A jobb és a bal kéz kiralitása. királis molekulák. A tRNS-ek a megfelelő enantiomereket választották ki

Sztereoizomerek, típusaik

1. definíció

A sztereoizomerek olyan anyagok, amelyekben az atomok azonos módon kapcsolódnak egymáshoz, de térbeli elrendezésük eltérő.

A sztereoizomerek a következőkre oszthatók:

Enantiomerek (optikai izomerek). Fizikai és kémiai tulajdonságaik (sűrűség, forrás- és olvadáspont, oldhatóság, spektrális tulajdonságok) akirális környezetben azonosak, de optikai aktivitásuk eltérő.
A diaszteromerek olyan vegyületek, amelyek két vagy több királis centrumot tartalmazhatnak.

A kiralitás egy tárgy azon képessége, hogy nem egyezik a tükörképével. Vagyis azok a molekulák, amelyeknek nincs tükör-forgásszimmetriája, királisak.

2. definíció

A prokirális molekula olyan molekula, amely bármely fragmensének egyetlen megváltoztatásával királissá tehető.

A királis és prokirális molekulákban egyes, első pillantásra kémiailag egyenértékű magcsoportok mágneses szempontból nem egyenértékűek, amit a mágneses magrezonancia spektrumok is megerősítenek. Ezt a jelenséget nukleáris diasztereotópiának nevezik, és a mágneses magrezonancia spektrumában figyelhető meg prokirális és királis fragmentumok jelenlétében egy molekulában.

Például egy prokirális molekulában két OPF2 csoport ekvivalens, de mindegyik $PF_2$ atomcsoportban a fluoratomok nem egyenértékűek.

Ez a 2/$FF$ spin-spin kölcsönhatási állandóban nyilvánul meg.

Ha a molekula optikailag aktív, akkor az X magok nem ekvivalenciája tetraéderes csoportokban –$MX_2Y$ (például -$CH_2R$, -$SiH_2R$ stb.) vagy –$MX_2$ piramiscsoportokban (pl. -$PF_2$, -$NH_2 $ stb.) nem függ e csoportok belső forgáskorlátjának magasságától. A lapos csoportok –$MX_2$ és tetraéderes –$MX_3$ forgása során a potenciálgát nagyon alacsony, aminek következtében a $X$ magok ekvivalenssé válnak.

Királis molekulák nevének megalkotása

A királis molekulák modern elnevezési rendszerét Ingold, Kahn és Prelog javasolta. E rendszer szerint az összes lehetséges aszimmetrikus szénatomot tartalmazó $A$, $B$, $C$, $D$ csoport esetében meghatározzuk a prioritási sorrendet. Minél nagyobb az atomszám, annál régebbi:

Ha az atomok azonosak, akkor hasonlítsa össze a második környezetet:

Tegyük fel, hogy a csoportok csökkenő sorrendben vannak: $A → B → C → D$. Fordítsuk meg a molekulát úgy, hogy a $D$ junior szubsztituens az ábra síkján túlra, tőlünk távolodva irányuljon. Ezután a fennmaradó csoportokban a beosztás csökkenése történhet az óramutató járásával megegyező vagy azzal ellentétes irányban.

Megjegyzés 1

Ha az elsőbbség csökkenése az óramutató járásával megegyező irányban történik, akkor az izomer megjelölésében a $R$ (jobbra) szimbólum, ha az óramutató járásával ellentétes irányban - $S$ (balra) jelet használunk. A "bal" és a "jobb" fogalma nem tükrözi a lineárisan polarizált fény valódi forgásirányát.

Fischer Emil javasolta a $DL$ nómenklatúrát, amely szerint a jobbra forgató enantiomert a $D$, a bal oldali enantiomert pedig a $L$ betűvel jelöljük. Ezt a nómenklatúrát széles körben használják az aminosavak és a szénhidrátok esetében.

Az optikai izomerek élettani aktivitásának sztereospecifitása

Az optikai izomerek eltérő fiziológiai aktivitást mutatnak. Az enzimek és receptorok aktív helyei aminosavakból állnak, amelyek optikailag aktív elemek.

A receptor a „kulcs a zárban” elv szerint felismer egy fiziológiailag aktív molekulát. Amikor egy szubsztrát molekula kapcsolódik, az aktív centrum megváltoztatja a geometriáját.

Például a nikotin-alkaloid egy optikai izomériaközpontot tartalmaz, és két enantiomerként létezhet. $S$ - az izomer a jobb oldalon található, és emberre mérgező (halálos dózis 20 mg), $R$ - az izomer kevésbé mérgező:

$L$ - glutaminsav

széles körben használják hús ízfokozóként a konzervek készítésénél. $D$ - a glutaminsav nem rendelkezik ilyen tulajdonságokkal.

Együtt

két aszimmetrikus szénatom van, ezért 4 izomer ($2^n$) létezése lehetséges. De csak egy ($R,R$)-izomer – a kloromicetin – mutat antibiotikus tulajdonságokat

A tiszta optikai izomerek előállítása fontos kémiai-technológiai probléma.

A tiszta enantiomerek előállítási módjai.

) — egy merev tárgy (térszerkezet) geometriai tulajdonsága, hogy ideális síktükörben összeférhetetlen a tükörképével.

Leírás

Egy királis objektumnak nincsenek 2. típusú szimmetriaelemei, például szimmetriasíkok, szimmetriaközéppontok és tükörforgási tengelyek. Ha ezen szimmetriaelemek közül legalább egy jelen van, az objektum akirális. A királis molekulák, kristályok (például).

A királis molekulák két optikai izomerként (enantiomerként) létezhetnek, amelyek egymás tükörképei, és abban különböznek egymástól, hogy képesek a fény polarizációs síkját az óramutató járásával megegyező irányba (D-izomerek) vagy azzal ellentétes irányba (L-izomerek) forgatni (ábra). Az enantiomereket ugyanazok a fizikai tulajdonságok, valamint azonos kémiai tulajdonságok jellemzik, amikor akirális anyagokkal lépnek kölcsönhatásba. Ugyanakkor az enantiomerek elválasztása, például a királis módszer, alapulhat egy adott anyag enantiomereinek és egy másik anyag specifikus optikai izomerjének kölcsönhatásának különbségén. A kémiában a kiralitást leggyakrabban egy négy különböző szubsztituenst hordozó aszimmetrikus széncentrum jelenlétével társítják.

Ha egy molekulában több aszimmetrikus centrum van jelen, akkor diasztereoizomériáról beszélünk. Ebben az esetben több enantiomerpár is létezhet (egy enantiomerpárt az összes aszimmetriacentrum egymással ellentétes konfigurációjával kell jellemezni), és a különböző enantiomerpárokból származó diasztereomerek tulajdonságai nagymértékben eltérhetnek.

Szinte minden biomolekula királis, beleértve a természetben előforduló aminosavakat és cukrokat is. A természetben ezeknek az anyagoknak a többsége bizonyos térbeli konfigurációval rendelkezik: például a legtöbb aminosav az L térbeli konfigurációhoz tartozik, a cukrok pedig a D-hez. Ebben a tekintetben az enantiomer tisztaság elengedhetetlen követelmény a biológiailag aktív gyógyszerek esetében.

Illusztrációk

Szerző

Eremin Vadim Vladimirovics

Források

Kémiai enciklopédia. T. 5. - M.: Nagy Orosz Enciklopédia, 1998. S. 538.
Kémiai Technológiai Kompendium. IUPAC ajánlások. – Blackwell, 1997.

koncepció kiralitás- az egyik legfontosabb a modern sztereokémiában.A modell királis, ha nem tartalmaz szimmetriaelemeket (sík, középpont, tükörforgástengely), kivéve az egyszerű forgástengelyeket. Királisnak nevezzük azt a molekulát, amelyet egy ilyen modell ír le (jelentése: „mint egy kéz”, a görögből . hős- kéz) azért, mert a kezekhez hasonlóan a molekulák sem kompatibilisek tükörképeikkel. Az 1. ábra számos egyszerű királis molekulát mutat be. Két tény teljesen nyilvánvaló: egyrészt a fenti molekulák párjai egymás tükörképei, másrészt ezek a tükörképek nem kombinálhatók egymással. Látható, hogy a molekula minden esetben tartalmaz egy szénatomot négy különböző szubsztituenssel. Az ilyen atomokat aszimmetrikusnak nevezzük. Az aszimmetrikus szénatom egy királis vagy sztereogén centrum. Ez a kiralitás leggyakoribb típusa. Ha egy molekula királis, akkor két izomer formában létezhet, amelyek tárgyként és tükörképeként kapcsolódnak egymáshoz, és nem kompatibilisek a térben. Az ilyen izomereket (párokat) nevezzük enantiomerek.

A "királis" kifejezés nem teszi lehetővé a szabad értelmezést. Ha egy molekula királis, akkor a kézhez hasonlóan balra vagy jobbra kell lennie. Ha egy anyagot vagy annak egy mintáját királisnak nevezzük, az egyszerűen azt jelenti, hogy az (ez) királis molekulákból áll; ebben az esetben egyáltalán nem szükséges, hogy minden molekula azonos legyen a kiralitás szempontjából (bal vagy jobb, R vagy S lásd az 1.3 szakaszt). Két korlátozó esetet különböztethetünk meg. Az elsőben a minta olyan molekulákból áll, amelyek kiralitás szempontjából azonosak (homokirális, csak R vagy csak S); ilyen mintát hívnak enantiomer tisztaságú. A második (ellentétes) esetben a minta ugyanannyi molekulából áll, amelyek kiralitása (heterokirális, mólarány) eltérő. R: S=1:1); egy ilyen minta is királis, de racém. Van egy köztes eset is - az enantiomerek nem ekvimoláris keveréke. Az ilyen keveréket ún skálázó vagy nem racém. Így azt az állítást, hogy egy makroszkopikus minta (ellentétben egy egyedi molekulával) királis, nem tekinthető egészen egyértelműnek, és ezért bizonyos esetekben elégtelennek tekinthető. További jelzésekre lehet szükség arra vonatkozóan, hogy a minta racém vagy nem racém. Ennek megértésének pontatlansága bizonyos fajta tévhitekhez vezet, például a cikkek címsoraiban, amikor valamilyen királis vegyület szintézisét hirdetik, de továbbra is homályos, hogy a szerző csak arra a tényre akarja-e felhívni a figyelmet. a cikkben tárgyalt szerkezet kiralitásáról, vagy arról, hogy a terméket valóban egyetlen enantiomer formájában kapták-e (vagyis homokirális molekulák együttese; ezt az együttest azonban nem szabad homokirális mintának nevezni). Így egy királis nem racém minta esetén helyesebb azt mondani "enantiomeresen dúsított" vagy " enantiomer tiszta".

Optikai izomerek megjelenítési módszerei

A képmódszert a szerző kizárólag az információátadás megkönnyítése érdekében választja. Az 1. ábrán az enantiomerek képei perspektivikus képekkel vannak megadva. Ilyenkor a képsíkban fekvő összefüggéseket folytonos vonallal szokás megrajzolni; kapcsolatok, amelyek túlmutatnak a síkon - szaggatott vonal; a megfigyelő felé irányuló kapcsolatokat pedig vastag vonallal jelöljük. Ez az ábrázolási módszer meglehetősen informatív az egy királis centrummal rendelkező struktúrák esetében. Ugyanezek a molekulák Fischer-vetületként is ábrázolhatók. Ezt a módszert E. Fisher javasolta összetettebb szerkezetek (különösen szénhidrátok) esetében, amelyek két vagy több királis centrumot tartalmaznak.

Tükörsík

Rizs. 1

A Fisher-féle vetületi képletek megalkotásához a tetraédert úgy forgatjuk, hogy a vízszintes síkban fekvő két kötés a megfigyelő felé irányul, a függőleges síkban fekvő két kötés pedig a megfigyelőtől elfelé irányul. Csak egy aszimmetrikus atom esik a képsíkra. Ebben az esetben magát az aszimmetrikus atomot általában kihagyjuk, csak a metsző vonalakat és a szubsztituens szimbólumokat tartja meg. A szubsztituensek térbeli elrendeződésének szem előtt tartására a vetítési képletekben gyakran egy szaggatott függőleges vonalat tartanak (a felső és alsó szubsztituensek a rajz síkján túl vannak eltávolítva), de ez gyakran nem történik meg. Az alábbiakban példákat mutatunk be arra, hogyan lehet ugyanazt a struktúrát egy bizonyos konfigurációval leképezni (2. ábra).

Fisher-vetítés

Rizs. 2

Adjunk néhány példát Fisher-féle vetületi képletekre (3. ábra)

(+)-(L)-alanin(-)-2-butanol (+)-( D)-gliceraldehid

Rizs. 3

Mivel a tetraédert különböző szögekből lehet szemlélni, ezért az egyes sztereoizomerek tizenkét (!) különböző vetületi képlettel ábrázolhatók. A vetületi képletek szabványosítása érdekében bizonyos szabályokat vezettek be azok írására. Tehát a fő (nómenklatúra) funkció, ha a lánc végén van, általában a tetejére kerül, a fő láncot függőlegesen ábrázolják.

A "nem szabványos" írott vetítési képletek összehasonlításához ismernie kell a következő szabályokat a vetületi képletek átalakítására.

1. A képlet nem származtatható a rajz síkjából, és nem forgatható el 90 o-kal, bár a rajz síkjában 180 o-kal elforgatható anélkül, hogy a sztereokémiai jelentésük megváltozna (4. ábra).

Rizs. 4

2. Egy aszimmetrikus atomon lévő szubsztituensek két (vagy páros számú) permutációja nem változtatja meg a képlet sztereokémiai jelentését (5. ábra).

Rizs. 5

3. Az aszimmetrikus centrumban lévő szubsztituensek egy (vagy páratlan számú) permutációja az optikai antipód képlethez vezet (6. ábra).

Rizs. 6

4. A rajz síkjában 90 0 -kal történő elforgatás a képletet antipóddá változtatja, kivéve, ha ezzel egyidejűleg megváltozik a szubsztituensek elhelyezkedésének feltétele a rajz síkjához képest, pl. vegye figyelembe, hogy most az oldalsó helyettesek a rajz síkja mögött vannak, a felső és az alsó pedig előtte. Ha a képletet pontozott vonallal használja, akkor a szaggatott vonal megváltozott tájolása közvetlenül emlékezteti Önt erre (7. ábra)

Rizs. 7

5. A permutációk helyett a vetületi képletek bármely három szubsztituens óramutató járásával megegyező vagy azzal ellentétes forgatásával transzformálhatók (8. ábra); a negyedik szubsztituens nem változtatja meg a pozíciót (egy ilyen művelet két permutációnak felel meg):

Rizs. 8

Fischer-projekciók nem alkalmazhatók olyan molekulákra, amelyek kiralitása nem a királis centrumhoz, hanem más elemekhez (tengely, sík) kapcsolódik. Ezekben az esetekben 3D képekre van szükség.

D , L - Fisher-nómenklatúra

Az egyik probléma, amelyet megvitattunk, az volt, hogyan ábrázoljunk egy háromdimenziós szerkezetet egy síkon. A módszer megválasztását kizárólag a sztereoinformáció bemutatásának és érzékelésének kényelme határozza meg. A következő probléma az egyes sztereoizomerek elnevezésével kapcsolatos. A névnek információt kell tartalmaznia a sztereogén központ konfigurációjáról. Történelmileg az optikai izomerek első nómenklatúrája az volt D, L- a Fischer által javasolt nómenklatúra. Az 1960-as évekig elterjedtebb volt a királis centrumok konfigurációjának kijelölése síkvetületek (Fischer) alapján, nem pedig háromdimenziós 3D képletek alapján, deszkriptorok segítségével. DÉsL. Jelenleg D, L- a rendszert korlátozottan használják - főleg olyan természetes vegyületekre, mint az aminosavak, hidroxisavak és szénhidrátok. Alkalmazását szemléltető példák a 10. ábrán láthatók.

Rizs. 10

α-aminosavak esetében a konfigurációt a szimbólum jelöli L, ha a Fisher-vetítési képletben az amino - (vagy ammónium) csoport a bal oldalon található,; szimbólum D az ellenkező enantiomerre használjuk. A cukrok esetében a konfiguráció megjelölése a legmagasabb számú OH-csoport (a karbonilvégtől legtávolabbi) orientációján alapul. Ha OH - a csoport jobbra van irányítva, akkor ez a konfiguráció D; ha az OH a bal oldalon van - konfiguráció L.

A Fischer-rendszer egy időben lehetővé tette számos, aminosavakból és cukrokból származó természetes vegyület logikus és következetes sztereokémiai szisztematikáját. Azonban a Fisher-rendszer korlátai, valamint az a tény, hogy 1951-ben megjelent egy röntgendiffrakciós módszer a csoportok királis centrum körüli valós elrendezésének meghatározására, egy új, szigorúbb és következetesebb 1966-os létrehozásához vezetett. néven ismert rendszer a sztereoizomerek leírására R, S - Cahn-Ingold-Prelog (KIP) nómenklatúra. A CIP rendszerben a szokásos kémiai névhez speciális leírókat adnak R vagy S(a szövegben dőlt betűvel jelölve), amelyek szigorúan és egyértelműen meghatározzák az abszolút konfigurációt.

ElnevezéstanCana-Ingold-Preloga

Leíró meghatározásához R vagy S adott királis centrumra az ún kiralitási szabály. Tekintsünk négy szubsztituenst, amelyek egy királis központhoz kapcsolódnak. Ezeket a sztereokémiai idősség egységes sorrendjében kell elhelyezni; az egyszerűség kedvéért jelöljük ezeket a szubsztituenseket A, B, D és E szimbólumokkal, és egyezzünk meg abban, hogy az általános elsőbbségi sorrendben (más szóval prioritás szerint) A régebbi B-nél, B idősebb D-nél, D idősebb, mint E (A> B> D> E) . A CIA kiralitási szabálya megköveteli, hogy a modellt a legalacsonyabb prioritású E szubsztituens vagy a sztereokémiailag alsóbbrendű szubsztituens által elfoglalt oldal ellentétes oldaláról nézzük (11. ábra). Ezután a maradék három helyettes háromlábú állványt alkot, amelynek lábai a néző felé irányulnak.

Rizs. tizenegy

Ha az A>B>D sorban a helyettesek elsőbbsége az óramutató járásával megegyezően csökken (mint a 11. ábrán), akkor a konfigurációs leíró a központhoz van rendelve. R ( tól től Latin szó rectus - jobb). Egy másik elrendezésben, amikor a szubsztituensek sztereokémiai szenioritása az óramutató járásával ellentétes irányba esik, a konfigurációleíró a központhoz van rendelve. S (latinból baljós - bal).

Amikor a kapcsolatokat Fisher-vetületekkel ábrázolja, könnyen meghatározhatja a konfigurációt térbeli modellek készítése nélkül. A képletet úgy kell megírni, hogy a junior szubsztituens alul vagy felül legyen, mivel a Fisher-vetületek ábrázolására vonatkozó szabályok szerint a függőleges kapcsolatok a megfigyelőtől elfelé irányulnak (12. ábra). Ha a fennmaradó szubsztituensek az óramutató járásával megegyező irányban, csökkenő sorrendben vannak elrendezve, a vegyület a ( R)-sorozat, és ha az óramutató járásával ellentétes irányba, akkor a ( S)-sorozat, például:

Rizs. 12

Ha a junior csoport nem függőleges linkeken van, akkor cserélje le az alsó csoportra, de ne feledje, hogy ebben az esetben a konfiguráció fordított. Bármelyik két permutációt elvégezheti – a konfiguráció nem változik.

Így a meghatározó tényező az sztereokémiai szolgálati idő . Most beszéljük meg elsőbbségi sorrend szabályai, azaz azokat a szabályokat, amelyek szerint az A, B, D és E csoportok prioritási sorrendbe kerülnek.

Előnyben részesítik a szenioritást a nagy atomokkal atomszám. Ha a számok megegyeznek (izotópok esetén), akkor a legnagyobb atomtömegű atom idősebb lesz (például D>H). A legfiatalabb "szubsztituens" egy meg nem osztott elektronpár (például nitrogénben). Így a szolgálati idő növekszik a sorozatban: magányos pár

Vegyünk egy egyszerű példát: a bróm-klór-fluor-metán CHBrCIF-ben (13. ábra) egy sztereogén centrum van, és két enantiomer különböztethető meg a következőképpen. Először is, a szubsztituenseket sztereokémiai rangjuk szerint rangsoroljuk: minél nagyobb a rendszám, annál idősebb a szubsztituens. Ezért ebben a példában Br > C1 > F > H, ahol a ">" azt jelenti, hogy "előnyösebb" (vagy "régebbi"). A következő lépés az, hogy a molekulát a legfiatalabb szubsztituenssel, jelen esetben a hidrogénnel szemközti oldalról nézzük. Látható, hogy a másik három szubsztituens a háromszög sarkainál helyezkedik el és a megfigyelő felé irányul. Ha a szubsztituensek hármasában a szenioritás az óramutató járásával megegyező irányban csökken, akkor ezt az enantiomert a következőképpen jelöljük: R. Egy másik elrendezésben, amikor a szubsztituensek szenioritása az óramutató járásával ellentétes irányba esik, az enantiomert a következőképpen jelöljük: S. Jelölés R És S írd dőlt betűvel és zárójelben a szerkezet neve előtt. Így a két figyelembe vett enantiomernek neve van ( S)-bróm-klór-fluor-metán és ( R)-bróm-klór-fluor-metán.

Rizs. 13

2. Ha két, három vagy mind a négy egyforma atom közvetlenül kapcsolódik egy aszimmetrikus atomhoz, a szenioritást a második öv atomjai határozzák meg, amelyek már nem a királis centrumhoz kapcsolódnak, hanem azokhoz az atomokhoz, amelyeknek ugyanolyan szenioritásuk volt. .

Rizs. 14

Például a 2-bróm-3-metil-1-butanol molekulájában (14. ábra) a legrégebbi és a legkisebb szubsztituens könnyen meghatározható az első övvel - ezek a bróm és a hidrogén. De a CH 2 OH és CH (CH 3) 2 csoportok első atomja nem állapítható meg szenioritásként, mivel mindkét esetben szénatom. Annak meghatározására, hogy melyik csoport az idősebb, ismét a szekvenciaszabályt alkalmazzuk, de most a következő öv atomjait veszik figyelembe. Hasonlítson össze két atomhalmazt (két hármast), amelyeket csökkenő sorrendben írnak fel. A szenioritást most az első pont határozza meg, ahol eltérést találunk. Csoport VAL VEL H 2 OH - oxigén, hidrogén, hidrogén VAL VEL(RÓL RŐL HH) vagy a 6-os számokban ( 8 tizenegy). Csoport VAL VEL H (CH 3) 2 - szén, szén, hidrogén VAL VEL(VAL VEL CH) vagy 6( 6 61). Az első különbségi pontot aláhúzzuk: az oxigén idősebb a szénnél (atomszám szerint), tehát a CH 2 OH csoport idősebb, mint a CH (CH 3) 2 . Most megjelölheti a 14. ábrán látható enantiomer konfigurációját a következőképpen: R).

Ha egy ilyen eljárás nem vezet egyértelmű hierarchia felépítéséhez, akkor a központi atomtól egyre nagyobb távolságra folytatják, míg végül különbségek nem tapasztalhatók, és mind a négy helyettes megkapja a rangját. Ugyanakkor az egyik vagy másik helyettes által a szolgálati időre vonatkozó megállapodás egyik szakaszában megszerzett előnyt véglegesnek tekintik, és a későbbi szakaszokban nem kell újraértékelni.

3. Ha a molekulában elágazási pontok fordulnak elő, az atomok elsőbbségének megállapítására irányuló eljárást a legmagasabb prioritású molekulalánc mentén kell folytatni. Tegyük fel, hogy meg kell határozni a 15. ábrán látható két helyettes prioritási sorrendjét. Nyilvánvaló, hogy sem az első (C), sem a második (C, C, H), sem a harmadik (C, H, F, C, H, Br) rétegben nem jut el az oldat. Ebben az esetben a negyedik rétegre kell menni, de ezt az útvonal mentén kell megtenni, amelynek előnye a harmadik rétegben (Br>F) érvényesül. Ezért a helyettesítő elsőbbségéről szóló döntés BAN BEN felett helyettes A azon az alapon történik, hogy a negyedik rétegben Br > CI annak az ágnak, amelyre az átmenetet a harmadik rétegben a szenioritás szabja meg, és nem azon az alapon, hogy az I atom a legmagasabb rendszámú a negyedik rétegben (ami a kevésbé preferált és ezért nem vizsgált ágon található).

Rizs. 15

4. A többszörös kötések a megfelelő egyszerű kötések összegeként kerülnek bemutatásra. Ennek a szabálynak megfelelően minden egyes többszörös kötéssel összekapcsolt atomhoz hozzárendelnek egy további, azonos típusú "fantom" atomot (vagy atomokat), amelyek a többszörös kötés másik végén találhatók. A komplementer (kiegészítő vagy fantom) atomok zárójelben vannak, és úgy tekintjük, hogy a következő rétegben nem hordoznak szubsztituenst.Példaként vegyük a következő csoportok reprezentációit (16. ábra).

Csoportos képviselet

Rizs. 16

5. A szubsztituensek számának mesterséges növelésére akkor is szükség van, ha a szubsztituens (ligandum) kétfogú (vagy három- vagy négyfogú), illetve ha a szubsztituens ciklikus vagy biciklusos fragmentumot tartalmaz. Ilyenkor a ciklikus szerkezet minden ágát az elágazási pont után vágjuk el [ahol magától kettéágazik], és az elágazási pontot jelentő atomot (zárójelben) a vágásból származó lánc végére helyezzük. A 17. ábrán egy tetrahidrofurán (THF) származék példáján a kétfogú (gyűrűs) szubsztituens esetét vizsgáljuk. Az öttagú gyűrű két ága (külön-külön) kötéseken keresztül egy királis atomhoz van vágva, amely azután a két újonnan képződött lánc mindegyikének végéhez kapcsolódik. Látható, hogy a vágás eredményeként A egy hipotetikus –CH 2 OCH 2 CH 2 -(C) szubsztituenst kapunk, amely a valódi -CH 2 OCH 2 CH 3 aciklusos szubsztituensnél idősebbnek bizonyul, mivel a fantom (C) a végén található. első szubsztituens. Éppen ellenkezőleg, a boncolás eredményeként alakult ki BAN BEN a hipotetikus -CH 2 CH 2 OCH 2 - (C) ligandum szenioritása alacsonyabb, mint a valódi -CH 2 CH 2 OCH 2 CH 3 szubsztituens, mivel az utóbbi három hidrogénatomot tartalmaz a terminális szénhez, az elsőhöz pedig egy sincs. ebben a rétegben. Ezért, figyelembe véve a szubsztituensek elsőbbségi sorrendjét, ennek az enantiomernek a konfigurációs szimbóluma S.

Határozza meg a szolgálati időt

helyettes A

BAN BEN>A

helyettes A

17. ábra

Rizs. 18

Egy ciklusos szubsztituens szétválasztásának hasonló esetét szemléltetjük a 2. ábrán látható vegyület példájával. 18 ahol szerkezet BAN BEN szemlélteti a ciklohexilgyűrű értelmezését (a szerkezetben A). Ebben az esetben a helyes sorrend a két n-gezilmetil > ciklohexil > di- n-pentilmetil > H.

Most kellőképpen felkészültünk arra, hogy egy ilyen szubsztituenst fenilnek tekintsünk (19. ábra szerkezet). A). Fentebb megvitattuk az egyes többszörös kötvények megnyitásának sémáját. Mivel (bármely Kekule szerkezetben) mind a hat szénatom kettős kötéssel kapcsolódik egy másik szénatomhoz, így (a CIA-rendszerben) a gyűrű minden szénatomja egy további szénatomot hordoz "szubsztituensként". Az így kiegészített gyűrű (19. ábra, szerkezet BAN BEN) ezután kibővül a ciklikus rendszerekre vonatkozó szabályok szerint. Ennek eredményeként a boncolást a 19. ábrán látható diagram, a szerkezet írja le VAL VEL.

Rizs. 19

6. Most megvizsgáljuk azokat a királis vegyületeket, amelyekben a szubsztituensek közötti különbségek nem anyagi vagy szerkezeti jellegűek, hanem konfigurációbeli különbségekre redukálódnak. Az alábbiakban az egynél több királis centrumot tartalmazó vegyületeket tárgyaljuk (lásd 1.4. fejezet). Itt kitérünk az eltérő szubsztituensekre is cisz-transz- izoméria (olefin típusú). Prelog és Helmchen szerint az olefin ligandum, amelyben a vezető szubsztituens található ugyanazon az oldalon az olefin kettős kötéséből, amely a királis centrum, előnyben van ahhoz a ligandumhoz képest, amelyben a vezető szubsztituens található. transz-pozíció a királis központhoz. Ennek az álláspontnak semmi köze a klasszikushoz cisz-transz-, sem arra E-Z - a kettős kötés konfigurációjának nómenklatúrája. A példákat a 20. ábra mutatja.

Rizs. 20

Több királis centrumot tartalmazó vegyületek

Ha egy molekulában két királis centrum van, akkor mindegyik centrumnak lehet (R)- vagy ( S)-konfiguráció esetén négy izomer létezése lehetséges - RR, SS, RS És SR:

Rizs. 21

Mivel a molekulának csak egy tükörképe van, a vegyület enantiomerje (RR) csak izomer lehet (SS). Hasonlóképpen egy másik enantiomerpár is izomereket képez (RS) És (SR). Ha csak egy aszimmetrikus centrum konfigurációja változik, akkor az ilyen izomereket nevezzük diasztereomerek. A diasztereomerek sztereoizomerek, amelyek nem enantiomerek. Tehát diasztereomer párok (RR)/(RS), (RR)/(SR), (SS)/(RS) És (SS)/(SR). Bár általában két királis centrum kombinációja négy izomert eredményez, az azonos kémiai szerkezetű centrumok kombinációja csak három izomert eredményez: (RR) És (SS), amelyek enantiomerek, és (RS), mindkét enantiomerre diasztereomer (RR) És (SS). Tipikus példa erre a borkősav (22. ábra), amelynek mindössze három izomerje van: egy pár enantiomer ill. mezo forma.

Rizs. 22

Meso-Vinnaya sav az (R, S)-izomer, amely optikailag inaktív, mivel két tükörszimmetrikus fragmentum egyesülése szimmetriasík megjelenéséhez vezet (a). Meso-Vinnaya a sav egy példa az akirális mezokonfigurációjú vegyületre, amely azonos számú, szerkezetében azonos, de abszolút konfigurációban eltérő királis elemből épül fel.

Ha a molekulának van P királis centrumok, a sztereoizomerek maximális száma a 2. képlet segítségével számítható ki n; azonban néha az izomerek száma kevesebb lesz a mezoformák jelenléte miatt.

A két aszimmetrikus szénatomot tartalmazó molekulák sztereoizomereinek nevéhez, amelyek mindegyikének két szubsztituense azonos, a harmadik pedig különböző, gyakran használnak előtagokat. eritro-És treo- a cukrok erythrose és treose nevéből. Ezek az előtagok a rendszer egészét jellemzik, nem pedig minden királis centrumot külön-külön. Amikor ilyen vegyületeket Fischer-vetületekkel párban ábrázolunk eritro- izomerek, ugyanazok a csoportok ugyanazon az oldalon helyezkednek el, és ha a különböző csoportok (az alábbi példában C1 és Br) azonosak lennének, akkor a mezo formát kapnánk. Párosítva ezzel treo- izomerek, ugyanazok a csoportok különböző oldalon helyezkednek el, és ha a különböző csoportok azonosak lennének, az új pár enantiomerpár maradna.

Rizs. 23

A fenti vegyületek összes példája rendelkezik kiralitási központtal. Ilyen centrum egy aszimmetrikus szénatom. Azonban más atomok (szilícium, foszfor, kén) is lehetnek a kiralitás központja, mint például a metil-naftil-fenil-szilánban, az o-anizil-metil-fenil-foszfinban, a metil-p-tolil-szulfoxidban (24. ábra).

Rizs. 24

Királis centrumoktól mentes molekulák kiralitása

Egy molekula kiralitásának szükséges és elégséges feltétele a tükörképével való összeférhetetlensége. Egyetlen (konfigurációslag stabil) királis centrum jelenléte egy molekulában elegendő, de semmiképpen sem szükséges feltétele a kiralitás létezésének. Tekintsük azokat a királis molekulákat, amelyekben nincsenek királis centrumok. Néhány példa a 25. és 26. ábrán látható.

Rizs. 25

Rizs. 26

Ezek kiralitási tengelyekkel rendelkező vegyületek ( axiális kiralitás típusa): allének; alkilidén-cikloalkánok; spiránok; az úgynevezett atropizomerek (bifenilek és hasonló vegyületek, amelyek kiralitása az egyes kötés körüli akadályozott forgás következtében jön létre). A kiralitás másik eleme a kiralitási sík ( planáris kiralitás típus). Ilyen vegyületek például az ansa vegyületek (amelyekben az aliciklusos gyűrű túl kicsi ahhoz, hogy az aromás gyűrű áthaladjon); paraciklofánok; metallocének. Végül egy molekula kiralitása összefüggésbe hozható a molekulaszerkezet spirális szerveződésével. A molekula a bal vagy a jobb spirálba tekeredhet. Ebben az esetben helicitásról (a kiralitás helikális típusáról) beszélünk.

Annak érdekében, hogy meghatározzuk egy olyan molekula konfigurációját, amely rendelkezik a kiralitás tengelye, a sorozatszabályba egy további záradékot kell bevezetni: a megfigyelőhöz legközelebb eső csoportokat idősebbnek tekintjük, mint a megfigyelőtől távolabbi csoportokat. Ezt a kiegészítést meg kell tenni, mivel axiális kiralitású molekulák esetén a tengely ellentétes végein azonos szubsztituensek jelenléte megengedett. Ezt a szabályt alkalmazva az ábrán látható molekulákra. ábrán látható 25. 27.

Rizs. 27

A molekulákat minden esetben a bal oldali királis tengely mentén vesszük figyelembe. Ebben az esetben meg kell érteni, hogy ha a molekulákat jobbról nézzük, akkor a konfigurációs leíró változatlan marad. Így a négy tartócsoport térbeli elrendezése megfelel a virtuális tetraéder csúcsainak, és a megfelelő vetületek segítségével ábrázolható (27. ábra). A megfelelő leíró meghatározásához a szabványos szabályokat használjuk R, S- elnevezéstan. A bifenilek esetében fontos megjegyezni, hogy a gyűrű szubsztituenseit a centrumtól (amelyen a kiralitási tengely áthalad) a perifériáig tekintjük, megsértve a szabványos szekvenciaszabályokat. Így a bifenil esetében az 1. ábrán. 25 szubsztituensek helyes sorrendje a jobb gyűrűben C-OCH3 >C-H; a klóratom túl messze van ahhoz, hogy figyelembe lehessen venni. A referenciaatomok (azok, amelyek alapján a konfigurációs szimbólumot meghatározzák) ugyanazok, ha a molekulát jobbról nézzük. Néha leírókat használnak az axiális kiralitás megkülönböztetésére más típusoktól. aRÉs mint (vagy R aÉs S a), de a " előtag használata a' nem kötelező.

Alternatív megoldásként a kiralitási tengelyekkel rendelkező molekulákat spirálisnak tekinthetjük, és konfigurációjukat szimbólumokkal jelölhetjük RÉs M. Ebben az esetben a konfiguráció meghatározásához csak a legmagasabb prioritású szubsztituenseket veszik figyelembe a szerkezet elülső és hátsó (a megfigyelőtől távoli) részében (27. ábrán az 1. és 3. szubsztituensek). Ha a legmagasabb prioritású első 1. szubsztituensről a 3. prioritású hátsó szubsztituensre az óramutató járásával megegyező irányban történik az átmenet, akkor ez a konfiguráció R; ha az óramutató járásával ellentétes irányba, akkor a konfiguráció M.

ábrán. A 26. ábra olyan molekulákat mutat be kiralitási síkok. Nem olyan egyszerű meghatározni a kiralitás síkját, és nem is olyan egyértelmű, mint a kiralitás középpontjának és tengelyének meghatározása. Ez egy olyan sík, amely a lehető legtöbb molekulát tartalmazza, de nem az összeset. Valójában a kiralitás azért van (és csak azért), mert legalább egy szubsztituens (gyakran több) nem található a kiralitási síkban. Így az ansa vegyület királis síkja A a benzolgyűrű síkja. Paraciklofánban BAN BEN a leginkább helyettesített (alsó) gyűrűt királis síknak tekintjük. A sík-királis molekulák leírójának meghatározásához a síkot az atom síkjához legközelebb eső, de nem ebben a síkban fekvő oldaláról nézzük (ha kettő vagy több jelölt van, akkor az atomhoz legközelebb eső a legmagasabb prioritást a sorrend szabályai szerint választjuk meg). Ezt az atomot, amelyet néha teszt- vagy pilotatomnak is neveznek, nyíllal jelöljük a 26. ábrán. Ekkor, ha három egymást követő legmagasabb prioritású atom (a, b, c) szaggatott vonalat alkot a királis síkban, az óramutató járásával megegyező irányban, akkor a vegyület konfigurációja pR (vagy R p), és ha a vonallánc az óramutató járásával ellentétes irányba görbül, akkor a konfigurációleíró PS(vagy S p). A síkbeli kiralitás, akárcsak az axiális kiralitás, egyfajta kiralitásként is felfogható. A hélix irányának (konfigurációjának) meghatározásához figyelembe kell venni a pilot atomot az a,b és c atomokkal együtt, a fent meghatározottak szerint. Innentől egyértelmű, hogy pR- kapcsolatok megfelelnek R-, A PS- kapcsolatok - M– helicitás.

Optikai izomerek megjelenítési módszerei

Tükörsík

Rizs. 1

Fisher-vetítés

Rizs. 2

Adjunk néhány példát Fisher-féle vetületi képletekre (3. ábra)

(+)-(L)-alanin(-)-2-butanol (+)-( D)-gliceraldehid

Rizs. 3

A "nem szabványos" írott vetítési képletek összehasonlításához ismernie kell a következő szabályokat a vetületi képletek átalakítására.

Rizs. 4

2. Egy aszimmetrikus atomon lévő szubsztituensek két (vagy páros számú) permutációja nem változtatja meg a képlet sztereokémiai jelentését (5. ábra).

Rizs. 5

3. Az aszimmetrikus centrumban lévő szubsztituensek egy (vagy páratlan számú) permutációja az optikai antipód képlethez vezet (6. ábra).

Rizs. 6

Rizs. 7

Rizs. 8

D , L - Fisher-nómenklatúra

Rizs. 10

ElnevezéstanCana-Ingold-Preloga

Rizs. tizenegy

Rizs. 12

Rizs. 13

Rizs. 14

Rizs. 15

Csoportos képviselet

Rizs. 16

Határozza meg a szolgálati időt

helyettes A

BAN BEN>A

helyettes A

17. ábra

Rizs. 18

Rizs. 19

Rizs. 20

Több királis centrumot tartalmazó vegyületek

Ha egy molekulában két királis centrum van, akkor mindegyik centrumnak lehet (R)- vagy ( S)-konfiguráció esetén négy izomer létezése lehetséges - RR, SS, RS És SR:

Rizs. 21

Rizs. 22

Rizs. 23

Rizs. 24

Királis centrumoktól mentes molekulák kiralitása

Rizs. 25

Rizs. 26

Rizs. 27

Kiralitás (kémia)

Kiralitás(molekuláris kiralitás) - a kémiában a molekulának az a tulajdonsága, hogy a háromdimenziós térben történő forgások és elmozdulások bármilyen kombinációjával összeférhetetlen a tükörképével.

Az enzimek (és ezek királisak) gyakran különböznek a királis szubsztrát két enantiomerje között. Képzelje el, hogy az enzimnek van egy kesztyű alakú mélyedése, amely megköti a szubsztrátot. Ha a kesztyű jobbkezes, akkor az egyik enantiomer bemegy és megkötődik, míg a másik enantiomer nem illeszkedik jól, és kicsi az esélye a megkötésnek. Az aminosavak D-formája általában édes ízű, míg az L-forma általában íztelen. A borsmenta levele és a köménymag L-karvont, illetve D-karvont tartalmaz, a karvon enantiomerjei. Más a szaguk, mert a legtöbb ember szaglóreceptorai is tartalmaznak királis molekulákat, amelyek különböző enantiomerek jelenlétében eltérően viselkednek.

Kiralitás a farmakológiában

Sok királis gyógyszer nagy enantiometrikus tisztasággal készül a másik enantiomer mellékhatásai miatt (amely akár terápiásán inaktív is lehet).

Talidomid: A talidomid racém. Az egyik enantiomer hatásos a hányinger ellen, a másik teratogén. Ebben az esetben az egyik enantiomer beadása terhes betegnek nem segít, mivel mindkét enantiomer könnyen átalakul egymással a szervezetben. És ha más enantiomert adunk egy személynek, akkor mind a D-, mind az L-izomer jelen lesz a beteg plazmájában.
Etambutol: az egyik enantiomert a tuberkulózis kezelésére használják, a másik vakságot okoz.
Naproxen: Az egyik enantiomer az ízületi gyulladást kezeli, de a másik májmérgezést okoz fájdalomcsillapító hatás nélkül.
A szteroid receptorok elhelyezkedése is mutatja a sztereoizomerek specificitását.
A penicillin aktivitása sztereodependens. Az antibiotikumnak utánoznia kell a bakteriális sejtfalban található D-alanin láncokat, hogy reagáljon a transzpeptidáz enzimmel, és fokozatosan elnyelje azt.
Csak az L-Inderal erős adrenerg receptor, míg a D-Inderal nem. Az anaprilin mindkét izomerje azonban helyi érzéstelenítő hatású.
Az L-metorfán (levometorfán) erős opioid fájdalomcsillapító, míg a D-izomer, a dextrometorfán disszociatív köhögéscsillapító.
Az S-carvedilol, egy adrenoreceptor-reaktív szer, 100-szor jobban β-blokkol, mint az R(+) izomer. De mindkét izomer megközelítőleg egyformán blokkolja az α-receptorokat.
A pervitin és az amfetamin D-izomerjei erős központi idegrendszeri stimulánsok, és mindkettő L-izomerjei nem rendelkeznek a fő központi idegrendszeri stimuláló tulajdonságokkal, hanem a PNS-t (perifériás idegrendszert) stimulálják. Emiatt a Pervitin L-izomerje nazális szerként kapható, a dextroizomert pedig a világ szinte minden (ritka kivételekkel) országában betiltották az orvosi felhasználásra, és szigorúan ellenőrzik, ahol megengedett.
Az S-amlodipin, az amlodipin tiszta optikailag aktív izomerje felelős a kalciumcsatorna blokádért és az értágulásért.
levocetirizin, RR-citirizin, egy antihisztamin gyógyszer, a hisztamin receptorok aktív blokkolója a citirizin összetételében.
Az S-pantaprozol, a pantaprozol tiszta optikailag aktív izomerje, szelektíven blokkolja a gyomornyálkahártya parietális sejtjeinek protonpumpáját.
Az R-rabeprozol, a rabeprozol tiszta optikailag aktív izomerje, szelektíven blokkolja a gyomornyálkahártya parietális sejtjeinek protonpumpáját.
dexibuprofen, az ibuprofén tiszta optikailag aktív izomerje, amely szelektíven blokkolja a ciklooxigenázt.
dexketoprofen, a ketoprofén tiszta optikailag aktív izomerje, amely szelektíven blokkolja a ciklooxigenázt.
esetodolac, az ietodolak tiszta optikailag aktív izomerje, amely szelektíven és szelektíven blokkolja a ciklooxigenázt.
Az ezomeprazol, az omeprozol tiszta optikailag aktív izomerje, szelektíven blokkolja a gyomornyálkahártya parietális sejtjeinek protonpumpáját.
S-metoprolol, a szív és az erek béta-adrenerg receptorainak szelektív blokkolója, racém metoprololból izolálva
Levomycetin.
kinin.
kinidin.
L-lizin.
L-tiroxin.
L-dopa.
levotiracetám.
R-szibutramin. Nem széles körben használják (valószínűleg csak Indiában), mivel az FDA tiltja a racém szibutramint a mellékhatások miatti elhízás kezelésére. Indiai kutatók szerint az R-szibutramin ezektől a mellékhatásoktól maximálisan mentes, azonban az R-szibutramin biztonságos fogyásban való hatékonysága nem bizonyított.
L-karnitin. Étrend-kiegészítőkben használják.

Kiralitás a szervetlen kémiában

Számos komplex vegyület királis, mint például a jól ismert 2+ komplex, amelyben három bipiridin ligandum királis propeller elrendezést vesz fel. Ebben az esetben a ruténium atom sztereogén centrumnak tekinthető egy pontkiralitású komplexben. A komplexek két enantiomerje, mint például a 2+, Λ-nek (a légcsavar balra fordulása ligandumok által leírt) és Δ-nek (jobb fordulat) nevezhető. A hexol egy királis kobalttartalmú komplex, amelyet először Alfred Werner fedezett fel. A szilárd hexol fontos az első szénmentes anyag, amely tükrözi az optikai aktivitást.

Az aminok kiralitása

A tercier aminok a széntartalmú vegyületekhez hasonló módon királisak: a nitrogénatom négy különböző szubsztituens csoportot hordoz, köztük egy magányos párt. A sztereocentrum inverziójának energiagátja azonban általában 30 kJ/mol körül van, ami azt jelenti, hogy a két sztereoizomer gyorsan átalakul egymással szobahőmérsékleten. Ennek eredményeként az aminok, mint például az NHRR', nem ismerhetők fel látásból, de az NRR'R" felismerhető, ha R, R' és R" ciklusos szerkezetekbe záródnak.

Kiralitás az irodalomban

Noha Lewis Carroll korában keveset tudtak a kiralitásról, Alice Through the Looking-Glass című munkája ősi utalást tartalmaz az enantiometrikus gyógyszerek különféle biológiai aktivitásaira: "Lehet, hogy az üvegtej nem iható" - mondta Alice a macskájának. James Blish Spocknak meg kell halnia című regényében! A Star Trek sorozatból kiderül, hogy Mr. Spock tükörtachionja vegyi anyagokat lop el az orvosi öbölből, és bizonyos aminosavak és az ellenkező királis izomerek átalakítására használja őket.

Achiralitás és prociralitás

A kiralitás hiányát az „achiralitás” kifejezés jelöli. Az akirális molekulák indukált optikai aktivitást mutathatnak. Egy molekulát akkor mondunk prokirálisnak, ha egyetlen atomot, például a CH 2 BrCl-ben lévő hidrogénatomot fluorra cserélve királissá tehető. Ha a királis és prokirális fragmenseket egy molekulában egyesítjük, akkor a magmágneses rezonancia spektrumában megfigyelhető magdiasztereotópia jelensége lép fel. A molekulák kiralitásának kimutatásának egyik módszere ezen alapul.

Lásd még

Megjegyzések

Linkek

A. Boriszova A vegyészek ellaposított szénnel rendelkeznek. Gazeta.ru (2010.07.30.). - A kiralitás néhány jellemzőjének leírását tartalmazza. Az eredetiből archiválva: 2011. augusztus 22. Letöltve: 2010. augusztus 22.

Szerkezeti kémia
Kémiai kötés:	Aromás \| Kovalens kötés \| Ionos kötés \| Fém csatlakozás \| Hidrogénkötés \| Donor-elfogadó kötvény \| Tautomeria \| Van der Waals kapcsolat
Szerkezeti megjelenítés:	Funkcionális csoport \| Szerkezeti képlet \| Szerves vegyületek vázképlete \| Kémiai képlet \| Ligand \| Koordinációs geometria \| Koordinációs szféra
Elektronikus tulajdonságok:	Elektronegativitás \| Elektronaffinitás \| Ionizációs energia \| A kémiai kötések polaritása \| Oktett szabály