Ce este un centru chiral în chimie?

Un centru chiral , numit și centru asimetric , atom chiral sau atom asimetric , este un atom tetraedric care are atașate patru grupuri diferite și, prin urmare, poate face compusul chiral . Chiralitate înseamnă că compusul nu este suprapozabil cu imaginea sa în oglindă, deci poate exista ca unul dintre cei doi enantiomeri sau izomeri optici diferiți.

Se spune că „poate” să facă un compus chiral, deoarece existența centrilor chirali într-o moleculă nu asigură că molecula în ansamblu este chirală. Uneori se întâmplă ca un compus să aibă mai mult de un centru chiral, dar molecula este simetrică, ceea ce îl face achiral.

Centri chirali în chimia organică

Centrii chirali sunt foarte frecvente în compușii organici deoarece atomul de carbon este tetravalent și are geometrie tetraedrică. În consecință, orice atom de carbon care este legat de patru grupe diferite va fi un carbon chiral.

În chimia organică este obișnuit să se identifice centrii chirali prin adăugarea unui asterisc lângă atomul menționat. În alte cazuri, simplul fapt de a indica în mod explicit orientarea în spațiu a grupărilor atașate unui atom dintr-o moleculă organică (reprezentând legăturile ca pene și linii) este suficient pentru a realiza că atomul menționat este un centru chiral.

Pe lângă carbon, alți atomi care pot fi, de asemenea, centri chirali în compușii organici sunt siliciul, azotul și fosforul. Acești centri chirali sunt descriși mai detaliat mai jos și sunt oferite exemple pentru fiecare.

Carbonul (C) ca centru chiral

În chimia organică, majoritatea centrilor chirali corespund atomilor de carbon tetraedrici, adesea numiți atomi de carbon chirali sau atomi de carbon asimetrici. Există nenumărați compuși organici cu carbon chirali, atât naturali, cât și sintetici.

De exemplu, marea majoritate a compușilor de importanță biologică posedă unul sau mai mulți atomi de carbon chirali . Acesta este cazul aproape tuturor aminoacizilor, în care carbonul alfa este un centru chiral. Proteinele, care pot avea mii de aminoacizi legați între ele, au prin urmare mii de centri chirali. Pe de altă parte, carbohidrații pot avea unul, doi, trei și chiar patru atomi de carbon chirali, dând naștere unui număr mare de stereoizomeri diferiți.

Exemplu de carbon ca centru chiral în aminoacidul L-Alanina:

L-alanina este un exemplu de aminoacid care are un centru chiral la carbonul 2, numit și carbon alfa.

Siliciu (Si) ca centru chiral

Siliciul este un alt exemplu de element tetravalent care se găsește uneori în unii compuși organici. Acest element aparține grupului de carbon din tabelul periodic și este, de asemenea, un atom tetraedric atunci când are atașate patru grupe. Aceasta înseamnă că atunci când are patru grupuri diferite, îi corespunde un centru chiral.

Exemplu de siliciu ca centru chiral:

În următorul compus, poate fi văzut un atom de siliciu asimetric care este un centru chiral. Având un singur centru chiral, întreaga moleculă este chirală.

Azotul (N) ca centru chiral

Perechile singure de electroni pot fi considerate ca un „grup diferit” atunci când se consideră un atom ca un posibil centru chiral. Aceasta înseamnă că azotul hibridizat sp ³ care formează trei legături simple și are, de asemenea, o singură pereche de electroni în structura sa, ar putea fi un centru chiral dacă cele trei grupuri sunt diferite.

Astfel, în multe amine secundare și terțiare cu diferite grupări alchil, atomul de azot ar putea fi considerat un centru chiral. Problema este că aceste amine pot suferi inversarea centrului chiral dacă grupările alchil sunt catene deschise, deci în aceste cazuri azotul nu este considerat chiral.

Cu toate acestea, dacă alchilii fac parte dintr-o structură ciclică care împiedică inversarea, atunci azotul ar fi un centru chiral.

Un alt caz în care azotul poate fi și un centru chiral apare atunci când există cationi organici derivați din amoniu, cum ar fi cationii de tetraalchilamoniu. În aceste cazuri, azotul este legat de patru grupuri care, dacă sunt diferite, fac din azot un centru chiral.

Exemplu de azot ca centru chiral într-un cation trialchilamoniu:

Fosforul (P) ca centru chiral

Există mulți compuși organici ai fosforului cu structuri similare cu aminele care sunt derivați ai fosfinei. Cu toate acestea, în alte cazuri, cum ar fi acidul fosforic și derivații săi (cum ar fi esterii, de exemplu), fosforul este înconjurat de patru grupuri distribuite într-un mod aproximativ tetraedric. Ca întotdeauna, dacă toate cele patru grupuri sunt diferite, fosforul va fi un centru chiral.

Exemplu de fosfor ca centru chiral:

Centri chirali în chimia anorganică

Pe lângă compușii organici, compușii anorganici pot conține și centri chirali. Pentru început, atât siliciul, cât și fosforul pot forma mulți compuși anorganici covalenti în care sunt și tetravalenți și, prin urmare, ar putea fi centri chirali.

Dar, pe lângă aceste cazuri, există și mulți compuși organometalici în care metalul are un număr de coordonare de patru și poate presupune și o geometrie tetraedrică. Acesta este cazul unor complexe de nichel.

În plus, există și complexe cu geometrie octaedrică (cu 6 liganzi sau grupări distribuite în jurul metalului central) care prezintă și chiralitate, și ai căror atomi centrali sunt, deci, centri chirali.

Referințe

Borman, S. (2017). Se amestecă fosforul în formă chirală. C&EN Global Enterprise, 95(18), 5. https://doi.org/10.1021/cen-09518-notw1Chelouan, A. (2014). Derivați chirali ai sulfului și fosforului: sinteză și aplicații în cataliza asimetrică. Preluat de pe https://dialnet.unirioja.es/servlet/tesis?codigo=46408

DiRocco, DA, Ji, Y., Sherer, EC, Klapars, A., Reibarkh, M., Dropinski, J., . . . Davies, IW (2017). Un catalizator multifuncțional care asamblează stereoselectiv promedicamente. Science, 356(6336), 426–430. https://doi.org/10.1126/science.aam7936

Mickaël Henrion (2014). Sinteza și aplicațiile catalitice omogene ale complexelor carbene nichel(II)-N-heterociclice. Cataliză. Universitatea din Strasbourg.

Mott, V. (nd). Complexe tetraedrice și pătrate planare | Introducere în Chimie. Preluat de la https://courses.lumenlearning.com/introchem/chapter/tetrahedral-and-square-planar-complexes/

Weininger, SJ, & Stermitz, FR (1988). Chimie organică (ediția spaniolă) (ed. I). Barcelona, ​​​​Spania: Editorial Reverte.