A királisság egy geometriai tulajdonság, amely szerint egy objektumnak két képe lehet: egy jobb és egy bal, amelyek nem cserélhetők; vagyis térben különböznek egymástól, bár tulajdonságaik többi része azonos. Egy olyan objektumot, amely kimeriséget mutat, egyszerűen „királisnak” mondják.
A jobb és a bal kéz királis: az egyik a másik tükröződése (tükörkép), de nem azonosak, mivel az egyik a másikra helyezésekor a hüvelykujjuk nem esik egybe.
Forrás: Gabriel Bolívar
Nemcsak a tükörnél, hogy megtudja, egy tárgy királis - a következő kérdést kell feltenni: van-e “verziója” mind a bal, mind a jobb oldal számára?
Például a balkezes és a jobbkezes asztal királis tárgyak; két azonos típusú jármű, bal vagy jobb kormánykerékkel; pár cipő és láb; spirállépcsők bal és jobb irányba, stb.
És a kémiában a molekulák sem kivételek: királisak is lehetnek. A képen egy molekulapár látható, tetraéderes geometriával. Még ha a baloldalt is megfordítják, és a kék és a lila gömböt érintésre késztetik, a barna és a zöld gömb „síkból” néz ki.
Mi a királisság?
A molekulákkal nem annyira könnyű meghatározni, hogy melyik a bal vagy a jobb "változat", csak rájuk nézve. Ennek érdekében a kémikusok igénybe veszik a Cahn-Ingold-Prelog (R) vagy (S) konfigurációt, vagy ezeknek a királis anyagoknak a optikai tulajdonságai szerint a polarizált fény elforgatását (amely szintén királis elem).
Ugyanakkor nem nehéz meghatározni, hogy egy molekula vagy vegyület királis - éppen annak szerkezetét tekintve. Mi a legfontosabb tulajdonsága a fenti képen látható molekulapárnak?
Négy különféle szubsztituenssel rendelkezik, mindegyik saját jellegzetes színével, és a központi atom körüli geometria tetraéder.
Ha egy struktúrában van atom, amely négy különböző szubsztituenst tartalmaz, akkor (a legtöbb esetben) kijelenthető, hogy a molekula királis.
Aztán azt mondják, hogy a szerkezetben van egy királis központ vagy sztereogén központ. Ahol van egy, ott lesz egy pár sztereoizomer is, az enantiomerek néven ismertek.
A képen látható két molekula enantiomerek. Minél nagyobb a királis centrumok száma egy vegyületben, annál nagyobb a térbeli diverzitása.
A központi atom általában szénatom az összes biomolekulában és farmakológiai aktivitással rendelkező vegyületben; azonban lehet foszfor, nitrogén vagy fém is.
Példák a királisságra
A királisság központja talán az egyik legfontosabb elem annak meghatározásakor, hogy egy vegyület királis vagy sem.
Van azonban más olyan tényező is, amely észrevétlenül maradhat, de a 3D modellek olyan tükörképeket fednek fel, amelyeket nem lehet egymásra helyezni.
Ezen struktúrák esetében azt mondják, hogy a központ helyett más királis elemek vannak. Ezt szem előtt tartva, az aszimmetrikus központ jelenléte négy szubsztituenssel már nem elegendő, de a szerkezet többi részét is gondosan meg kell vizsgálni; és így képes megkülönböztetni az egyik sztereoizomert a másiktól.
Tengelyirányú
Forrás: Jü, a Wikimedia Commonsból
A fenti képen látható vegyületek szabadnak tűnhetnek, de valójában nem. Balra az alleen általános szerkezete, ahol R jelentése a négy különböző szubsztituens; és jobbra egy bifenilvegyület általános szerkezete.
A végén, ahol R 3 és R 4 Meet láthatóvá lehetett tenni, mint egy „fin” merőleges a síkra, ahol R 1 és R 2 hazugság.
Ha a megfigyelő elemzések ilyen molekulák által elhelyezése a szem előtt az első szénatomhoz kapcsolódik, R 1 és R 2 (a allén), látni fogja R 1 és R 2 a bal és jobb oldalán, és R 4 és R 3 a felső és az alsó.
Ha R 3 és R 4 a helyükön maradnak, de R 1 eltoljuk jobbra, és R 2 a bal, akkor lesz egy „térbeli változata”.
Akkor a megfigyelő azt a következtetést vonhatja le, hogy az allén királis tengelyét találta; ugyanez vonatkozik a bifenilre, de a látásban részt vevő aromás gyűrűkre.
Gyűrűs csavarok vagy helicity
Forrás: Sponk, a Wikimedia Commonsból
Megjegyezzük, hogy az előző példában a királis tengely a C = C = C vázban, az alleennél és az Ar-Ar kötésben a bifenilnél helyezkedik el.
A fenti heptahelcenének nevezett vegyületek (mivel hét gyűrűvel rendelkeznek) mi a királis tengelyük? A választ ugyanazon a képen adjuk meg: a Z tengely, a légcsavaré.
Ezért ahhoz, hogy megkülönböztessük az egyik enantiomert a másiktól, ezeket a molekulákat felülről kell nézni (lehetőleg).
Ilyen módon részletes lehet, hogy egy heptahelicén az óramutató járásával megegyezően forog (a kép bal oldala) vagy az óramutató járásával ellentétes irányban (a kép jobb oldala).
Planar
Tegyük fel, hogy már nincs helikénje, hanem egy molekulája nem koplanáris gyűrűkkel; vagyis az egyik a másik fölött vagy alatt található (vagy nem ugyanazon a síkon vannak).
A királis karakter itt nem annyira a gyűrűn nyugszik, hanem helyettesítőin; ezek határozzák meg a két enantiomert.
Forrás: Anypodetos, az eredeti PNG fájl szerzője: EdChem, a Wikimedia Commonsból
Például a felső képen lévő ferrocénben a gyűrűk, amelyek a szénatomot „szendvicsként képezik”, nem változnak; de a térbeli orientációja a gyűrű a nitrogénatommal, és az -N (CH 3) 2 nem.
A kép az -N (CH 3) 2 pont a bal oldalon, hanem annak enantiomer, ez fog mutatni a megfelelő.
Egyéb
A makromolekulák vagy az egyedi szerkezetűek esetében a kép egyszerűsödik. Miért? Mivel a 3D-s modelljeikből a madártávlatból látható, ha királisak vagy sem, ahogyan ez a kezdeti példákban szereplő objektumokkal történik.
Például egy szén nanocsövek balra fordulási mintákat mutathatnak, ezért királis, ha van egy azonos, de jobbra forduló.
Ugyanez történik más struktúrákkal is, ahol annak ellenére, hogy nincsenek királis központjai, atomjaik térbeli elrendezése királis formákat ölthet.
Akkor egy velejáró királisságról beszélünk, amely nem atomtól, hanem az egésztől függ.
A „bal kép” jobbról történő megkülönböztetésének kémiailag erőteljes módja egy sztereoszelektív reakció; azaz olyan, ahol csak az egyik enantiomerrel fordulhat elő, míg a másiknál nem.
Irodalom
- Carey F. (2008). Szerves kémia. (Hatodik kiadás). Mc Graw Hill.
- Wikipedia. (2018). Királisság (kémia). Helyreállítva: en.wikipedia.org
- Advameg, Inc. (2018). Kiraiitás. Helyreállítva: chemistryexplained.com
- Steven A. Hardinger és Harcourt Brace & Company. (2000). Sztereokémia: A molekuláris kiralitás meghatározása. Helyreállítva: chem.ucla.edu
- Harvard Egyetem. (2018). Molekuláris királisság. Helyreállítva: rowland.harvard.edu
- Oregon Állami Egyetem. (2009. július 14.). Királisság: királis és akirális objektumok. Helyreállítva: science.oregonstate.edu