כירליות הוא רכוש גיאומטרי כי אובייקט יכול להיות שתי תמונות: אחת נכוני שמאל אחד, אשר איננו ניתנת להחלפה; כלומר, הם שונים זה מזה במרחב, למרות ששאר המאפיינים שלהם זהים. אובייקט שמציג כיראליות נאמר בפשטות שהוא 'כיראלי'.
הידיים הימניות והשמאליות הן כיראליות: האחת היא השתקפות (תמונת המראה) של השנייה, אך הן אינן זהות, מכיוון שכשמניחים זו על גבי זו, אגודליהם אינם חופפים זה לזה.
מקור: גבריאל בוליבר
יותר ממראה, כדי לדעת אם אובייקט הוא כיראלי, יש לשאול את השאלה הבאה: האם יש לו "גרסאות" הן מצד שמאל והן מצד ימין?
לדוגמה, שולחן יד שמאלי וידה ימנית הם אובייקטים כיראליים; שני רכבים מאותו דגם אך עם ההגה משמאל או ימין; זוג נעליים, כמו גם כפות רגליים; מדרגות ספירלה בכיוון השמאלי, ובכיוון הנכון וכו '.
ובכימיה, מולקולות אינן יוצאת דופן: הן יכולות להיות גם כיראליות. התמונה מציגה זוג מולקולות עם גיאומטריה טטרהדראלית. גם אם זה שמאלה מתהפך והכדורים הכחולים והסגולים יוצרים מגע, הספירות החומות והירוקות "יראו" מחוץ למישור.
מהי כיראליות?
עם מולקולות לא כל כך קל להגדיר איזו "גרסה" שמאלה או ימינה רק על ידי התבוננות בהן. לשם כך, כימאים אורגניים פונים לתצורות Cahn-Ingold-Prelog (R) או (S), או בסגולה האופטית של חומרים כיראליים אלה כדי לסובב אור מקוטב (שהוא גם יסוד כיראלי).
עם זאת, לא קשה לקבוע אם מולקולה או תרכובת הם כיראליים רק על ידי התבוננות במבנה שלה. מה התכונה הבולטת של צמד המולקולות בתמונה למעלה?
יש לו ארבעה תחליפים שונים, שלכל אחד מהם צבע מאפיין משלו, וגם הגיאומטריה סביב האטום המרכזי היא טטראדית.
אם במבנה יש אטום עם ארבעה תחליפים שונים, ניתן לקבוע (ברוב המקרים) כי המולקולה היא כיראלית.
ואז נאמר שבמבנה יש מרכז כיראליות או מרכז סטראוגני. במקום שיש אחד כזה, יהיו זוג סטריאו-איזומרים הידועים בשם אננטריומרים.
שתי המולקולות בתמונה הן enantiomers. ככל שמספר המרכזים הכיראליים שיש למתחם גדול יותר, כך המגוון המרחבי שלו גדול יותר.
האטום המרכזי הוא בדרך כלל אטום פחמן בכל הבי-מולקולות והתרכובות עם פעילות פרמקולוגית; עם זאת זה יכול להיות גם של זרחן, חנקן או מתכת.
דוגמאות לכיראליות
מרכז הכיריות הוא אולי אחד המרכיבים החשובים ביותר בקביעת האם תרכובת היא כיראלית או לא.
עם זאת, ישנם גורמים אחרים שעשויים להשתנות, אך בדגמי תלת מימד הם חושפים תמונת מראה שלא ניתן להטמיע אותה מעל.
לגבי מבנים אלה נאמר כי במקום המרכז יש להם אלמנטים אחרים של כיראליות. עם זאת בחשבון, נוכחותו של מרכז אסימטרי עם ארבעה תחליפים אינה מספיקה עוד, אך יש לנתח היטב את שאר המבנה; וכך להיות מסוגלים להבדיל בין סטריאוסומר אחד למשנהו.
צִירִי
מקור: Jü, מ- Wikimedia Commons
תרכובות המוצגות בתמונה למעלה עשויות להיראות שטוחות לעין בלתי מזוינת, אך הן באמת לא. משמאל נמצא המבנה הכללי של אלן, כאשר R מציין את ארבעת התחליפים השונים; ומימין, המבנה הכללי של תרכובת דו-פנינית.
ניתן לדמיין את הסוף בו נפגשים R 3 ו- R 4 כ"סנפיר "בניצב למישור בו שוכנות R 1 ו- R 2 .
אם משקיף מנתח מולקולות כאלה על ידי הצבת עין מול פחמן הראשונה המצורפת R 1 ו R 2 (עבור allene), הוא יראה R 1 ו R 2 בצידי ימינה ושמאלה, ו- R 4 ו R 3 על העליון והתחתון.
אם R 3 ו- R 4 נשארים קבועים, אך R 1 מועבר לימין, ו- R 2 שמאלה, תהיה לנו "גרסה מרחבית" נוספת.
זה המקום בו הצופה יכול להסיק כי מצא ציר של כיראליות לאלן; הדבר נכון גם לגבי ביפניל, אך עם הטבעות הארומטיות המעורבות בראיה.
ברגי טבעת או הליקה
מקור: ספונק, מ- Wikimedia Commons
שימו לב שבדוגמה הקודמת ציר הכיריות היה מונח בשלד C = C = C, עבור אלן, ובקשר Ar-Ar, עבור bifenyl.
לגבי התרכובות שלמעלה הנקראות heptahelcenes (מכיוון שיש להן שבע טבעות), מהו ציר הכיראליות שלהן? התשובה ניתנת באותה תמונה למעלה: ציר ה- Z, של המדחף.
לפיכך, כדי להבחין באננטיומר אחד אחר, צריך להסתכל על מולקולות אלה מלמעלה (רצוי).
בדרך זו ניתן לפרט כי הפטהליסן מסתובב עם כיוון השעון (צד שמאל של התמונה), או נגד כיוון השעון (צד ימין של התמונה).
מישורית
נניח שכבר אין לך הלן, אלא מולקולה עם טבעות שאינן מסוכסכות; כלומר האחד ממוקם מעל השני או מתחת לו (או שהם לא נמצאים באותו מישור).
כאן הדמות הכיראלית לא נשענת כל כך על הטבעת, אלא על תחליפיו; אלה הם שמגדירים כל אחד משני האנטוניומרים.
מקור: Anypodetos, מחבר קובץ PNG המקורי: EdChem, מתוך ויקימדיה
לדוגמה, בפרוזן שבתמונה העליונה הטבעות ש"כריך "אטום Fe אינן משתנות; אבל האוריינטציה המרחבית של הטבעת עם אטום חנקן והקבוצה -N (CH 3 ) 2 עושה .
בתמונה הקבוצה -N (CH 3 ) 2 מצביעה על שמאל, אך באנטונימר שלה היא תצביע ימינה.
אחרים
עבור מקרומולקולות או כאלה עם מבנים יחידים, התמונה מתחילה לפשט. למה? מכיוון שמדגמי התלת מימד שלהם ניתן לראות מעין הציפור אם הם כיראליים או לא, כמו שקורה עם האובייקטים בדוגמאות הראשוניות.
לדוגמה, צינור צינור פחמן יכול להראות דפוסי פניות שמאלה, ולכן הוא כיראלי אם יש זהה אבל עם פניות ימינה.
הדבר קורה גם במבנים אחרים שבהם, למרות שאינם בעלי מרכזי כיראליות, הסידור המרחבי של כל האטומים שלהם יכול ללבוש צורות כיראליות.
אנו מדברים אז על כיריות מובנית, שאינה תלויה באטום אלא בכללותו.
דרך כוחנית כימית להבדיל בין הדימוי השמאלי לזו היא באמצעות תגובה סטראוסלקטיבית; כלומר, אחד בו הוא יכול להתרחש רק עם אנאנטיומר אחד, ואילו לא עם השני.
הפניות
- קארי פ '(2008). כימיה אורגנית. (המהדורה השישית). מק גריי היל.
- ויקיפדיה. (2018). כיריות (כימיה). התאושש מ: en.wikipedia.org
- Advameg, Inc. (2018). כיריות. התאושש מ: chemistryexplained.com
- סטיבן א. הרדינגר והארקורט ברייס וחברה. (2000). סטריאו-כימיה: קביעת כיריות מולקולרית. התאושש מ: chem.ucla.edu
- אוניברסיטת הרוורד. (2018). כיריות מולקולרית. התאושש מ: rowland.harvard.edu
- אוניברסיטת אורגון. (14 ביולי 2009). כיריות: אובייקטים כיראליים ואחרירליים. התאושש מ: science.oregonstate.edu