Die Chiralität ist eine geometrische Eigenschaft, dass ein Objekt zwei Bilder haben kann: eines rechts und eines links, die nicht austauschbar sind; Das heißt, sie sind räumlich unterschiedlich, obwohl der Rest ihrer Eigenschaften identisch ist. Ein Objekt, das Chiralität aufweist, wird einfach als "chiral" bezeichnet.
Die rechte und die linke Hand sind chiral: Eine ist die Reflexion (Spiegelbild) der anderen, aber sie sind nicht gleich, da ihre Daumen beim Übereinander nicht zusammenfallen.
Quelle: Gabriel Bolívar
Mehr als ein Spiegel, um zu wissen, ob ein Objekt chiral ist, muss die folgende Frage gestellt werden: Hat es "Versionen" sowohl für die linke als auch für die rechte Seite?
Beispielsweise sind ein linkshändiger und ein rechtshändiger Schreibtisch chirale Objekte. zwei Fahrzeuge des gleichen Modells, jedoch mit dem Lenkrad links oder rechts; ein Paar Schuhe sowie Füße; Wendeltreppen in die linke Richtung und in die rechte Richtung usw.
Und in der Chemie sind Moleküle keine Ausnahme: Sie können auch chiral sein. Das Bild zeigt ein Molekülpaar mit tetraedrischer Geometrie. Selbst wenn die linke umgedreht wird und die blauen und violetten Kugeln sich berühren, sehen die braunen und grünen Kugeln aus der Ebene heraus.
Was ist Chiralität?
Bei Molekülen ist es nicht so einfach zu definieren, welche die linke oder rechte "Version" ist, wenn man sie nur betrachtet. Organische Chemiker greifen dazu auf die Cahn-Ingold-Prelog (R) - oder (S) -Konfigurationen oder auf die optischen Eigenschaften dieser chiralen Substanzen zurück, um polarisiertes Licht (das auch ein chirales Element ist) zu drehen.
Es ist jedoch nicht schwierig zu bestimmen, ob ein Molekül oder eine Verbindung chiral ist, indem man nur seine Struktur betrachtet. Was ist das auffällige Merkmal des Molekülpaars im obigen Bild?
Es hat vier verschiedene Substituenten, von denen jeder seine eigene charakteristische Farbe hat, und auch die Geometrie um das Zentralatom ist tetraedrisch.
Wenn es in einer Struktur ein Atom mit vier verschiedenen Substituenten gibt, kann (in den meisten Fällen) festgestellt werden, dass das Molekül chiral ist.
Dann wird gesagt, dass es in der Struktur ein Zentrum der Chiralität oder ein stereogenes Zentrum gibt. Wo es eines gibt, wird es ein Paar Stereoisomere geben, die als Enantiomere bekannt sind.
Die beiden Moleküle im Bild sind Enantiomere. Je mehr chirale Zentren eine Verbindung hat, desto größer ist ihre räumliche Vielfalt.
Das Zentralatom ist im Allgemeinen ein Kohlenstoffatom in allen Biomolekülen und Verbindungen mit pharmakologischer Aktivität; Es kann sich jedoch auch um Phosphor, Stickstoff oder ein Metall handeln.
Beispiele für Chiralität
Das Zentrum der Chiralität ist vielleicht eines der wichtigsten Elemente bei der Bestimmung, ob eine Verbindung chiral ist oder nicht.
Es gibt jedoch andere Faktoren, die möglicherweise unbemerkt bleiben. In 3D-Modellen wird jedoch ein Spiegelbild angezeigt, das nicht überlagert werden kann.
Für diese Strukturen heißt es dann, dass sie anstelle des Zentrums andere Elemente der Chiralität haben. Vor diesem Hintergrund reicht das Vorhandensein eines asymmetrischen Zentrums mit vier Substituenten nicht mehr aus, aber der Rest der Struktur muss ebenfalls sorgfältig analysiert werden. und somit in der Lage sein, ein Stereoisomer von einem anderen zu unterscheiden.
Axial
Quelle: Jü, aus Wikimedia Commons
Die im obigen Bild gezeigten Verbindungen mögen mit bloßem Auge flach erscheinen, sind es aber wirklich nicht. Links ist die allgemeine Struktur eines Allens dargestellt, wobei R die vier verschiedenen Substituenten bezeichnet; und rechts die allgemeine Struktur einer Biphenylverbindung.
Das Ende, an dem sich R 3 und R 4 treffen, könnte als "Flosse" senkrecht zu der Ebene dargestellt werden, auf der R 1 und R 2 liegen .
Wenn ein Beobachter solche Moleküle analysiert, indem er das Auge vor dem ersten Kohlenstoff positioniert, der an R 1 und R 2 (für Allen) gebunden ist, sieht er R 1 und R 2 auf der linken und rechten Seite und R 4 und R 3 oben und unten.
Wenn R 3 und R 4 fest bleiben, aber R 1 nach rechts und R 2 nach links verschoben ist , haben wir eine andere „räumliche Version“.
Hier kann der Beobachter daraus schließen, dass er eine Chiralitätsachse für Allen gefunden hat; Gleiches gilt für Biphenyl, jedoch mit den am Sehen beteiligten aromatischen Ringen.
Ringschrauben oder Helicity
Quelle: Sponk, aus Wikimedia Commons
Beachten Sie, dass im vorherigen Beispiel die Chiralitätsachse im C = C = C-Gerüst für Allen und in der Ar-Ar-Bindung für Biphenyl lag.
Was ist für die oben genannten Verbindungen Heptahelcene (weil sie sieben Ringe haben) ihre Chiralitätsachse? Die Antwort ist im selben Bild oben angegeben: die Z-Achse, die des Propellers.
Um ein Enantiomer von einem anderen zu unterscheiden, müssen Sie diese Moleküle (von vorzugsweise) von oben betrachten.
Auf diese Weise kann detailliert beschrieben werden, dass sich ein Heptahelicen im Uhrzeigersinn (linke Seite des Bildes) oder gegen den Uhrzeigersinn (rechte Seite des Bildes) dreht.
Planar
Angenommen, Sie haben kein Helicen mehr, sondern ein Molekül mit nicht koplanaren Ringen. Das heißt, einer befindet sich über oder unter dem anderen (oder sie befinden sich nicht in derselben Ebene).
Hier ruht der chirale Charakter nicht so sehr auf dem Ring, sondern auf seinen Substituenten; es sind diese, die jedes der beiden Enantiomere definieren.
Quelle: Anypodetos, Autor der ursprünglichen PNG-Datei: EdChem, aus Wikimedia Commons
Zum Beispiel ändern sich im Ferrocen im oberen Bild die Ringe, die das Fe-Atom "einklemmen", nicht; aber die räumliche Orientierung des Rings mit dem Stickstoffatom und der Gruppe -N (CH 3 ) 2 tut dies .
Im Bild zeigt die Gruppe -N (CH 3 ) 2 nach links, in ihrem Enantiomer jedoch nach rechts.
Andere
Bei Makromolekülen oder solchen mit singulären Strukturen beginnt sich das Bild zu vereinfachen. Warum? Denn anhand ihrer 3D-Modelle kann aus der Vogelperspektive gesehen werden, ob sie chiral sind oder nicht, wie dies bei den Objekten in den ersten Beispielen der Fall ist.
Zum Beispiel kann eine Kohlenstoffnanoröhre Muster von Windungen nach links zeigen, und daher ist es chiral, wenn es eine identische gibt, aber mit Windungen nach rechts.
Gleiches gilt für andere Strukturen, bei denen die räumliche Anordnung aller Atome trotz fehlender Chiralitätszentren chirale Formen annehmen kann.
Wir sprechen dann von einer inhärenten Chiralität, die nicht von einem Atom, sondern vom Ganzen abhängt.
Ein chemisch kraftvoller Weg, das "linke Bild" vom rechten zu unterscheiden, ist eine stereoselektive Reaktion; das heißt, eines, wo es nur mit einem Enantiomer auftreten kann, während es mit dem anderen nicht auftritt.
Verweise
- Carey F. (2008). Organische Chemie. (Sechste Ausgabe). Mc Graw Hill.
- Wikipedia. (2018). Chiralität (Chemie). Wiederhergestellt von: en.wikipedia.org
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