화학에서 키랄 중심이란 무엇입니까?

비대칭 중심 , 키랄 원자 또는 비대칭 원자 라고도 하는 키랄 중심 은 4개의 다른 그룹이 부착된 사면체 원자이므로 화합물을 키랄로 만들 수 있습니다 . 키랄성은 화합물이 거울상과 겹치지 않아 두 가지 다른 거울상 이성질체 또는 광학 이성질체 중 하나로 존재할 수 있음을 의미합니다.

분자에 키랄 중심이 존재한다고 해서 분자 전체가 키랄이라는 것을 보장할 수 없기 때문에 화합물을 키랄로 만들 수 있다고 합니다. 때로는 화합물이 하나 이상의 키랄 중심을 갖지만 분자가 대칭이어서 키랄이 되는 경우가 있습니다.

유기 화학의 키랄 센터

키랄 중심은 탄소 원자가 4가이고 사면체 기하학을 갖기 때문에 유기 화합물에서 매우 일반적입니다. 결과적으로 4개의 다른 그룹에 결합된 모든 탄소 원자는 키랄 탄소가 됩니다.

유기 화학에서는 해당 원자 옆에 별표를 추가하여 키랄 중심을 식별하는 것이 일반적입니다. 다른 경우에, 유기 분자의 원자에 부착된 그룹의 공간 방향을 명시적으로 나타내는 단순한 사실(결합을 쐐기 및 선으로 나타냄)은 해당 원자가 키랄 중심임을 인식하기에 충분합니다.

탄소 외에 유기 화합물에서 키랄 중심이 될 수 있는 다른 원자로는 규소, 질소 및 인이 있습니다. 이러한 키랄 센터는 아래에 더 자세히 설명되어 있으며 각각의 예가 제공됩니다.

키랄 중심으로서의 탄소(C)

유기 화학에서 대부분의 키랄 중심은 종종 키랄 탄소 또는 비대칭 탄소라고 하는 사면체 탄소 원자에 해당합니다. 천연 및 합성 모두 키랄 탄소를 포함하는 수많은 유기 화합물이 있습니다.

예를 들어, 생물학적으로 중요한 대부분의 화합물은 하나 이상의 키랄 탄소를 가지고 있습니다 . 알파 탄소가 키랄 중심인 거의 모든 아미노산의 경우입니다. 따라서 수천 개의 아미노산이 서로 연결될 수 있는 단백질에는 수천 개의 키랄 중심이 있습니다. 반면에 탄수화물은 1개, 2개, 3개, 심지어 4개의 키랄 탄소를 가질 수 있어 많은 수의 다른 입체이성질체를 생성합니다.

아미노산 L-알라닌에서 키랄 중심으로서의 탄소의 예:

L-알라닌은 알파 탄소라고도 하는 탄소 2에 키랄 중심을 갖는 아미노산의 예입니다.

키랄 중심으로 실리콘(Si)

실리콘은 때때로 일부 유기 화합물에서 발견되는 4가 원소의 또 다른 예입니다. 이 원소는 주기율표의 탄소 그룹에 속하며 4개의 그룹이 부착된 경우에도 사면체 원자입니다. 이는 4개의 다른 그룹이 있을 때 키랄 중심에 해당함을 의미합니다.

키랄 중심으로서 실리콘의 예:

다음 화합물에서 키랄 중심인 비대칭 규소 원자를 볼 수 있습니다. 단일 키랄 중심을 가짐으로써 전체 분자는 키랄입니다.

키랄 센터로서의 질소(N)

고독한 전자쌍은 원자를 가능한 키랄 중심으로 고려할 때 “다른 그룹”으로 간주될 수 있습니다. 이것은 3개의 단일 결합을 형성하고 그 구조에 고독한 전자쌍을 갖는 sp ³ -하이브리드화된 질소가 3개의 그룹이 다른 경우 키랄 중심이 될 수 있음을 의미합니다.

따라서 서로 다른 알킬 그룹을 가진 많은 2차 및 3차 아민에서 질소 원자는 키랄 중심으로 간주될 수 있습니다. 문제는 알킬 그룹이 열린 사슬인 경우 이러한 아민이 키랄 중심의 반전을 겪을 수 있으므로 이러한 경우 질소는 키랄로 간주되지 않는다는 것입니다.

그러나 알킬이 반전을 방지하는 고리 구조의 일부인 경우 질소는 키랄 중심이 됩니다.

질소가 키랄 중심이 될 수 있는 또 다른 경우는 테트라알킬암모늄 양이온과 같은 암모늄에서 파생된 유기 양이온이 있을 때 발생합니다. 이 경우 질소는 4개의 그룹에 연결되어 있으며, 서로 다른 경우에는 질소를 키랄 중심으로 만듭니다.

트리알킬암모늄 양이온에서 키랄 중심으로서의 질소의 예:

키랄 중심으로서의 인(P)

포스핀의 유도체인 아민과 유사한 구조를 가진 많은 유기 인 화합물이 있습니다. 그러나 인산 및 그 유도체(예: 에스테르)와 같은 다른 경우에는 인이 대략 사면체 방식으로 분포된 4개의 그룹으로 둘러싸여 있습니다. 항상 그렇듯이 네 그룹이 모두 다르면 인이 키랄 중심이 됩니다.

키랄 중심으로서의 인의 예:

무기 화학의 키랄 센터

유기 화합물 외에도 무기 화합물도 키랄 중심을 포함할 수 있습니다. 우선, 규소와 인은 모두 4가인 많은 공유 결합 무기 화합물을 형성할 수 있으므로 키랄 중심이 될 수 있습니다.

그러나 이러한 경우 외에도 금속의 배위수가 4이고 사면체 기하학을 가정할 수 있는 유기 금속 화합물도 많이 있습니다. 일부 니켈 착물의 경우도 마찬가지입니다.

또한 키랄성을 나타내므로 중심 원자가 키랄 중심인 팔면체 기하학(중앙 금속 주위에 분포된 6개의 리간드 또는 그룹 포함)을 갖는 착물도 있습니다.

참조

보먼, S. (2017). 인을 키랄 형태로 채찍질합니다. C&EN 글로벌 엔터프라이즈, 95(18), 5. https://doi.org/10.1021/cen-09518-notw1Chelouan, A. (2014). 황과 인의 키랄 유도체: 비대칭 촉매의 합성 및 응용. https://dialnet.unirioja.es/servlet/tesis?codigo=46408 에서 가져옴

DiRocco, DA, Ji, Y., Sherer, EC, Klapars, A., Reibarkh, M., Dropinski, J., . . . 데이비스, IW(2017). 전구약물을 입체선택적으로 조립하는 다기능 촉매. 과학, 356(6336), 426–430. https://doi.org/10.1126/science.aam7936

미카엘 헨리온(2014). 니켈(II)-N-헤테로사이클릭 카르벤 착물의 합성 및 균질 촉매 적용. 촉매. 스트라스부르 대학교.

모트, V. (nd). 사면체 및 정사각형 평면 복합물 | 화학 소개. https://courses.lumenlearning.com/introchem/chapter/tetrahedral-and-square-planar-complexes/ 에서 가져옴

Weininger, SJ, & Stermitz, FR (1988). 유기화학(스페인어판)(1판). 바르셀로나, 스페인 : Editorial Reverte.