إن chirality هي خاصية هندسية يمكن أن يكون للكائن صورتان: واحدة على اليمين والأخرى على اليسار ، وهما غير قابلين للتبديل ؛ أي أنها مختلفة مكانيًا ، على الرغم من أن بقية خصائصها متطابقة. يُقال ببساطة إن الكائن الذي يظهر chirality هو "chiral".
اليد اليمنى واليسرى حلزونية: أحدهما انعكاس (صورة معكوسة) للآخر ، لكنهما ليسا متماثلين ، لأنه عند وضع إحداهما فوق الأخرى ، لا يتطابق إبهامهما.
المصدر: غابرييل بوليفار
أكثر من مجرد مرآة ، لمعرفة ما إذا كان الشيء غير حلزوني ، يجب طرح السؤال التالي: هل يحتوي على "نسخ" للجانبين الأيمن والأيسر؟
على سبيل المثال ، يعد المكتب الأيسر والآخر الأيمن من الأشياء اللولبية ؛ مركبتان من نفس الطراز ولكن مع وجود عجلة القيادة على اليسار أو اليمين ؛ زوج من الأحذية ، وكذلك القدمين ؛ سلالم حلزونية في الاتجاه الأيسر وفي الاتجاه الصحيح ، إلخ.
وفي الكيمياء ، لا تُستثنى الجزيئات من ذلك: يمكن أيضًا أن تكون مراوان. تُظهر الصورة زوجًا من الجزيئات بهندسة رباعية السطوح. حتى إذا تم تدوير الكرة الموجودة على اليسار ولمس الكرات الزرقاء والبنفسجية ، فإن الكرات البنية والخضراء "ستبدو" خارج الطائرة.
ما هو chirality؟
مع الجزيئات ، ليس من السهل تحديد "الإصدار" الأيسر أو الأيمن بمجرد النظر إليها. لهذا الغرض ، يلجأ الكيميائيون العضويون إلى تكوينات Cahn-Ingold-Prelog (R) أو (S) ، أو في الخواص البصرية لهذه المواد اللولبية لتدوير الضوء المستقطب (وهو أيضًا عنصر لولبي).
ومع ذلك ، فليس من الصعب تحديد ما إذا كان الجزيء أو المركب متناوبًا بمجرد النظر إلى هيكله. ما هي السمة اللافتة للنظر لزوج الجزيئات في الصورة أعلاه؟
لها أربعة بدائل مختلفة ، لكل منها لونها المميز ، كما أن الهندسة حول الذرة المركزية هي رباعي السطوح.
إذا كانت هناك ذرة في بنية تحتوي على أربعة بدائل مختلفة ، فيمكن القول (في معظم الحالات) أن الجزيء غير حلزوني.
ثم يقال أنه يوجد في الهيكل مركز chirality أو مركز تجسيمي. وحيثما يوجد واحد ، سيكون هناك زوج من الأيزومرات الفراغية المعروفة باسم المتماثلات.
الجزيئين في الصورة هما متماثلان. كلما زاد عدد المراكز اللولبية الموجودة في المركب ، زاد تنوعه المكاني.
الذرة المركزية هي عمومًا ذرة كربون في جميع الجزيئات الحيوية والمركبات ذات النشاط الدوائي ؛ ومع ذلك ، يمكن أن يكون أيضًا أحد الفوسفور أو النيتروجين أو المعدن.
أمثلة على chirality
ربما يكون مركز chirality أحد أهم العناصر في تحديد ما إذا كان المركب مراوان أم لا.
ومع ذلك ، هناك عوامل أخرى قد تمر دون أن يلاحظها أحد ، ولكن في النماذج ثلاثية الأبعاد ، فإنها تكشف عن صورة معكوسة لا يمكن فرضها.
بالنسبة لهذه الهياكل ، يُقال بعد ذلك أنه بدلاً من المركز لديهم عناصر أخرى من chirality. مع أخذ ذلك في الاعتبار ، فإن وجود مركز غير متماثل بأربعة بدائل لم يعد كافياً ، ولكن يجب أيضًا تحليل باقي الهيكل بعناية ؛ وبالتالي تكون قادرة على التمييز بين أحد الأيزومرات الفراغية والآخر.
محوري
المصدر: جو ، من ويكيميديا كومنز
قد تظهر المركبات الموضحة في الصورة أعلاه مسطحة للعين المجردة ، لكنها في الحقيقة ليست كذلك. إلى اليسار توجد البنية العامة للألين ، حيث تشير R إلى البدائل الأربعة المختلفة ؛ وإلى اليمين ، الهيكل العام لمركب ثنائي الفينيل.
يمكن تصور النهاية حيث يلتقي R 3 و R 4 على أنها "زعنفة" متعامدة على المستوى حيث تقع R 1 و R 2.
إذا قام مراقب بتحليل هذه الجزيئات عن طريق وضع العين أمام أول كربون مرتبط بـ R 1 و R 2 (للألين) ، فسوف يرى R 1 و R 2 على الجانبين الأيسر والأيمن ، و R 4 و R 3 في الأعلى والأسفل.
إذا بقيت R 3 و R 4 ثابتين ، لكن R 1 تحولت إلى اليمين ، و R 2 إلى اليسار ، عندها سيكون لدينا "نسخة مكانية" أخرى.
هذا هو المكان الذي يمكن للمراقب فيه أن يستنتج أنه وجد محور chirality للألين ؛ وينطبق الشيء نفسه على ثنائي الفينيل ، ولكن مع الحلقات العطرية المشاركة في الرؤية.
حلقة البراغي أو اللولبية
المصدر: Sponk ، من ويكيميديا كومنز
لاحظ أنه في المثال السابق يكمن محور chirality في الهيكل العظمي C = C = C ، للألين ، وفي رابطة Ar-Ar ، لثنائي الفينيل.
للمركبات المذكورة أعلاه تسمى heptahelcenes (لأن لها سبع حلقات) ، ما هو محور chirality الخاصة بهم؟ يتم تقديم الإجابة بنفس الصورة أعلاه: المحور Z ، محور المروحة.
لذلك ، لتمييز أحد المتماثلات عن الآخر ، عليك أن تنظر إلى هذه الجزيئات من الأعلى (يفضل).
بهذه الطريقة ، يمكن تفصيل أن مادة هيبتاهليسين تدور في اتجاه عقارب الساعة (الجانب الأيسر من الصورة) ، أو عكس اتجاه عقارب الساعة (الجانب الأيمن من الصورة).
مستو
لنفترض أنه لم يعد لديك مروحية ، بل جزيء بحلقات غير متحد المستوى ؛ أي أن أحدهما يقع فوق أو أسفل الآخر (أو أنهما ليسا على نفس المستوى).
هنا لا ترتكز الشخصية اللولبية كثيرًا على الحلبة ، ولكن على بدائلها ؛ هذه هي التي تحدد كل من المتناقضين.
المصدر: Anypodetos ، مؤلف ملف PNG الأصلي: EdChem ، من ويكيميديا كومنز
على سبيل المثال ، في ferrocene في الصورة العليا ، الحلقات التي "شطيرة" ذرة الحديد لا تتغير ؛ لكن الاتجاه المكاني للحلقة مع ذرة النيتروجين والمجموعة- N (CH 3) 2 يفعل.
في الصورة ، تشير المجموعة -N (CH 3) 2 إلى اليسار ، ولكن في متماثلها ستشير إلى اليمين.
الآخرين
بالنسبة للجزيئات الكبيرة أو تلك ذات الهياكل المفردة ، تبدأ الصورة في التبسيط. لماذا ا؟ لأنه من خلال نماذجهم ثلاثية الأبعاد ، يمكن رؤيتها من عين الطائر إذا كانت مراوان أم لا ، كما يحدث مع الكائنات في الأمثلة الأولية.
على سبيل المثال ، يمكن للأنبوب النانوي الكربوني أن يُظهر أنماطًا من المنعطفات إلى اليسار ، وبالتالي يكون لولبيًا إذا كان هناك واحدًا متطابقًا ولكن مع انعطاف إلى اليمين.
يحدث الشيء نفسه مع الهياكل الأخرى حيث ، على الرغم من عدم وجود مراكز chirality ، فإن الترتيب المكاني لجميع ذراتها يمكن أن يتخذ أشكالًا مراوية.
نتحدث إذن عن chirality متأصل ، والذي لا يعتمد على ذرة بل على الكل.
طريقة فعالة كيميائيًا للتمييز بين "الصورة اليسرى" والصورة اليمنى هي من خلال التفاعل الانتقائي الفراغي. هذا هو ، حيث يمكن أن يحدث فقط مع متماثل واحد ، بينما لا يحدث مع الآخر.
المراجع
- كاري ف. (2008). الكيمياء العضوية. (الطبعة السادسة). ماك جراو هيل.
- ويكيبيديا. (2018). شرالية (كيمياء). تم الاسترجاع من: en.wikipedia.org
- Advameg ، Inc. (2018). شرالية. تم الاسترجاع من: chemistryexplained.com
- ستيفن إيه هاردينجر وهاركورت بريس آند كومباني. (2000). الكيمياء المجسمة: تحديد التناظر الجزيئي. تم الاسترجاع من: chem.ucla.edu
- جامعة هارفرد. (2018). chirality الجزيئية. تم الاسترجاع من: rowland.harvard.edu
- جامعة ولاية أوريغون. (14 يوليو 2009). Chirality: كائنات Chiral & Achiral. تم الاسترجاع من: science.oregonstate.edu