Енантиомери: номенклатура, характеристики, свойства и примери

Енантиомери са онези двойки органични (и неорганични) съединения, които се състоят от две огледални образи, които не могат да се припокриват една с друга. Когато настъпи обратното - например в случай на топка, голф клуб или вилица - те се наричат ​​ахирални обекти.

Терминът хиралност е измислен от Уилям Томсън (лорд Келвин), който определя, че обектът е хирален, ако не може да се припокрива с неговия огледален образ. Например, ръцете са хирални елементи, защото отражението на лявата ръка, макар и да се превръща, никога няма да съвпадне с оригинала.

Един от начините да се демонстрира горното е чрез поставяне на дясната ръка в ляво, като се установи, че единствените пръсти, които се припокриват, са средните. Всъщност, думата хирал произлиза от гръцката дума cheir, което означава "ръка".

За случая с вилицата на горното изображение, ако отражението му се обърне, то би се вписвало идеално под оригинала, което се превежда като ахирален обект.

Асиметричен въглерод

Каква геометрична форма трябва да се счита за набор от атоми за хирална? Отговорът е тетраедричен; за органично съединение въглеродният атом трябва да има тетраедрично разположение около него. Въпреки това, въпреки че това се отнася за повечето съединения, това не винаги е така.

За да бъде хипотетичното CW 4 съединение хирално, всички заместители трябва да бъдат различни. Ако не беше по този начин, отражението на тетраедъра би могло да се припокрие след няколко завъртания.

Така, съединение С (ABCD) е хирално. Когато това се случи, въглеродният атом, свързан с четири различни заместители, е известен като асиметричен въглерод (или стереогенен въглерод). Когато този въглерод „изглежда“ в огледалото, неговото отражение и това съставляват енантиомерната двойка.

В горното изображение са показани три енантиомерни двойки от съединение С (ABCD). Като се има предвид само първата двойка, отражението му не е наслагващо, защото при обръщане само буквите А и D съвпадат, но не и С и В.

Каква е връзката между другите двойки енантиомери? Съединението и неговото изображение на първата енантиомерна двойка са диастереомери на другите двойки.

С други думи, диастереомерите са стереоизомери на същото съединение, но без да са продукт на тяхното собствено отражение; това означава, че те не са нейният огледален образ.

Практическият начин за асимилиране на тази концепция е чрез използването на модели, някои от тях толкова прости, колкото онези, въоръжени с анимешка топка, някои пръчки и някои пластилинови маси, които представляват атомите или групите.

номенклатура

Смяната на мястото на две букви създава друг енантиомер, но ако се променят три букви, операцията се връща към оригиналното съединение с различна пространствена ориентация.

По този начин, промяната на две букви води до два нови енантиомера и в същото време до два нови диастереомера на първоначалната двойка.

Но как да се разграничат тези енантиомери един от друг? Тук се появява абсолютната конфигурация на РС.

Изследователите, които я изпълняваха, бяха Кан, сър Кристофър Инголд и Владимир Прелог. По тази причина тя е известна като система за нотиране (RS) на Cahn-Ingold-Prelog.

Правила за последователности или приоритети

Как да приложим тази абсолютна конфигурация? Първо, терминът "абсолютна конфигурация" се отнася до точното пространствено подреждане на заместителите на асиметричния въглерод. По този начин всяко пространствено разположение има своя собствена R или S конфигурация.

Горното изображение илюстрира две абсолютни конфигурации за двойка енантиомери. За да се определи едно от двете като R или S, трябва да се следват правилата на последователностите или приоритетите:

1- Заместителят с най-висок атомен номер е този с най-висок приоритет.

2 - Молекулата е ориентирана така, че атомът или групата с най-малко приоритет да са зад равнината.

3 - Начертайте стрелките на връзките и нарисувайте кръг в низходяща посока на приоритета. Ако тази посока е същата по часовниковата стрелка, конфигурацията е R; ако е обратно на часовниковата стрелка, тогава конфигурацията е S.

В случая на изображението, червената сфера, маркирана с число 1, съответства на заместителя с най-висок приоритет и т.н.

Бялата сфера, тази на число 4, почти винаги съответства на водородния атом. С други думи: водородът е заместител на най-ниския приоритет и е последен.

Пример за абсолютна конфигурация

В състава на горното изображение (аминокиселина 1-серин), асиметричният въглерод има следните заместители: СН2ОН, Н, СООН и NH2.

Прилагайки горните правила за това съединение, заместителят с най-висок приоритет е NH2, последван от СООН и накрая, СН2ОН. Четвъртият заместител се разбира като H.

Групата СООН има приоритет пред СН2ОН, тъй като въглеродът образува три връзки с кислородните атоми (О, О, О), докато другият образува само една с ОН (Н, Н, О).

Характеристики на енантиомерите

Енантиомерите нямат елементи на симетрия. Тези елементи могат да бъдат равнина или център на симетрия.

Когато те присъстват в молекулната структура, много е вероятно, че съединението е ахирално и следователно не може да образува енантиомери.

свойства

Двойка енантиомери притежава същите физични свойства, като точка на кипене, точка на топене или парно налягане.

Въпреки това, едно свойство, което ги отличава, е способността да се върти поляризираната светлина, или това, което е същото: всеки енантиомер има свои собствени оптични дейности.

Енантиомерите, които въртят поляризираната светлина по часовниковата стрелка, придобиват конфигурацията (+), докато тези, които я завъртат към обратното, придобиват конфигурацията (-).

Тези ротации са независими от пространственото разположение на заместителите на асиметричния въглерод. Съответно, съединение с конфигурация R или S може да бъде (+) и (-).

Освен това, ако концентрациите на двата енантиомера (+) и (-) са равни, поляризираната светлина не се отклонява от своята траектория и сместа е оптически неактивна. Когато това се случи, сместа се нарича рацемична смес.

От своя страна пространствените разположения регулират реактивността на тези съединения срещу стереоспецифични субстрати. Пример за тази стереоспецифичност се среща в случая на ензими, които могат да действат само върху определен енантиомер, но не и върху неговия огледален образ.

Примери

От много възможни енантиомери, имаме като примери следните три съединения:

талидомид

Коя от двете молекули има S конфигурация? Едната отляво. Редът на приоритет е както следва: първо азотния атом, второто карбонилната група (С = О) и третата метиленова група (-СН2-).

Когато преминавате през групите, използвайте посоката на часовниковата стрелка (R); въпреки това, когато водородът излиза от равнината, конфигурацията, наблюдавана от задния ъгъл, действително съответства на S, докато в случая на молекулата отдясно, водородът (най-нисък приоритет) сочи веднъж назад на самолета.

Салбутамол и лимонен

Коя от двете молекули е R енантиомерът: този по-горе или този по-долу? В двете молекули асиметричният въглерод е свързан с ОН групата.

Установяване на последователността на приоритетите за молекулата по-долу, която дава по този начин: първо OH, второ ароматният пръстен и третата група CH 2 -NH-C (CH 3 ) 3 .

Преминавайки през групите, кръг се начертава по посока на часовниковата стрелка; Следователно, молекулата по-долу е R енантиомер, а горната е S.

За случая на съединението (R) - (+) - лимонен и (S) - (-) - лимонен, разликите са в техните източници и миризми. R-енантиомерът се характеризира с мирис на портокали, докато S-енантиомерът има миризма на лимони.