Хиральность (химия)
В химии молекула или ион называется хиральной ( / ˈk aɪ r əl / ), если она не может быть наложена на свое зеркальное отображение с помощью любой комбинации вращений , трансляций и некоторых конформационных изменений. Это геометрическое свойство называется хиральностью ( / k aɪ ˈ r æ l ɪ t i / ). [1] [2] [3] [4] Термины происходят от древнегреческого χείρ (cheir ) 'рука'; который является каноническим примером объекта с этим свойством.
Хиральная молекула или ион существует в виде двух стереоизомеров , которые являются зеркальным отображением друг друга, называемых энантиомерами ; их часто различают как «правосторонние» или «левосторонние» по их абсолютной конфигурации или какому-либо другому критерию. Два энантиомера обладают одинаковыми химическими свойствами, за исключением случаев, когда они реагируют с другими хиральными соединениями. Они также обладают такими же физическими свойствами, за исключением того, что они часто обладают противоположной оптической активностью . Гомогенная смесь двух энантиомеров в равных частях называется рацемической , и обычно она химически и физически отличается от чистых энантиомеров.
Хиральные молекулы обычно имеют стереогенный элемент, из-за которого возникает хиральность. Наиболее распространенным типом стереогенного элемента является стереогенный центр, или стереоцентр. В случае органических соединений стереоцентры чаще всего принимают форму атома углерода с четырьмя отдельными группами, присоединенными к нему в тетраэдрической геометрии. Данный стереоцентр имеет две возможные конфигурации, которые дают начало стереоизомерам ( диастереомерам и энантиомерам ).) в молекулах с одним или несколькими стереоцентрами. Для хиральной молекулы с одним или несколькими стереоцентрами энантиомер соответствует стереоизомеру, в котором каждый стереоцентр имеет противоположную конфигурацию. Органическое соединение только с одним стереогенным углеродом всегда хирально. С другой стороны, органическое соединение с несколькими стереогенными атомами углерода обычно, но не всегда, хирально. В частности, если стереоцентры расположены таким образом, что молекула имеет внутреннюю плоскость симметрии, то молекула является ахиральной и известна как мезосоединение . Реже другие атомы, такие как N, P, S и Si, также могут служить стереоцентрами при условии, что к ним присоединены четыре различных заместителя (включая неподеленную пару электронов).
Молекулы с хиральностью, возникающие из одного или нескольких стереоцентров, классифицируются как обладающие центральной хиральностью. Есть два других типа стереогенных элементов, которые могут привести к хиральности: стереогенная ось ( аксиальная хиральность ) и стереогенная плоскость ( планарная хиральность ). Наконец, присущая молекуле кривизна также может порождать хиральность ( присущая хиральность ). Эти типы хиральности встречаются гораздо реже, чем центральная хиральность. БИНОЛ является типичным примером аксиально-хиральной молекулы, в то время как транс -циклооктен является часто упоминаемым примером плоской хиральной молекулы. Наконец, гелицен обладает спиральной хиральностью, которая является одним из типов врожденной хиральности.
Хиральность является важным понятием для стереохимии и биохимии . Большинство веществ, имеющих отношение к биологии , являются хиральными, например, углеводы ( сахара , крахмал и целлюлоза ), аминокислоты, которые являются строительными блоками белков , и нуклеиновые кислоты . В живых организмах обычно встречается только один из двух энантиомеров хирального соединения. По этой причине организмы, потребляющие хиральное соединение, обычно могут метаболизировать только один из его энантиомеров. По той же причине два энантиомера хирального фармацевтического препарата обычно имеют совершенно разные свойства .потенции или эффекты.
-cation-3D-balls.png)