänstra eller höger "versionen" bara genom att titta på dem. För detta ansöker organiska kemister till Cahn-Ingold-Prelog (R) eller (S) -konfigurationerna, eller i den optiska egenskapen hos dessa kirala substanser för att rotera polariserat ljus (som också är ett chiralt element).
Det är emellertid inte svårt att avgöra om en molekyl eller en förening är kiral bara genom att titta på dess struktur. Vad är det slående inslaget i paret molekyler i bilden ovan?
Den har fyra olika substituenter, var och en med sin egen karakteristiska färg, och även geometri runt centralatomen är tetraedrisk.
Om det finns en atom med fyra olika substituenter i en struktur kan det sägas (i de flesta fall) att molekylen är chiral.
Sedan sägs det att i strukturen finns ett centrum för kiralitet eller stereogent centrum. Där det finns en kommer det att finnas ett par stereoisomerer kända som enantiomerer.
De två molekylerna i bilden är enantiomerer. Ju större antalet kirala centra som en förening har, desto större är dess rumsliga mångfald.
Den centrala atomen är i allmänhet en kolatom i alla biomolekyler och föreningar med farmakologisk aktivitet; emellertid kan det också vara fosfor, kväve eller metall.
Exempel på kiralitet
Kiralitetscentret är kanske ett av de viktigaste elementen för att bestämma om en förening är kiral eller inte.
Det finns dock andra faktorer som kan gå obemärkt, men i 3D-modeller avslöjar de en spegelbild som inte kan läggas på varandra.
För dessa strukturer sägs det då att de istället för centrum har andra element av kiralitet. Med detta i åtanke är närvaron av ett asymmetriskt centrum med fyra substituenter inte längre tillräckligt, men resten av strukturen måste också analyseras noggrant; och därmed kunna skilja en stereoisomer från en annan.
Axial
Källa: Jü, från Wikimedia Commons
Föreningar som visas på bilden ovan kan verka platta för blotta ögat, men de är verkligen inte. Till vänster är den allmänna strukturen för en allen, där R betecknar de fyra olika substituenterna; och till höger den allmänna strukturen för en bifenylförening.
Den ände där R 3 och R 4 möts kunde visualiseras som en "fin" vinkelrätt mot planet, där R 1 och R 2 lie .
Om en observatör analyserar sådana molekyler genom att placera ögat framför det första kolet bunden till R 1 och R 2 (för allén), kommer de att se R 1 och R 2 på vänster och höger sida, och R 4 och R 3 på toppen och botten.
Om R 3 och R 4 förblir fast, men R 1 förskjuts till höger och R 2 till vänster, då kommer vi att ha en annan ”spatial version”.
Det är här observatören sedan kan dra slutsatsen att han fann en chiralitetsaxel för allen; samma sak gäller bifenyl, men med de aromatiska ringarna som är involverade i synen.
Ringskruvar eller helicity
Källa: Sponk, från Wikimedia Commons
Observera att i det föregående exemplet låg kiralitetsaxeln i C = C = C-skelettet, för allen och i Ar-Ar-bindningen, för bifenyl.
För föreningarna ovan kallad heptahelcenes (eftersom de har sju ringar), vad är deras chiralitetsaxel? Svaret ges i samma bild ovan: Z-axeln, propellerns.
För att urskilja en enantiomer från en annan måste du därför titta på dessa molekyler ovanifrån (helst).
På detta sätt kan det specificeras att en heptahelicen roterar medurs (bildens vänstra sida) eller moturs (bildens högra sida).
planar
Anta att du inte längre har en helen, utan en molekyl med ringar som inte är koplanära; det vill säga den ena ligger ovanför eller under den andra (eller de är inte på samma plan).
Här vilar den kirala karaktären inte så mycket på ringen, utan på dess substituenter; det är dessa som definierar var och en av de två enantiomererna.
Källa: Anypodetos, författare till den ursprungliga PNG-filen: EdChem, från Wikimedia Commons
Till exempel i ferrocenen i den övre bilden förändras inte ringarna som "smörjer" Fe-atomen; men den rumsliga orienteringen av ringen med den kväveatom och gruppen -N (CH 3 ) 2 gör .
I bilden pekar gruppen -N (CH 3 ) 2 åt vänster, men i sin enantiomer pekar den åt höger.
Övriga
För makromolekyler eller de med singulära strukturer börjar bilden förenklas. Varför? Eftersom det från deras 3D-modeller kan ses från fågelperspektivet om de är kirala eller inte, som händer med föremålen i de första exemplen.
Till exempel kan en kolananorör visa mönster av svängningar till vänster, och därför är det chiralt om det finns en identisk men med svängningar till höger.
Detsamma inträffar med andra strukturer där, trots att de inte har centrum för chiralitet, kan den rumsliga anordningen av alla deras atomer ha kirala former.
Vi talar då om en inneboende kiralitet, som inte beror på en atom utan på det hela.
Ett kemiskt kraftfullt sätt att differentiera den "vänstra bilden" från den högra är genom en stereoselektiv reaktion; det vill säga en där den bara kan förekomma med en enantiomer, medan inte med den andra.
referenser
- Carey F. (2008). Organisk kemi. (Sjätte upplagan). Mc Graw Hill.
- Wikipedia. (2018). Kiralitet (kemi). Återställd från: en.wikipedia.org
- Advameg, Inc. (2018). Kiralitet. Återställd från: chemistryexplained.com
- Steven A. Hardinger och Harcourt Brace & Company. (2000). Stereokemi: Bestämma molekylär kiralitet. Återställdes från: chem.ucla.edu
- Harvard Universitet. (2018). Molekylär kiralitet. Återställd från: rowland.harvard.edu
- Oregon State University. (14 juli 2009). Chirality: Chiral & Achiral Objects. Återställd från: science.oregonstate.edu