Tabla de Contenidos
Et chiralt center , også kaldet et asymmetrisk center , chiralt atom eller asymmetrisk atom , er et tetraedrisk atom, der har fire forskellige grupper knyttet til sig, og kan derfor gøre forbindelsen chiral . Kiralitet betyder, at forbindelsen ikke kan overlejres med sit spejlbillede, så den kan eksistere som en af to forskellige enantiomerer eller optiske isomerer.
Det siges, at det “kan” gøre en forbindelse chiral, da eksistensen af chirale centre i et molekyle ikke sikrer, at molekylet som helhed er chiralt. Nogle gange sker det, at en forbindelse har mere end ét chiralt center, men molekylet er symmetrisk, hvilket gør det achiralt.
Chirale centre i organisk kemi
Chirale centre er meget almindelige i organiske forbindelser, fordi carbonatomet er tetravalent og har tetraedrisk geometri. Som en konsekvens vil ethvert carbonatom, der er bundet til fire forskellige grupper, være et chiralt carbon.
I organisk kemi er det almindeligt at identificere chirale centre ved at tilføje en stjerne ved siden af atomet. I andre tilfælde er den blotte kendsgerning eksplicit at angive orienteringen i rummet af grupperne knyttet til et atom i et organisk molekyle (der repræsenterer bindingerne som kiler og linjer) nok til at indse, at nævnte atom er et chiralt center.
Udover kulstof er andre atomer, der også kan være chirale centre i organiske forbindelser, silicium, nitrogen og fosfor. Disse chirale centre er beskrevet mere detaljeret nedenfor, og der er givet eksempler på hver.
Kulstof (C) som chiralt center
I organisk kemi svarer de fleste chirale centre til tetraedriske carbonatomer, ofte kaldet chirale carboner eller asymmetriske carboner. Der findes utallige organiske forbindelser med chirale carboner, både naturlige og syntetiske.
For eksempel har det store flertal af forbindelser af biologisk betydning et eller flere chirale carbonatomer . Sådan er det med næsten alle aminosyrer, hvor alfa-carbonet er et chiralt center. Proteiner, som kan have tusindvis af aminosyrer knyttet sammen, har derfor tusindvis af chirale centre. På den anden side kan kulhydrater have et, to, tre og endda fire chirale kulstoffer, hvilket giver anledning til et stort antal forskellige stereoisomerer.
Eksempel på kulstof som chiralt center i aminosyren L-Alanin:
L-alanin er et eksempel på en aminosyre, der har et chiralt center ved kulstof 2, også kaldet alfakulstof.
Silicium (Si) som chiralt center
Silicium er et andet eksempel på et tetravalent grundstof, der nogle gange findes i nogle organiske forbindelser. Dette grundstof tilhører kulstofgruppen i det periodiske system og er også et tetraedrisk atom, når det har fire grupper knyttet til sig. Det betyder, at når det har fire forskellige grupper, svarer det til et chiralt center.
Eksempel på silicium som chiralt center:
I den følgende forbindelse kan der ses et asymmetrisk siliciumatom, som er et chiralt center. Ved at have et enkelt chiralt center er hele molekylet chiralt.
Nitrogen (N) som chiralt center
De enlige elektronpar kan tælles som en “anden gruppe”, når man betragter et atom som et muligt chiralt center. Det betyder, at det sp 3 -hybridiserede nitrogen , der danner tre enkeltbindinger og også har et ensomt elektronpar i sin struktur, kunne være et chiralt center, hvis de tre grupper er forskellige.
I mange sekundære og tertiære aminer med forskellige alkylgrupper kunne nitrogenatomet således betragtes som et chiralt center. Problemet er, at disse aminer kan undergå inversion af det chirale center, hvis alkylgrupperne er åbne kæder, så i disse tilfælde betragtes nitrogenet ikke som chiralt.
Men hvis alkylerne er en del af en cyklisk struktur, der forhindrer inversion, så ville nitrogen være et chiralt center.
Et andet tilfælde, hvor nitrogen også kan være et chiralt center, opstår, når der er organiske kationer afledt af ammonium, såsom tetraalkylammoniumkationer. I disse tilfælde er nitrogen knyttet til fire grupper, der, hvis de er forskellige, gør nitrogen til et chiralt center.
Eksempel på nitrogen som et chiralt center i en trialkylammoniumkation:
Fosfor (P) som chiralt center
Der er mange organiske fosforforbindelser med strukturer, der ligner aminer, der er derivater af fosphin. Men i andre tilfælde, såsom phosphorsyre og dens derivater (såsom estere, for eksempel), er phosphor omgivet af fire grupper fordelt på en tilnærmelsesvis tetraedrisk måde. Som altid, hvis alle fire grupper er forskellige, vil fosforet være et chiralt center.
Eksempel på fosfor som chiralt center:
Chirale centre i uorganisk kemi
Ud over organiske forbindelser kan uorganiske forbindelser også indeholde chirale centre. Til at begynde med kan både silicium og fosfor danne mange kovalente uorganiske forbindelser, hvori de også er tetravalente, og derfor kunne være chirale centre.
Men ud over disse tilfælde er der også mange organometalliske forbindelser, hvor metallet har et koordinationsnummer på fire og også kan antage en tetraedrisk geometri. Sådan er det med nogle nikkelkomplekser.
Derudover er der også komplekser med oktaedrisk geometri (med 6 ligander eller grupper fordelt rundt om det centrale metal), som også præsenterer chiralitet, og hvis centrale atomer derfor er chirale centre.
Referencer
Borman, S. (2017). Pisk fosfor til chiral form. C&EN Global Enterprise, 95(18), 5. https://doi.org/10.1021/cen-09518-notw1Chelouan, A. (2014). Chirale derivater af svovl og fosfor: syntese og anvendelser i asymmetrisk katalyse. Hentet fra https://dialnet.unirioja.es/servlet/tesis?codigo=46408
DiRocco, DA, Ji, Y., Sherer, EC, Klapars, A., Reibarkh, M., Dropinski, J., . . . Davies, IW (2017). En multifunktionel katalysator, der stereoselektivt samler prodrugs. Science, 356(6336), 426-430. https://doi.org/10.1126/science.aam7936
Mickaël Henrion (2014). Syntese og homogene katalytiske anvendelser af nikkel(II)-N-heterocykliske carbenkomplekser. Katalyse. Universitetet i Strasbourg.
Mott, V. (nd). Tetraedriske og kvadratiske plane komplekser | Introduktion til kemi. Hentet fra https://courses.lumenlearning.com/introchem/chapter/tetrahedral-and-square-planar-complexes/
Weininger, SJ, & Stermitz, FR (1988). Organisk kemi (spansk udgave) (1. udg.). Barcelona, Spanien: Editorial Reverte.
