Tabla de Contenidos
Хиралният център , наричан още асиметричен център , хирален атом или асиметричен атом , е тетраедричен атом, който има четири различни групи, прикрепени към него, и следователно може да направи съединението хирално . Хиралността означава, че съединението не може да се наслагва върху своя огледален образ, така че може да съществува като един от два различни енантиомера или оптични изомери.
Твърди се, че „може“ да направи съединение хирално, тъй като съществуването на хирални центрове в молекулата не гарантира, че молекулата като цяло е хирална. Понякога се случва едно съединение да има повече от един хирален център, но молекулата да е симетрична, което я прави ахирална.
Хирални центрове в органичната химия
Хиралните центрове са много често срещани в органичните съединения, тъй като въглеродният атом е четиривалентен и има тетраедрична геометрия. Като следствие, всеки въглероден атом, който е свързан с четири различни групи, ще бъде хирален въглерод.
В органичната химия е обичайно хиралните центрове да се идентифицират чрез добавяне на звездичка до споменатия атом. В други случаи, самият факт на изрично посочване на ориентацията в пространството на групите, прикрепени към атом в органична молекула (представляващи връзките като клинове и линии), е достатъчен, за да се разбере, че въпросният атом е хирален център.
Освен въглерода, други атоми, които също могат да бъдат хирални центрове в органичните съединения, са силиций, азот и фосфор. Тези хирални центрове са описани по-подробно по-долу и са предоставени примери за всеки.
Въглерод (C) като хирален център
В органичната химия повечето хирални центрове съответстват на тетраедрични въглеродни атоми, често наричани хирални въглероди или асиметрични въглероди. Има безброй органични съединения с хирални въглероди, както естествени, така и синтетични.
Например, по-голямата част от съединенията с биологично значение притежават един или повече хирални въглеродни атоми . Такъв е случаят с почти всички аминокиселини, в които алфа въглеродът е хирален център. Протеините, които могат да имат хиляди аминокиселини, свързани заедно, следователно имат хиляди хирални центрове. От друга страна, въглехидратите могат да имат един, два, три и дори четири хирални въглерода, което води до голям брой различни стереоизомери.
Пример за въглерод като хирален център в аминокиселината L-аланин:
L-аланинът е пример за аминокиселина, която има хирален център при въглерод 2, наричан още алфа въглерод.
Силиций (Si) като хирален център
Силицият е друг пример за четиривалентен елемент, който понякога се среща в някои органични съединения. Този елемент принадлежи към въглеродната група в периодичната таблица и също е тетраедричен атом, когато има четири групи, свързани с него. Това означава, че когато има четири различни групи, това съответства на хирален център.
Пример за силиций като хирален център:
В следното съединение може да се види асиметричен силициев атом, който е хирален център. Като има един хирален център, цялата молекула е хирална.
Азот (N) като хирален център
Несподелените двойки електрони могат да се считат за „различна група“, когато се разглежда атом като възможен хирален център. Това означава, че sp3 -хибридизираният азот , който образува три единични връзки и също има несподелена двойка електрони в своята структура, може да бъде хирален център, ако трите групи са различни.
По този начин, в много вторични и третични амини с различни алкилови групи, азотният атом може да се счита за хирален център. Проблемът е, че тези амини могат да претърпят инверсия на хиралния център, ако алкиловите групи са отворени вериги, така че в тези случаи азотът не се счита за хирален.
Въпреки това, ако алкилите са част от циклична структура, която предотвратява инверсия, тогава азотът ще бъде хирален център.
Друг случай, в който азотът също може да бъде хирален център, възниква, когато има органични катиони, получени от амоний, като тетраалкиламониеви катиони. В тези случаи азотът е свързан с четири групи, които, ако са различни, правят азота хирален център.
Пример за азот като хирален център в триалкиламониев катион:
Фосфор (P) като хирален център
Има много органични фосфорни съединения със структури, подобни на амини, които са производни на фосфин. Въпреки това, в други случаи, като фосфорната киселина и нейните производни (като естери, например), фосфорът е заобиколен от четири групи, разпределени по приблизително тетраедричен начин. Както винаги, ако и четирите групи са различни, фосфорът ще бъде хирален център.
Пример за фосфор като хирален център:
Хирални центрове в неорганичната химия
В допълнение към органичните съединения, неорганичните съединения също могат да съдържат хирални центрове. За начало и силицият, и фосфорът могат да образуват много ковалентни неорганични съединения, в които те са също четиривалентни и следователно могат да бъдат хирални центрове.
Но в допълнение към тези случаи има и много органометални съединения, в които металът има координационно число четири и може също да приеме тетраедрична геометрия. Такъв е случаят с някои никелови комплекси.
Освен това има и комплекси с октаедрична геометрия (с 6 лиганда или групи, разпределени около централния метал), които също представят хиралност и чиито централни атоми следователно са хирални центрове.
Препратки
Борман, С. (2017). Разбиване на фосфор в хирална форма. C&EN Global Enterprise, 95 (18), 5. https://doi.org/10.1021/cen-09518-notw1Chelouan, A. (2014). Хирални производни на сярата и фосфора: синтез и приложения в асиметрична катализа. Извлечено от https://dialnet.unirioja.es/servlet/tesis?codigo=46408
DiRocco, DA, Ji, Y., Sherer, EC, Klapars, A., Reibarkh, M., Dropinski, J., . . . Дейвис, IW (2017). Многофункционален катализатор, който стереоселективно сглобява пролекарства. Наука, 356 (6336), 426–430. https://doi.org/10.1126/science.aam7936
Микаел Хенрион (2014). Синтез и хомогенни каталитични приложения на никел(II)-N-хетероциклични карбенови комплекси. Катализа. Страсбургски университет.
Мот, В. (nd). Тетраедрични и квадратни планарни комплекси | Въведение в химията. Извлечено от https://courses.lumenlearning.com/introchem/chapter/tetrahedral-and-square-planar-complexes/
Weininger, SJ, & Stermitz, FR (1988). Органична химия (испанско издание) (1-во издание). Барселона, Испания: Editorial Reverte.
