Nomenclatura, caratteristiche, proprietà ed esempi di Enantiómeros

il enantiomeri sono quelle coppie di composti organici (e inorganici) che consistono in due immagini speculari che non possono sovrapporsi l'una sull'altra. Quando accade il contrario - ad esempio, nel caso di una palla, una mazza da golf o una forchetta - si dice che siano oggetti achirali.

Il termine chirality fu coniato da William Thomson (Lord Kelvin), che definì che un oggetto è chirale se non può sovrapporsi alla sua immagine speculare. Ad esempio, le mani sono elementi chirali, perché il riflesso della mano sinistra, benché gira, non coinciderà mai con l'originale.

Un modo per dimostrare quanto sopra è posizionando la mano destra sulla sinistra, trovando che le uniche dita che si sovrappongono sono quelle centrali. In effetti, la parola chirale deriva dalla parola greca cheir, che significa "mano".

Per il caso della forcella dell'immagine superiore, se il suo riflesso dovesse girare, si adatterebbe perfettamente sotto l'originale, che si traduce come un oggetto achirale.

indice

• 1 carbonio asimmetrico
• 2 Nomenclatura
  • 2.1 Regole di sequenze o priorità
• 3 caratteristiche degli enantiomeri
• 4 proprietà
• 5 esempi
  • 5.1 Talidomide
  • 5.2 Salbutamolo e limonene
• 6 riferimenti

Carbonio asimmetrico

Quale forma geometrica deve avere un insieme di atomi da considerare chirale? La risposta è tetraedrica; cioè, per un composto organico l'atomo di carbonio deve avere una disposizione tetraedrica attorno ad esso. Tuttavia, anche se questo si applica alla maggior parte dei composti, questo non è sempre il caso.

In modo che questo composto ipotetico CW₄ essere chirali, tutti i sostituenti devono essere diversi. Se non fosse in questo modo, il riflesso del tetraedro potrebbe sovrapporsi dopo alcune rotazioni.

Quindi, il composto C (ABCD) è chirale. Quando ciò accade, l'atomo di carbonio legato a quattro diversi sostituenti è denominato carbonio asimmetrico (o carbonio stereogenico). Quando questo carbonio "guarda" allo specchio, il suo riflesso e questo costituiscono la coppia enantiomerica.

Nell'immagine superiore sono illustrate tre coppie enantiomeriche del composto C (ABCD). Considerando solo la prima coppia, il suo riflesso non è sovrapponibile, perché quando si capovolgono solo le lettere A e D coincidono, ma non C e B.

Quale relazione intrattengono le altre coppie di enantiomeri? Il composto e la sua immagine della prima coppia enantiomerica sono diastereomeri delle altre coppie.

In altre parole, i diastereomeri sono stereoisomeri dello stesso composto, ma senza essere il prodotto della propria riflessione; cioè, non sono la sua immagine speculare.

Un modo pratico per assimilare questo concetto è attraverso l'uso di modelli, alcuni dei quali semplici come quelli armati con una palla anime, alcuni bastoncini e alcune masse di plastilina per rappresentare gli atomi o i gruppi.

nomenclatura

Il cambio di posizione di due lettere produce un altro enantiomero, ma se vengono spostate tre lettere, l'operazione ritorna al composto originale con un diverso orientamento spaziale.

In questo modo, cambiando due lettere si generano due nuovi enantiomeri e, allo stesso tempo, due nuovi diastereomeri della coppia iniziale.

Tuttavia, come differenziare questi enantiomeri l'uno dall'altro? È qui che si presenta la configurazione R-S assoluta.

I ricercatori che l'hanno implementato erano Cahn, Sir Christopher Ingold e Vladimir Prelog. Per questo motivo è noto come sistema di notazione (R-S) di Cahn-Ingold-Prelog.

Regole di sequenze o priorità

Come applicare questa configurazione assoluta? In primo luogo, il termine "configurazione assoluta" si riferisce alla disposizione spaziale esatta dei sostituenti sul carbonio asimmetrico. Pertanto, ciascuna disposizione spaziale ha la propria configurazione R o S.

L'immagine in alto illustra due configurazioni assolute per una coppia di enantiomeri. Per designare uno dei due come R o S, devono essere seguite le regole delle sequenze o delle priorità:

1- Il sostituente con il numero atomico più alto è quello con la priorità più alta.

2- La molecola è orientata in modo tale che l'atomo o il gruppo di punti di priorità meno dietro il piano.

3- Disegna le frecce dei collegamenti e disegna un cerchio in direzione discendente di priorità. Se questa direzione è la stessa in senso orario, la configurazione è R; se è in senso antiorario, la configurazione è S.

Nel caso dell'immagine, la sfera rossa contrassegnata con il numero 1 corrisponde al sostituente con la priorità più alta e così via.

La sfera bianca, quella del numero 4, corrisponde quasi sempre all'atomo di idrogeno. In altre parole: l'idrogeno è il sostituente con priorità più bassa e conta per ultimo.

Esempio di configurazione assoluta

Nel composto dell'immagine superiore (amminoacido l-serina), il carbonio asimmetrico ha i seguenti sostituenti: CH₂OH, H, COOH e NH₂.

Applicando le regole di cui sopra per questo composto, il sostituente con la massima priorità è NH₂, seguito dal COOH e, infine, dal CH₂OH. Il quarto sostituente è inteso come il H.

Il gruppo COOH ha la priorità su CH₂OH, perché il carbonio forma tre legami con gli atomi di ossigeno (O, O, O), mentre l'altro forma solo uno con OH (H, H, O).

Caratteristiche degli enantiomeri

Gli enantiomeri mancano di elementi di simmetria. Questi elementi possono essere il piano o il centro di simmetria.

Quando questi sono presenti nella struttura molecolare, è molto probabile che il composto sia achirale e, quindi, non possa formare enantiomeri.

proprietà

Una coppia di enantiomeri presenta le stesse proprietà fisiche, come punto di ebollizione, punto di fusione o pressione del vapore.

Tuttavia, una proprietà che li differenzia è la capacità di ruotare la luce polarizzata, o ciò che è lo stesso: ogni enantiomero presenta le proprie attività ottiche.

Gli enantiomeri che ruotano la luce polarizzata in senso orario acquisiscono la configurazione (+), mentre quelli che la ruotano verso l'opposto acquisiscono la configurazione (-).

Queste rotazioni sono indipendenti dalla disposizione spaziale dei sostituenti sul carbonio asimmetrico. Di conseguenza, un composto di configurazione R o S può essere (+) e (-).

Inoltre, se le concentrazioni di enantiomeri (+) e (-) sono uguali, la luce polarizzata non devia dalla sua traiettoria e la miscela è otticamente inattiva. Quando ciò accade, la miscela viene chiamata miscela racemica.

A loro volta, le disposizioni spaziali governano la reattività di questi composti contro i substrati stereospecifici. Un esempio di questa stereospecificità si verifica nel caso degli enzimi, che possono agire solo su un certo enantiomero, ma non sulla sua immagine speculare.

Esempi

Di molti possibili enantiomeri, abbiamo come esempi i seguenti tre composti:

talidomide

Quale delle due molecole ha la configurazione S? Quello a sinistra. L'ordine di priorità è il seguente: prima l'atomo di azoto, il secondo il gruppo carbonile (C = O) e il terzo il gruppo metilenico (-CH₂-).

Quando si passa attraverso i gruppi, utilizzare la direzione in senso orario (R); tuttavia, poiché l'idrogeno indica il piano, la configurazione vista dall'angolo posteriore corrisponde effettivamente alla S, mentre nel caso della molecola a destra, l'idrogeno (la priorità più bassa) punta indietro una volta dell'aereo.

Salbutamolo e limonene

Quale delle due molecole è l'enantiomero R: quella sopra o quella sotto? In entrambe le molecole il carbonio asimmetrico è collegato al gruppo OH.

Stabilire l'ordine di priorità per la molecola sottostante che fornisce quanto segue: prima l'OH, secondo l'anello aromatico e il terzo il gruppo CH₂-NH-C (CH₃)₃.

Passando attraverso i gruppi, un cerchio viene disegnato in senso orario; quindi, è l'enantiomero R, quindi la molecola sottostante è l'enantiomero R e quella superiore è la S.

Per il caso del composto (R) - (+) - limonene e (S) - (-) - limonene, le differenze sono nelle loro fonti e odori. L'enantiomero R è caratterizzato dall'odore delle arance, mentre l'enantiomero S ha un odore di limone.

riferimenti

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4. G. P. Moss. Terminologia di base della stereochimica (Raccomandazioni IUPAC 1996) Chimica pura e applicata, Volume 68, Numero 12, Pagine 2193-2222, ISSN (online) 1365-3075, ISSN (Stampa) 0033-4545, DOI: doi.org
5. Molecola della settimana Archivio. (1 settembre 2014). Talidomide. Estratto il 17 aprile 2018 da: acs.org
6. Jordi picart. (29 luglio 2011). Assegnazione delle configurazioni R e S in un centro chirale. [Figura]. Estratto il 17 aprile 2018 da: commons.wikimedia.org