Enancjomery: nazewnictwo, charakterystyka, właściwości i przykłady

Enancjomery to te pary związków organicznych (i nieorganicznych), które składają się z dwóch lustrzanych obrazów, które nie mogą zachodzić na siebie. Kiedy dzieje się coś przeciwnego - na przykład w przypadku piłki, kijka golfowego lub widelca - mówi się, że są to obiekty achiralne.

Termin chiralność został ukuty przez Williama Thomsona (Lord Kelvin), który zdefiniował, że obiekt jest chiralny, jeśli nie może pokrywać się z jego lustrzanym odbiciem. Na przykład dłonie są elementami chiralnymi, ponieważ odbicie lewej ręki, choć się obraca, nigdy nie zbiegnie się z oryginałem.

Jednym ze sposobów zademonstrowania powyższego jest umieszczenie prawej ręki po lewej stronie, stwierdzając, że jedyne nakładające się palce to środkowe. W rzeczywistości słowo chiral pochodzi od greckiego słowa cheir, co oznacza „ręka”.

W przypadku rozwidlenia górnego obrazu, gdyby jego odbicie miało się obrócić, pasowałoby idealnie pod oryginał, co przekłada się na obiekt achiralny.

Asymetryczny węgiel

Jaki kształt geometryczny musi mieć zestaw atomów jako chiralny? Odpowiedź jest czworościenna; to znaczy, że dla związku organicznego atom węgla musi mieć wokół siebie czworościenny układ. Jednakże, chociaż dotyczy to większości związków, nie zawsze tak jest.

Aby ten hipotetyczny związek CW ₄ był chiralny, wszystkie podstawniki muszą być różne. Gdyby tak nie było, odbicie czworościanu mogłoby się pokryć po kilku obrotach.

Zatem związek C (ABCD) jest chiralny. Gdy to nastąpi, atom węgla związany z czterema różnymi podstawnikami jest znany jako węgiel asymetryczny (lub węgiel stereogeniczny). Gdy ten węgiel „patrzy” na lustro, jego odbicie i to tworzy parę enancjomeryczną.

Na górnym obrazie zilustrowano trzy pary enancjomeryczne związku C (ABCD). Biorąc pod uwagę tylko pierwszą parę, jej odbicie nie jest możliwe do nałożenia, ponieważ podczas obracania tylko litery A i D pokrywają się, ale nie C i B.

Jaki związek mają ze sobą inne pary enancjomerów? Związek i jego obraz pierwszej pary enancjomerycznej stanowią diastereomery innych par.

Innymi słowy, diastereomery są stereoizomerami tego samego związku, ale nie są produktem ich własnego odbicia; to znaczy, nie są jego lustrzanym odbiciem.

Praktycznym sposobem na przyswojenie tej koncepcji jest użycie modeli, z których niektóre są tak proste, jak te uzbrojone w piłkę anime, niektóre kije i niektóre masy plastelinowe do reprezentowania atomów lub grup.

Nomenklatura

Zmiana miejsca dwóch liter powoduje powstanie kolejnego enancjomeru, ale jeśli zmienią się trzy litery, operacja powraca do pierwotnego związku o innej orientacji przestrzennej.

W ten sposób zmiana dwóch liter powoduje powstanie dwóch nowych enancjomerów, a jednocześnie dwóch nowych diastereomerów początkowej pary.

Jak jednak odróżnić te enancjomery od siebie? To tutaj powstaje absolutna konfiguracja RS.

Badaczami, którzy go wdrożyli, byli Cahn, Sir Christopher Ingold i Vladimir Prelog. Z tego powodu jest znany jako system notacji (RS) Cahna-Ingolda-Preloga.

Zasady sekwencji lub priorytetów

Jak zastosować tę absolutną konfigurację? Po pierwsze, określenie „konfiguracja absolutna” odnosi się do dokładnego rozmieszczenia przestrzennego podstawników na asymetrycznym węglu. Zatem każdy układ przestrzenny ma własną konfigurację R lub S.

Górny obraz ilustruje dwie absolutne konfiguracje pary enancjomerów. Aby wyznaczyć jeden z dwóch jako R lub S, należy przestrzegać reguł sekwencji lub priorytetów:

1- Podstawnik o najwyższej liczbie atomowej jest tym, który ma najwyższy priorytet.

2- Cząsteczka jest zorientowana tak, że atom lub grupa najmniej priorytetowych punktów znajduje się za płaszczyzną.

3- Narysuj strzałki linków i narysuj okrąg w malejącym priorytecie. Jeśli ten kierunek jest taki sam zgodnie z ruchem wskazówek zegara, konfiguracja to R; jeśli jest przeciwnie do ruchu wskazówek zegara, konfiguracja to S.

W przypadku obrazu czerwona kula oznaczona numerem 1 odpowiada podstawnikowi o najwyższym priorytecie i tak dalej.

Biała kula, numer 4, prawie zawsze odpowiada atomowi wodoru. Innymi słowy: wodór jest podstawnikiem najniższego priorytetu i liczy się jako ostatni.

Przykład konfiguracji absolutnej

W kompozycie górnego obrazu (aminokwas l-seryna) asymetryczny węgiel ma następujące podstawniki: CH2OH, H, COOH i NH2.

Stosując powyższe zasady dla tego związku, podstawnikiem o najwyższym priorytecie jest NH2, a następnie COOH i na koniec CH2OH. Czwarty podstawnik jest rozumiany jako H.

Grupa COOH ma pierwszeństwo przed CH ₂ OH, ponieważ węgiel tworzy trzy wiązania z atomami tlenu (O, O, O), podczas gdy drugi tworzy tylko jedno z OH (H, H, O).

Charakterystyka enancjomerów

Enancjomery nie zawierają elementów symetrii. Te elementy mogą być płaszczyzną lub środkiem symetrii.

Gdy są one obecne w strukturze molekularnej, jest bardzo prawdopodobne, że związek jest achiralny, a zatem nie może tworzyć enancjomerów.

Właściwości

Para enancjomerów wykazuje te same właściwości fizyczne, takie jak temperatura wrzenia, temperatura topnienia lub ciśnienie pary.

Jedną z właściwości, która je odróżnia, jest zdolność do obracania spolaryzowanego światła lub, co jest takie samo: każdy enancjomer ma własne działania optyczne.

Enancjomery obracające światło spolaryzowane zgodnie z ruchem wskazówek zegara uzyskują konfigurację (+), podczas gdy te, które obracają ją w kierunku przeciwnym, uzyskują konfigurację (-).

Obroty te są niezależne od przestrzennego rozmieszczenia podstawników na asymetrycznym węglu. Odpowiednio, związek konfiguracji R lub S może być (+) i (-).

Dodatkowo, jeśli stężenia obu enancjomerów (+) i (-) są równe, światło spolaryzowane nie odbiega od swojej trajektorii i mieszanina jest optycznie nieaktywna. W takim przypadku mieszanina nazywana jest mieszaniną racemiczną.

Z kolei układy przestrzenne regulują reaktywność tych związków wobec stereospecyficznych substratów. Przykład tej stereospecyficzności występuje w przypadku enzymów, które mogą działać tylko na pewien enancjomer, ale nie na jego odbicie lustrzane.

Przykłady

Spośród wielu możliwych enancjomerów, mamy na przykład następujące trzy związki:

Talidomid

Która z dwóch cząsteczek ma konfigurację S? Ten po lewej. Kolejność priorytetów jest następująca: najpierw atom azotu, następnie grupa karbonylowa (C = O), a trzecia grupa metylenowa (-CH2-).

Podczas przechodzenia przez grupy użyj kierunku zgodnego z ruchem wskazówek zegara (R); jednak, gdy wodór wskazuje na płaszczyznę, konfiguracja widziana z kąta oparcia w rzeczywistości odpowiada S, podczas gdy w przypadku cząsteczki po prawej stronie wodór (najniższy priorytet) wskazuje jednokrotnie samolotu.

Salbutamol i limonen

Która z dwóch cząsteczek jest enancjomerem R: ta powyżej lub ta poniżej? W obu cząsteczkach asymetryczny węgiel jest związany z grupą OH.

Ustalenie kolejności priorytetów dla cząsteczki poniżej, która daje w ten sposób: najpierw OH, drugi pierścień aromatyczny, a trzecią grupę CH ₂ -NH-C (CH ₃ ) ₃ .

Przechodząc przez grupy, okrąg jest rysowany zgodnie z ruchem wskazówek zegara; dlatego jest to enancjomer R. Zatem cząsteczka poniżej jest enancjomerem R, a górna jest enancjomerem S.

W przypadku związku (R) - (+) - limonen i (S) - (-) - limonen różnice występują w ich źródłach i zapachach. Enancjomer R charakteryzuje się zapachem pomarańczy, podczas gdy enancjomer S ma zapach cytryn.