Chiraliteit in wat het bestaat en voorbeelden

de chiraliteit is een geometrische eigenschap waarin een object twee afbeeldingen kan hebben: één rechts en één links, die niet uitwisselbaar zijn; dat wil zeggen, ze zijn ruimtelijk anders, zelfs als de rest van hun eigenschappen identiek zijn. Een voorwerp dat chiraliteit vertoont, wordt eenvoudigweg 'chiraal' genoemd.

De rechter- en linkerhand zijn chiraal: de ene is de reflectie (spiegelbeeld) van de andere, maar ze zijn niet hetzelfde, omdat wanneer ze op elkaar worden geplaatst, hun duimen niet samenvallen. 

Meer dan een spiegel, om te weten of een object chiraal is, moet de volgende vraag gesteld worden: heeft u "versies" voor zowel de linker- als de rechterkant??

Een linkshandig bureau en een rechtshandig bureau zijn bijvoorbeeld chirale voorwerpen; twee voertuigen van hetzelfde model maar met het stuur links of rechts; een paar schoenen, net als de voeten; wenteltrappen in de linker richting, en in de juiste richting, etc..

En in de chemie vormen moleculen geen uitzondering: ze kunnen ook chiraal zijn. De afbeelding toont een paar moleculen met een tetraëdrische geometrie. Zelfs als je degene aan de linkerkant draait en de blauwe en paarse bollen aanraakt, zullen de bruine en groene bollen uit het vliegtuig "kijken".

index

• 1 Wat is de chiraliteit??
• 2 Voorbeelden van chiraliteit
  • 2.1 Axiaal
  • 2.2 Planar
  • 2.3 Andere
• 3 referenties

Wat is de chiraliteit??

Met moleculen is het niet zo eenvoudig om te definiëren welke "versie" links of rechts is, gewoon door ernaar te kijken. Hiervoor gebruiken de organische chemici hun toevlucht tot de configuraties (R) of (S) van Cahn-Ingold-Prelog, of in de optische eigenschap van deze chirale stoffen om het gepolariseerde licht (dat ook een chiraal element is) te roteren.

Het is echter niet moeilijk om te bepalen of een molecuul of verbinding chiraal is, alleen door naar de structuur ervan te kijken. Wat een opvallende bijzonderheid heeft het paar moleculen in de bovenstaande afbeelding?

Het heeft vier verschillende substituenten, elk met zijn eigen karakteristieke kleur, en ook de geometrie rondom het centrale atoom is tetraëdrisch.

Als er in een structuur een atoom is met vier verschillende substituenten, kan (in de meeste gevallen) worden gesteld dat het molecuul chiraal is.

Dan wordt er gezegd dat er in de structuur een centrum van chiraliteit is of Stereogeen centrum. Waar er een is, zal er een paar stereo-isomeren bekend staan ​​als enantiomeren.

De twee moleculen in het beeld zijn enantiomeren. Hoe groter het aantal centra van chiraliteit dat een verbinding bezit, des te groter de ruimtelijke diversiteit ervan.

Het centrale atoom is meestal een koolstofatoom in alle biomoleculen en verbindingen met farmacologische activiteit; het kan echter ook een van fosfor, stikstof of een metaal zijn.

Voorbeelden van chiraliteit

Het centrum van chiraliteit is misschien een van de belangrijkste elementen bij het bepalen of een verbinding chiraal is of niet.

Er zijn echter nog andere factoren die misschien onopgemerkt blijven, maar in 3D-modellen laten ze een spiegelbeeld achter dat niet kan overlappen.

Voor deze structuren wordt dan gezegd dat ze in plaats van in het midden andere elementen van chiraliteit hebben. Met dit in gedachten is de aanwezigheid van een asymmetrisch centrum met vier substituenten niet langer voldoende, maar de rest van de structuur moet ook zorgvuldig worden geanalyseerd; en dus in staat zijn om de ene stereo-isomeer van de andere te onderscheiden.

axiaal

De bovenste afbeelding toont verbindingen die op het eerste gezicht vlak lijken, maar dat in werkelijkheid niet zijn. Aan de linkerhand hebben we de algemene structuur van een aleno, waarbij R de vier verschillende substituenten aangeeft; en aan de rechterkant, de algemene structuur van een bifenylverbinding.

Het einde waar ze R zijn₃ en R₄ kan worden gevisualiseerd als een "vin" loodrecht op het vlak waar ze liggen₁ en R₂.

Als een waarnemer dergelijke moleculen analyseert door het oog voor het eerste koolstofatoom gebonden aan R te plaatsen₁ en R₂ (voor de aleno), ziet u R₁ en R₂ aan de linker- en rechterkant en aan R₄ en R₃ op en neer.

Ja R₃ en R₄ ze blijven gefixeerd, maar ze veranderen₁ naar rechts, en R₂ aan de linkerkant zal er nog een "ruimtelijke versie" zijn.

Hier kan de waarnemer vervolgens tot de conclusie komen dat hij een as van chiraliteit voor de aleno heeft gevonden; hetzelfde geldt voor bifenyl, maar met de aromatische ringen daartussenin in het zicht.

Ringschroeven of helix

Merk op dat in het vorige voorbeeld de chiraliteitsas lag in het skelet C = C = C, voor het allene, en in de Ar-Ar-binding, voor de bifenyl.

Voor de verbindingen hierboven genaamd heptahelicenos (omdat ze zeven ringen hebben), wat is hun as van chiraliteit? Het antwoord wordt gegeven in dezelfde afbeelding hierboven: de Z-as, de helix.

Daarom, om één enantiomeer van een ander te onderscheiden, moet men deze moleculen van bovenaf observeren (bij voorkeur).

Op deze manier kan gedetailleerd worden dat een heptaheliceno in de zin van de naalden van de klok draait (linkerkant van het beeld), of in de richting linksom (rechterkant van het beeld).

planair

Stel dat we geen helicen meer hebben, maar een molecuul met niet-coplanaire ringen; dat wil zeggen, de ene bevindt zich boven of onder de andere (of bevindt zich niet in hetzelfde vlak).

Hier rust het chirale karakter niet zozeer in de ring, maar in zijn substituenten; het zijn deze die elk van de twee enantiomeren definiëren.

Bijvoorbeeld, in het ferroceen in de afbeelding hierboven veranderen de ringen die het Fe-atoom "sandwichen" niet; maar de ruimtelijke oriëntatie van de ring met het stikstofatoom en de -N (CH₃)₂.

In de afbeelding is de groep -N (CH₃)₂ wijst naar links, maar in zijn enantiomeer zal het naar rechts wijzen.

anderen

Voor macromoleculen of die met enkelvoudige structuren begint het panorama te vereenvoudigen. Waarom? Omdat het van zijn 3D-modellen kan worden gezien als een vogelvlucht als ze chiraal zijn of niet, net als de objecten in de eerste voorbeelden.

Een koolstofnanobuis kan bijvoorbeeld linksdraaiende patronen van de windingen tonen, en daarom is het chiraal als er een identieke is, maar met bochten naar rechts.

Hetzelfde gebeurt met andere structuren waar, ondanks dat er geen chiraliteitscentra zijn, de ruimtelijke rangschikking van al zijn atomen chirale vormen kan aannemen.

Men spreekt dan van een inherente chiraliteit, die niet afhangt van een atoom maar van de hele verzameling.

Een chemisch krachtige manier om het "linkerbeeld" te onderscheiden van dat van het recht is door een stereoselectieve reactie; dat wil zeggen, degene waar slechts één enantiomeer kan passeren, terwijl de andere niet.

referenties

1. Carey F. (2008). Organische chemie (Zesde editie). Mc Graw Hill.
2. Wikipedia. (2018). Chiraliteit (chemie). Teruggeplaatst van: en.wikipedia.org
3. Advameg, Inc. (2018). Chiraliteit. Teruggeplaatst van: chemistryexplained.com
4. Steven A. Hardinger en Harcourt Brace & Company. (2000). Stereochemie: bepaling van moleculaire chiraliteit. Teruggeplaatst van: chem.ucla.edu
5. Harvard University. (2018). Moleculaire chiraliteit. Teruggeplaatst van: rowland.harvard.edu
6. Oregon State University. (14 juli 2009). Chiraliteit: Chirale en Achiral-objecten. Teruggeplaatst van: science.oregonstate.edu