chiralityเป็นที่พักเรขาคณิตที่วัตถุสามารถมีสองภาพ: หนึ่งที่เหมาะสมและเป็นหนึ่งทางด้านซ้ายซึ่งแทนกันไม่ได้; นั่นคือมีความแตกต่างกันเชิงพื้นที่แม้ว่าคุณสมบัติที่เหลือจะเหมือนกันก็ตาม วัตถุที่จัดแสดง chirality นั้นพูดง่ายๆว่าเป็น 'chiral'
มือขวาและซ้ายคือ chiral: อันหนึ่งคือภาพสะท้อน (ภาพสะท้อนในกระจก) ของอีกข้างหนึ่ง แต่ไม่เหมือนกันเนื่องจากเมื่อวางข้างบนของอีกข้างนิ้วหัวแม่มือจะไม่ตรงกัน
ที่มา: Gabriel Bolívar
มากกว่ากระจกหากต้องการทราบว่าวัตถุเป็นไครัลต้องถามคำถามต่อไปนี้: มี "เวอร์ชัน" สำหรับทั้งด้านซ้ายและด้านขวาหรือไม่?
ตัวอย่างเช่นโต๊ะทำงานที่ถนัดซ้ายและมือขวาถือเป็นสิ่งของที่มีลักษณะคล้ายชิรัล รถสองคันในรุ่นเดียวกัน แต่มีพวงมาลัยอยู่ทางซ้ายหรือขวา รองเท้าคู่เดียวกับเท้า บันไดวนในทิศทางซ้ายและในทิศทางที่ถูกต้อง ฯลฯ
และในทางเคมีโมเลกุลก็ไม่มีข้อยกเว้นพวกมันสามารถเป็น chiral ได้เช่นกัน ภาพแสดงโมเลกุลคู่ที่มีรูปทรงเรขาคณิตเตตระฮีดอล แม้ว่าวงที่อยู่ทางซ้ายจะพลิกคว่ำและมีการสร้างทรงกลมสีน้ำเงินและสีม่วงให้สัมผัสกัน แต่ทรงกลมสีน้ำตาลและสีเขียวจะ "ดู" ไม่อยู่ในระนาบ
chirality คืออะไร?
ด้วยโมเลกุลจึงไม่ใช่เรื่องง่ายที่จะกำหนด "เวอร์ชัน" ทางซ้ายหรือขวาเพียงแค่มองดู ด้วยเหตุนี้นักเคมีอินทรีย์จึงใช้การกำหนดค่า Cahn-Ingold-Prelog (R) หรือ (S) หรือในคุณสมบัติทางแสงของสาร chiral เหล่านี้เพื่อหมุนแสงโพลาไรซ์ (ซึ่งเป็นองค์ประกอบของ chiral ด้วย)
อย่างไรก็ตามไม่ใช่เรื่องยากที่จะตรวจสอบว่าโมเลกุลหรือสารประกอบเป็นไครัลเพียงแค่ดูโครงสร้างของมัน อะไรคือคุณสมบัติที่โดดเด่นของโมเลกุลคู่ในภาพด้านบน?
มันมีสารทดแทนที่แตกต่างกันสี่ชนิดแต่ละตัวมีสีลักษณะเฉพาะของตัวเองและรูปทรงเรขาคณิตรอบ ๆ อะตอมกลางก็เป็นจัตุรมุข
ถ้าในโครงสร้างมีอะตอมที่มีสารทดแทนต่างกันสี่ชนิดก็สามารถระบุได้ (ในกรณีส่วนใหญ่) ว่าโมเลกุลนั้นเป็นไครัล
จากนั้นกล่าวกันว่าในโครงสร้างมีศูนย์กลางของไครัลลิตีหรือศูนย์สเตอรีโอเจนิก จะมีหนึ่งคู่ของสเตอริโอไอโซเมอร์ที่เรียกว่า enantiomers
โมเลกุลทั้งสองในภาพคือเอแนนทิโอเมอร์ ยิ่งจำนวนของศูนย์ chiral ที่สารประกอบมีมากเท่าไหร่ความหลากหลายเชิงพื้นที่ก็ยิ่งมากขึ้นเท่านั้น
โดยทั่วไปอะตอมกลางเป็นอะตอมของคาร์บอนในสารชีวโมเลกุลและสารประกอบทั้งหมดที่มีฤทธิ์ทางเภสัชวิทยา อย่างไรก็ตามมันสามารถเป็นหนึ่งในฟอสฟอรัสไนโตรเจนหรือโลหะ
ตัวอย่างของ chirality
จุดศูนย์กลางของ chirality อาจเป็นหนึ่งในองค์ประกอบที่สำคัญที่สุดในการพิจารณาว่าสารประกอบเป็น chiral หรือไม่
อย่างไรก็ตามมีปัจจัยอื่น ๆ ที่อาจไม่มีใครสังเกตเห็น แต่ในโมเดล 3 มิติจะเผยให้เห็นภาพสะท้อนที่ไม่สามารถซ้อนทับได้
สำหรับโครงสร้างเหล่านี้มีการกล่าวกันว่าแทนที่จะเป็นจุดศูนย์กลางพวกเขามีองค์ประกอบอื่น ๆ ของ chirality ด้วยเหตุนี้การมีศูนย์อสมมาตรที่มีสารทดแทนสี่ตัวจึงไม่เพียงพออีกต่อไป แต่โครงสร้างที่เหลือจะต้องได้รับการวิเคราะห์อย่างรอบคอบด้วย และสามารถแยกความแตกต่างของสเตอริโอไอโซเมอร์หนึ่งจากอีกตัวหนึ่งได้
แกน
ที่มา: Jüจาก Wikimedia Commons
สารประกอบที่แสดงในภาพด้านบนอาจดูเหมือนแบนด้วยตาเปล่า แต่จริงๆแล้วไม่ใช่ ทางด้านซ้ายคือโครงสร้างทั่วไปของอัลลีนโดยที่ R หมายถึงสารทดแทนทั้งสี่ชนิด และทางด้านขวาคือโครงสร้างทั่วไปของสารประกอบไบฟีนิล
ปลายที่ R 3และ R 4 พบอาจจะมองเห็นเป็น "ครีบ" ตั้งฉากกับระนาบที่ R 1และ R 2โกหก
หากผู้สังเกตวิเคราะห์โมเลกุลดังกล่าวโดยวางตำแหน่งตาไว้ด้านหน้าของคาร์บอนตัวแรกที่ติดกับ R 1และ R 2 (สำหรับอัลลีน) เขาจะเห็น R 1และ R 2ทางด้านซ้ายและขวาและ R 4และ R 3 ที่ด้านบนและด้านล่าง
ถ้า R 3และ R 4ยังคงอยู่ แต่ R 1ถูกเลื่อนไปทางขวาและ R 2ไปทางซ้ายเราจะมี "เวอร์ชันเชิงพื้นที่" อีก
นี่คือจุดที่ผู้สังเกตการณ์สามารถสรุปได้ว่าเขาพบแกนของ chirality สำหรับอัลลีน biphenyl ก็เช่นเดียวกัน แต่มีวงแหวนอะโรมาติกที่เกี่ยวข้องกับการมองเห็น
แหวนสกรูหรือ Helicity
ที่มา: Sponk จาก Wikimedia Commons
โปรดสังเกตว่าในตัวอย่างก่อนหน้านี้แกน chirality อยู่ในโครงกระดูก C = C = C สำหรับอัลลีนและในพันธะ Ar-Ar สำหรับ biphenyl
สำหรับสารประกอบข้างต้นเรียกว่าเฮปตาเฮลเซเนส (เพราะมีวงแหวนเจ็ดวง) แกนของไครัลคืออะไร คำตอบจะได้รับในภาพเดียวกันด้านบน: แกน Z ของใบพัด
ดังนั้นในการแยกแยะ enantiomer หนึ่งจากอีกตัวคุณต้องดูโมเลกุลเหล่านี้จากด้านบน (โดยเฉพาะอย่างยิ่ง)
ด้วยวิธีนี้จึงสามารถระบุรายละเอียดได้ว่าเฮปตาเฮลิซีนจะหมุนตามเข็มนาฬิกา (ด้านซ้ายของภาพ) หรือทวนเข็มนาฬิกา (ด้านขวาของภาพ)
ระนาบ
สมมติว่าคุณไม่มีเฮลิเคนอีกต่อไป แต่เป็นโมเลกุลที่มีวงแหวนที่ไม่ใช่วงแหวน นั่นคือห้องหนึ่งตั้งอยู่ด้านบนหรือด้านล่างอีกอันหนึ่ง (หรือไม่ได้อยู่บนระนาบเดียวกัน)
ที่นี่ตัวละคร chiral ไม่ได้อยู่บนวงแหวนมากนัก แต่อยู่บนวัสดุทดแทน มันคือสิ่งเหล่านี้ที่กำหนด enantiomers แต่ละตัว
ที่มา: Anypodetos ผู้แต่งไฟล์ PNG ต้นฉบับ: EdChem จาก Wikimedia Commons
ตัวอย่างเช่นในเฟอร์โรซีนในภาพบนวงแหวนที่ "แซนวิช" อะตอม Fe จะไม่เปลี่ยนแปลง แต่อวกาศปฐมนิเทศของแหวนที่มีอะตอมไนโตรเจนและ -N กลุ่ม (CH 3 ) 2 ไม่
ในภาพกลุ่ม -N (CH 3 ) 2ชี้ไปทางซ้าย แต่ใน enantiomer จะชี้ไปทางขวา
คนอื่น ๆ
สำหรับโมเลกุลขนาดใหญ่หรือผู้ที่มีโครงสร้างเอกพจน์รูปภาพจะเริ่มง่ายขึ้น ทำไม? เนื่องจากจากแบบจำลอง 3 มิติของพวกเขาสามารถมองเห็นได้จากตานกว่าเป็นแบบชิรัลหรือไม่เหมือนกับที่เกิดขึ้นกับวัตถุในตัวอย่างเริ่มต้น
ตัวอย่างเช่นท่อนาโนคาร์บอนสามารถแสดงรูปแบบของการเลี้ยวไปทางซ้ายดังนั้นจึงเป็น chiral หากมีเหมือนกัน แต่หันไปทางขวา
สิ่งเดียวกันนี้เกิดขึ้นกับโครงสร้างอื่น ๆ ที่แม้ว่าจะไม่มีศูนย์กลางของไครัล แต่การจัดเรียงเชิงพื้นที่ของอะตอมทั้งหมดก็สามารถอยู่ในรูปแบบของไครัลได้
จากนั้นเราพูดถึง chirality โดยธรรมชาติซึ่งไม่ได้ขึ้นอยู่กับอะตอม แต่รวมอยู่ด้วย
วิธีที่มีพลังทางเคมีในการทำให้ "ภาพซ้าย" แตกต่างจากภาพด้านขวาคือการใช้ปฏิกิริยาแบบสุ่ม นั่นคือสิ่งที่สามารถเกิดขึ้นได้กับ enantiomer หนึ่งคนเท่านั้นในขณะที่ไม่เกิดขึ้นกับอีกคนหนึ่ง
อ้างอิง
- แครี่ F. (2008). เคมีอินทรีย์. (พิมพ์ครั้งที่หก). Mc Graw Hill
- วิกิพีเดีย (2018) Chirality (เคมี) สืบค้นจาก: en.wikipedia.org
- Advameg, Inc. (2018) Chirality. ดึงมาจาก: chemistryexplained.com
- Steven A. Hardinger และ Harcourt Brace & Company (2000) Stereochemistry: การกำหนดโมเลกุล Chirality ดึงมาจาก: chem.ucla.edu
- มหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ด. (2018) chirality โมเลกุล ดึงมาจาก: rowland.harvard.edu
- มหาวิทยาลัยแห่งรัฐโอเรกอน (14 กรกฎาคม 2552). Chirality: Chiral & Achiral Objects ดึงมาจาก: science.oregonstate.edu