Enantiomers: การตั้งชื่อลักษณะคุณสมบัติและตัวอย่าง
Enantiomers เป็นคู่ของสารประกอบอินทรีย์ (และอนินทรีย์) ที่ประกอบด้วยภาพสะท้อนสองภาพที่ไม่สามารถซ้อนทับกันได้ เมื่อสิ่งที่ตรงกันข้ามเกิดขึ้น - ในกรณีของลูกบอล, ไม้กอล์ฟหรือส้อม - พวกเขาถูกกล่าวว่าเป็นวัตถุ achiral
คำว่า chirality ประกาศเกียรติคุณโดยวิลเลียมทอมสัน (ลอร์ดเคลวิน) ซึ่งระบุว่าวัตถุนั้นเป็น chiral ถ้ามันไม่สามารถซ้อนทับกับภาพสะท้อนในกระจก ตัวอย่างเช่นมือเป็นองค์ประกอบ chiral เพราะการสะท้อนของมือซ้ายถึงแม้ว่ามันจะเปลี่ยนจะไม่ตรงกับต้นฉบับ
วิธีหนึ่งในการสาธิตข้างต้นคือการวางมือขวาทางซ้ายโดยพบว่านิ้วเดียวที่เหลื่อมกันคือนิ้วกลาง ในความเป็นจริงคำว่า chiral เกิดขึ้นจากคำว่า cheir ในภาษากรีกซึ่งแปลว่า "มือ"
สำหรับกรณีของทางแยกของภาพด้านบนหากการสะท้อนของมันจะเปิดมันจะพอดีอย่างสมบูรณ์ภายใต้ต้นฉบับซึ่งแปลว่าเป็นวัตถุ achiral
คาร์บอนไม่สมมาตร
รูปทรงเรขาคณิตใดที่ต้องมีชุดของอะตอมที่ถือว่าเป็น chiral? คำตอบคือ tetrahedral; นั่นคือสำหรับสารประกอบอินทรีย์อะตอมของคาร์บอนจะต้องมีการเรียงตัวของเตตระฮีดรารอบ ๆ อย่างไรก็ตามถึงแม้ว่าสิ่งนี้จะใช้กับสารประกอบส่วนใหญ่ แต่ก็ไม่ได้เป็นเช่นนั้นเสมอไป
สำหรับสารประกอบ CW 4 สมมุติฐานนี้ว่าเป็น chiral ส่วนประกอบย่อยทั้งหมดจะต้องแตกต่างกัน หากไม่ได้เป็นเช่นนี้ภาพสะท้อนของจัตุรมุขอาจซ้อนทับกันหลังจากการหมุน
ดังนั้นสารประกอบ C (ABCD) จึงเป็น chiral เมื่อสิ่งนี้เกิดขึ้นอะตอมของคาร์บอนที่ถูกพันธะกับธาตุทั้งสี่จะเรียกว่าคาร์บอนอสมมาตร (หรือคาร์บอน stereogenic) เมื่อคาร์บอนนี้ "มอง" ที่กระจกการสะท้อนของมันและสิ่งนี้ทำขึ้นเป็นคู่ enantiomeric
ในภาพด้านบนมีการแสดงภาพสามมิติของสารประกอบ C (ABCD) พิจารณาเฉพาะคู่แรกการสะท้อนของมันไม่ใช่ superimposable เพราะเมื่อพลิกตัวอักษร A และ D เท่านั้น แต่ไม่ใช่ C และ B
คู่ Enantiomers คู่อื่นมีความสัมพันธ์แบบใด? สารประกอบและภาพของคู่ enantiomeric แรกเป็น diastereomers ของคู่อื่น ๆ
กล่าวอีกนัยหนึ่ง diastereomers เป็นสเตอริโอไอโซเมอร์ของสารประกอบเดียวกัน แต่ไม่เป็นผลมาจากการสะท้อนของตัวเอง; นั่นคือพวกเขาไม่ใช่ภาพสะท้อนในกระจก
วิธีที่ใช้ประโยชน์ได้จริงในการดูดซับแนวคิดนี้คือการใช้แบบจำลองซึ่งบางแบบก็ง่ายเหมือนอาวุธที่มีลูกอนิเมะแท่งบางแท่งและก้อนดินน้ำมันเพื่อเป็นตัวแทนอะตอมหรือกลุ่ม
ศัพท์เฉพาะ
การเปลี่ยนตำแหน่งของตัวอักษรสองตัวทำให้เกิด enantiomer อีกตัว แต่หากมีการเปลี่ยนแปลงตัวอักษรสามตัวการดำเนินการจะกลับไปเป็นสารประกอบดั้งเดิมที่มีการวางแนวที่แตกต่างกัน
ด้วยวิธีนี้การเปลี่ยนตัวอักษรสองตัวก่อให้เกิด Enantiomers ใหม่สองตัวและในเวลาเดียวกันเปลี่ยนเป็น Diastereomers ใหม่สองตัวของคู่แรก
อย่างไรก็ตามจะแยกความแตกต่างระหว่าง Enantiomers เหล่านี้ได้อย่างไร? มันอยู่ที่นี่เมื่อการกำหนดค่าสัมบูรณ์ของ RS เกิดขึ้น
นักวิจัยที่นำมาใช้คือ Cahn, Sir Christopher Ingold และ Vladimir Prelog ด้วยเหตุนี้จึงเป็นที่รู้จักในฐานะระบบสัญกรณ์ (RS) ของ Cahn-Ingold-Prelog
กฎของลำดับหรือลำดับความสำคัญ
วิธีใช้การกำหนดค่าแบบสัมบูรณ์นี้ได้อย่างไร ประการแรกคำว่า "การกำหนดค่าแบบสัมบูรณ์" หมายถึงการจัดเรียงเชิงพื้นที่ที่แน่นอนของสารที่ใช้แทนคาร์บอนอสมมาตร ดังนั้นการจัดเรียงเชิงพื้นที่แต่ละครั้งมีการกำหนดค่า R หรือ S ของตัวเอง
ภาพด้านบนแสดงให้เห็นถึงการกำหนดค่าสัมบูรณ์สองประการสำหรับคู่ Enantiomers ในการกำหนดหนึ่งในสองเป็น R หรือ S กฎของลำดับหรือลำดับความสำคัญจะต้องปฏิบัติตาม:
1- องค์ประกอบย่อยที่มีหมายเลขอะตอมสูงสุดคือหมายเลขที่มีลำดับความสำคัญสูงสุด
2- โมเลกุลมุ่งเน้นเพื่อให้อะตอมหรือกลุ่มที่มีลำดับความสำคัญต่ำสุดอยู่หลังระนาบ
3- วาดลูกศรของลิงค์และวาดวงกลมตามลำดับความสำคัญจากมากไปน้อย หากทิศทางนี้เป็นตามเข็มนาฬิกาเดียวกันการกำหนดค่าคือ R; ถ้ามันเป็นทวนเข็มนาฬิกาการกำหนดค่าก็คือ S
ในกรณีของภาพทรงกลมสีแดงที่ทำเครื่องหมายด้วยหมายเลข 1 สอดคล้องกับวัตถุย่อยที่มีลำดับความสำคัญสูงสุดและอื่น ๆ
ทรงกลมสีขาวที่หมายเลข 4 เกือบจะตรงกับอะตอมไฮโดรเจน กล่าวอีกนัยหนึ่ง: ไฮโดรเจนเป็นส่วนประกอบย่อยของลำดับความสำคัญต่ำสุดและนับเป็นครั้งสุดท้าย
ตัวอย่างของการกำหนดค่าที่แน่นอน
ในการประกอบภาพด้านบน (กรดอะมิโน l-serine) คาร์บอนอสมมาตรมีองค์ประกอบย่อยดังต่อไปนี้: CH 2 OH, H, COOH และ NH 2
การใช้กฎข้างต้นสำหรับสารประกอบนี้ส่วนประกอบย่อยที่มีลำดับความสำคัญสูงสุดคือ NH 2 ตามด้วย COOH และสุดท้ายคือ CH 2 OH องค์ประกอบย่อยที่สี่เป็นที่เข้าใจกันว่าเป็นเอช
กลุ่ม COOH มีลำดับความสำคัญมากกว่า CH 2 OH เนื่องจากคาร์บอนก่อให้เกิดพันธะสามอะตอมกับอะตอมออกซิเจน (O, O, O) ในขณะที่อีกรูปแบบเดียวเท่านั้นที่มี OH (H, H, O)
ลักษณะของ enantiomers
Enantiomers ขาดองค์ประกอบของความสมมาตร องค์ประกอบเหล่านี้สามารถเป็นได้ทั้งระนาบหรือศูนย์กลางของสมมาตร
เมื่อสิ่งเหล่านี้มีอยู่ในโครงสร้างโมเลกุลมันมีโอกาสมากที่สารประกอบนั้นจะเป็น achiral และดังนั้นจึงไม่สามารถก่อให้เกิด enantiomers ได้
สรรพคุณ
คู่ของ enantiomers จัดแสดงคุณสมบัติทางกายภาพเดียวกันเช่นจุดเดือดจุดหลอมเหลวหรือความดันไอ
อย่างไรก็ตามสิ่งหนึ่งที่ทำให้คุณสมบัติแตกต่างกันคือความสามารถในการหมุนแสงโพลาไรซ์หรืออะไรที่เหมือนกัน: enantiomer แต่ละตัวมีกิจกรรมทางแสงของตัวเอง
ยานยนต์ที่หมุนแสงโพลาไรซ์ตามเข็มนาฬิกาจะได้รับการกำหนดค่า (+) ในขณะที่สิ่งที่หมุนไปทางตรงข้ามจะได้รับการกำหนดค่า (-)
การหมุนเหล่านี้เป็นอิสระจากการจัดเรียงเชิงพื้นที่ขององค์ประกอบย่อยบนคาร์บอนแบบอสมมาตร ดังนั้นสารประกอบของการกำหนดค่า R หรือ S สามารถ (+) และ (-)
นอกจากนี้หากความเข้มข้นของ enantiomers (+) และ (-) เท่ากันแสงโพลาไรซ์จะไม่เบี่ยงเบนจากวิถีของมัน เมื่อสิ่งนี้เกิดขึ้นผสมเรียกว่าส่วนผสม racemic
ในทางกลับกันการจัดเรียงเชิงพื้นที่ควบคุมปฏิกิริยาของสารเหล่านี้กับพื้นผิว stereospecific ตัวอย่างของ stereospecificity นี้เกิดขึ้นในกรณีของเอนไซม์ซึ่งสามารถทำงานกับ enantiomer บางตัวเท่านั้น แต่ไม่ใช่ในภาพสะท้อนในกระจก
ตัวอย่าง
ในบรรดานัก Enantiomers ที่เป็นไปได้จำนวนมากเรามีตัวอย่างของสามสารประกอบต่อไปนี้:
thalidomide
ข้อใดของสองโมเลกุลที่มีการตั้งค่า S ทางซ้ายหนึ่งอัน ลำดับของลำดับความสำคัญมีดังนี้: อันดับแรกคืออะตอมไนโตรเจน, อันดับที่สองคือกลุ่มคาร์บอนิล (C = O), และอันดับที่สองคือกลุ่มเมธิลีน (-CH 2 -)
เมื่อผ่านกลุ่มให้ใช้ทิศทางตามเข็มนาฬิกา (R) อย่างไรก็ตามเมื่อไฮโดรเจนชี้ออกมาจากระนาบการกำหนดค่าที่มองเห็นจากมุมด้านหลังนั้นตรงกับ S ในขณะที่ในกรณีของโมเลกุลทางด้านขวาไฮโดรเจน (ลำดับความสำคัญต่ำสุด) จะกลับมาอีกครั้ง ของเครื่องบิน
Salbutamol และ limonene
ข้อใดของสองโมเลกุลนี้คือ R enantiomer: อันใดอันหนึ่งที่อยู่ด้านบนหรืออันที่ด้านล่าง? ในโมเลกุลทั้งสองนั้นคาร์บอนอสมมาตรจะถูกจับกับกลุ่ม OH
การสร้างลำดับความสำคัญสำหรับโมเลกุลด้านล่างที่ให้มาด้วยวิธีนี้: อันดับแรก OH, อันดับที่สองของ aromatic ring และอันดับที่สามของกลุ่ม CH 2 -NH-C (CH 3 ) 3
เมื่อผ่านกลุ่มวงกลมจะถูกวาดในทิศทางตามเข็มนาฬิกา ดังนั้นจึงเป็นอานันโดเมอร์อาร์ดังนั้นโมเลกุลด้านล่างคืออานันติโอเมอร์อาร์และชั้นบนสุดคือเอส
สำหรับกรณีของสารประกอบ (R) - (+) - limonene และ (S) - (-) - limonene ความแตกต่างอยู่ในแหล่งและกลิ่นของพวกเขา R-enantiomer มีลักษณะเป็นกลิ่นส้มขณะที่ S-enantiomer มีกลิ่นมะนาว
