ENANTIOMEREN: KENMERKEN, EIGENSCHAPPEN EN VOORBEELDEN - CHEMIE - 2025

De enantiomeren zijn die paren (anorganische) organische verbindingen die bestaan ​​uit twee spiegelbeelden die niet op elkaar kunnen worden gelegd. Wanneer het tegenovergestelde gebeurt - bijvoorbeeld in het geval van een bal, golfclub of vork - zijn er sprake van achirale objecten.

De term chiraliteit is bedacht door William Thomson (Lord Kelvin), die definieerde dat een object chiraal is als het niet met zijn spiegelbeeld kan worden over elkaar heen gelegd. De handen zijn bijvoorbeeld chirale elementen, aangezien de weerspiegeling van de linkerhand, zelfs als deze zich omdraait, nooit zal samenvallen met het origineel.

Een manier om dit aan te tonen is door de rechterhand over de linkerhand te plaatsen en te ontdekken dat de enige vingers die elkaar overlappen het midden zijn. In feite is het woord chiraal afgeleid van het Griekse woord cheir, wat 'hand' betekent.

In het geval van de vork in de bovenste afbeelding, als de reflectie ervan zou worden omgedraaid, zou deze perfect onder het origineel passen, wat zich vertaalt als een achiraal object.

Asymmetrische koolstof

Welke geometrische vorm moet een set atomen hebben om als chiraal te worden beschouwd? Het antwoord is tetraëdrisch; dat wil zeggen, voor een organische verbinding moet het koolstofatoom een ​​tetraëdrische rangschikking eromheen hebben. Dit geldt echter voor de meeste verbindingen, maar dit is niet altijd het geval.

Om deze hypothetische verbinding CW ₄ chiraal te laten zijn, moeten alle substituenten verschillend zijn. Als het niet zo was, zou de reflectie van de tetraëder na enkele rotaties elkaar kunnen overlappen.

Verbinding C (ABCD) is dus chiraal. Wanneer dit gebeurt, staat het koolstofatoom dat aan vier verschillende substituenten is bevestigd, bekend als een asymmetrische koolstof (of stereogene koolstof). Wanneer deze koolstof in de spiegel wordt "bekeken", vormt zijn reflectie en dit het enantiomere paar.

Geïllustreerd in de bovenste afbeelding zijn drie enantiomere paren van verbinding C (ABCD). Als we alleen het eerste paar beschouwen, is de reflectie ervan niet over elkaar heen te leggen, omdat bij het omdraaien alleen de letters A en D samenvallen, maar niet C en B.

Hoe verhouden de andere enantiomerenparen zich tot elkaar? De verbinding en zijn afbeelding van het eerste enantiomere paar zijn diasteromeren van de andere paren.

Met andere woorden, de diasteromeren zijn stereo-isomeren van dezelfde verbinding, maar zonder het product van hun eigen reflectie te zijn; dat wil zeggen, ze zijn niet jouw spiegelbeeld.

Een praktische manier om dit concept te assimileren, is door het gebruik van modellen, waarvan sommige zo eenvoudig zijn als de modellen die zijn samengesteld met een anime-bal, een paar tandenstokers en wat massa's plasticine om de atomen of groepen weer te geven.

Nomenclatuur

Het veranderen van de plaats van twee letters produceert een ander enantiomeer, maar als drie letters worden verplaatst, keert de bewerking terug naar de oorspronkelijke verbinding met een andere ruimtelijke oriëntatie.

Op deze manier geeft het veranderen van twee letters aanleiding tot twee nieuwe enantiomeren en tegelijkertijd tot twee nieuwe diastereomeren van het oorspronkelijke paar.

Maar hoe onderscheid je deze enantiomeren van elkaar? Dit is wanneer de absolute RS-configuratie ontstaat.

De onderzoekers die het implementeerden waren Cahn, Sir Christopher Ingold en Vladimir Prelog. Om deze reden staat het bekend als het Cahn-Ingold-Prelog Notation System (RS).

Volgorde regels of prioriteiten

Hoe pas je deze absolute instelling toe? Ten eerste verwijst de term "absolute configuratie" naar de exacte ruimtelijke rangschikking van de substituenten op het asymmetrische koolstofatoom. Elke ruimtelijke opstelling heeft dus zijn eigen R- of S-configuratie.

De bovenste afbeelding illustreert twee absolute configuraties voor een paar enantiomeren. Om een ​​van de twee aan te duiden als R of S, moeten de regels voor volgordebepaling of prioriteit worden gevolgd:

1- De substituent met het hoogste atoomnummer is degene met de hoogste prioriteit.

2- Het molecuul is zo georiënteerd dat het atoom of de groep met de laagste prioriteit achter het vlak wijst.

3- De pijlen van de links worden getekend en er wordt een cirkel getekend in een aflopende richting met prioriteit. Als deze richting rechtsom hetzelfde is, is de instelling R; als het tegen de klok in is, is de instelling S.

In het geval van de afbeelding komt de rode bol gemarkeerd met het cijfer 1 overeen met de substituent met de hoogste prioriteit, enzovoort.

De witte bol, die met nummer 4, komt bijna altijd overeen met het waterstofatoom. Met andere woorden, waterstof is de substituent met de laagste prioriteit en wordt als laatste geteld.

Absoluut configuratievoorbeeld

In de verbinding in de bovenste afbeelding (aminozuur l-serine) heeft de asymmetrische koolstof de volgende substituenten: CH ₂ OH, H, COOH en NH ₂ .

Bij toepassing van de voorgaande regels voor deze verbinding, is de substituent met de hoogste prioriteit NH ₂ , gevolgd door COOH en als laatste CH ₂ OH. Als vierde substituent wordt H.

De COOH-groep heeft voorrang op CH ₂ OH, omdat de koolstof drie bindingen vormt met de zuurstofatomen (O, O, O), terwijl de andere slechts één vormt met de OH (H, H, O).

Kenmerken van de enantiomeren

De enantiomeren missen elementen van symmetrie. Deze elementen kunnen het vlak of het symmetriecentrum zijn.

Wanneer deze aanwezig zijn in de moleculaire structuur, is het zeer waarschijnlijk dat de verbinding achiraal is en daarom geen enantiomeren kan vormen.

Eigendommen

Een paar enantiomeren vertonen dezelfde fysische eigenschappen, zoals kookpunt, smeltpunt of dampspanning.

Een eigenschap die ze onderscheidt, is echter het vermogen om gepolariseerd licht te roteren, of wat hetzelfde is: elk enantiomeer heeft zijn eigen optische activiteiten.

De enantiomeren die het gepolariseerde licht met de klok mee roteren, krijgen de (+) configuratie, terwijl de enantiomeren die het tegen de klok in draaien de (-) configuratie krijgen.

Deze rotaties zijn onafhankelijk van de ruimtelijke rangschikking van de substituenten op de asymmetrische koolstof. Bijgevolg kan een verbinding met de R- of S-configuratie (+) en (-) zijn.

Bovendien, als de concentraties van beide enantiomeren (+) en (-) gelijk zijn, wijkt het gepolariseerde licht niet af van zijn pad en is het mengsel optisch inactief. Wanneer dit gebeurt, wordt het mengsel een racemisch mengsel genoemd.

Op hun beurt bepalen ruimtelijke ordeningen de reactiviteit van deze verbindingen tegen stereospecifieke substraten. Een voorbeeld van deze stereospecificiteit doet zich voor bij enzymen, die alleen op een bepaald enantiomeer kunnen werken, maar niet op het spiegelbeeld ervan.

Voorbeelden

Van de vele mogelijke enantiomeren worden de volgende drie verbindingen toegelicht:

Thalidomide

Welke van de twee moleculen heeft de S-configuratie? Die van links. De volgorde van prioriteit is als volgt: ten eerste het stikstofatoom, ten tweede de carbonylgroep (C = O) en ten derde de methyleengroep (–CH ₂ -).

Gebruik de richting van de klok (R) om door de groepen te gaan; echter, aangezien de waterstof uit het vlak wijst, komt de configuratie gezien vanuit de achterhoek eigenlijk overeen met de S, terwijl in het geval van het molecuul aan de rechterkant de waterstof (degene met de laagste prioriteit) één keer terug wijst van het vliegtuig.

Salbutamol en limoneen

Welke van de twee moleculen is het R-enantiomeer: ​​de boven- of onderkant? In beide moleculen is het asymmetrische koolstofatoom gekoppeld aan de OH-groep.

Het bepalen van de volgorde van prioriteiten voor het onderstaande molecuul geeft zo: eerst de OH, ten tweede de aromatische ring en als derde de groep CH ₂ –NH - C (CH ₃ ) ₃ .

Als we door de groepen gaan, wordt een cirkel met de klok mee getekend; daarom is het het R-enantiomeer. Het onderste molecuul is het R-enantiomeer en het bovenste het S.

In het geval van de verbinding (R) - (+) - limoneen en (S) - (-) - limoneen, zitten de verschillen in hun bronnen en geuren. Het R-enantiomeer wordt gekenmerkt door een sinaasappelgeur, terwijl het S-enantiomeer een citroengeur heeft.

Referenties

1. TW Graham Solomons, Craigh B. Fryhle. Organische chemie. (Tiende editie, p. 188-301) Wiley Plus.
2. Francis A. Carey. Organische chemie. In stereochemie. (Zesde editie, Pp.288-301). Mc Graw Hill.
3. Zeevveez. (1 augustus 2010). Vork Spiegelreflectie. : Opgehaald op 17 april 2018, van: flickr.com
4. GP Moss. Basisterminologie van stereochemie (IUPAC-aanbevelingen 1996) Pure and Applied Chemistry, Volume 68, Issue 12, Pages 2193-22222, ISSN (Online) 1365-3075, ISSN (Print) 0033-4545, DOI: doi.org
5. Molecule of the Week Archive. (1 september 2014). Thalidomide. Opgehaald op 17 april 2018, van: acs.org
6. Jordi Picart. (29 juli 2011). Toewijzing van de R- en S-configuraties aan een chiraal centrum. . Opgehaald op 17 april 2018, van: commons.wikimedia.org