Vad är ett kiralt centrum i kemi?

Artículo revisado y aprobado por nuestro equipo editorial, siguiendo los criterios de redacción y edición de YuBrain.


Ett kiralt centrum , även kallat ett asymmetriskt centrum , kiral atom eller asymmetrisk atom , är en tetraedrisk atom som har fyra olika grupper fästa vid sig, och kan därför göra föreningen kiral . Kiralitet innebär att föreningen inte kan läggas över sin spegelbild, så den kan existera som en av två olika enantiomerer eller optiska isomerer.

Det sägs att det ”kan” göra en förening kiral eftersom förekomsten av kirala centra i en molekyl inte säkerställer att molekylen som helhet är kiral. Ibland händer det att en förening har mer än ett kiralt centrum, men molekylen är symmetrisk, vilket gör den akiral.

Kirala centra i organisk kemi

Kirala centra är mycket vanliga i organiska föreningar eftersom kolatomen är fyrvärd och har tetraedrisk geometri. Som en konsekvens kommer varje kolatom som är bunden till fyra olika grupper att vara ett kiralt kol.

Inom organisk kemi är det vanligt att identifiera kirala centra genom att lägga till en asterisk bredvid nämnda atom. I andra fall är bara det faktum att explicit indikera orienteringen i rymden av grupperna fästa vid en atom i en organisk molekyl (som representerar bindningarna som kilar och linjer) tillräckligt för att inse att nämnda atom är ett kiralt centrum.

Förutom kol är andra atomer som också kan vara kirala centra i organiska föreningar kisel, kväve och fosfor. Dessa kirala centra beskrivs mer i detalj nedan och exempel på var och en tillhandahålls.

Kol (C) som kiralt centrum

Inom organisk kemi motsvarar de flesta kirala centra tetraedriska kolatomer, ofta kallade kirala kol eller asymmetriska kol. Det finns otaliga organiska föreningar med kirala kol, både naturliga och syntetiska.

Till exempel har den stora majoriteten av föreningar av biologisk betydelse ett eller flera kirala kol . Så är fallet med nästan alla aminosyror, där alfakolet är ett kiralt centrum. Proteiner, som kan ha tusentals aminosyror kopplade samman, har därför tusentals kirala centra. Å andra sidan kan kolhydrater ha ett, två, tre och till och med fyra kirala kol, vilket ger upphov till ett stort antal olika stereoisomerer.

Exempel på kol som kiralt centrum i aminosyran L-Alanin:

L-alanin är ett exempel på en aminosyra som har ett kiralt centrum vid kol 2, även kallat alfakol.

kol som kiralt centrum

Kisel (Si) som kiralt centrum

Kisel är ett annat exempel på ett fyrvärt grundämne som ibland finns i vissa organiska föreningar. Detta grundämne tillhör kolgruppen i det periodiska systemet och är också en tetraedrisk atom när den har fyra grupper fästa vid sig. Det betyder att när den har fyra olika grupper så motsvarar den ett kiralt centrum.

Exempel på kisel som kiralt centrum:

I följande förening kan en asymmetrisk kiselatom ses som är ett kiralt centrum. Genom att ha ett enda kiralt centrum är hela molekylen kiral.

Kisel som kiralt centrum

Kväve (N) som kiralt centrum

De ensamma elektronparen kan räknas som en ”annan grupp” när man betraktar en atom som ett möjligt kiralt centrum. Det betyder att det sp 3 -hybridiserade kvävet som bildar tre enkelbindningar och som även har ett ensamt elektronpar i sin struktur skulle kunna vara ett kiralt centrum om de tre grupperna är olika.

Sålunda, i många sekundära och tertiära aminer med olika alkylgrupper, kan kväveatomen betraktas som ett kiralt centrum. Problemet är att dessa aminer kan genomgå inversion av det kirala centret om alkylgrupperna är öppna kedjor, så i dessa fall anses kvävet inte vara kiralt.

Men om alkylerna är en del av en cyklisk struktur som förhindrar inversion, skulle kväve vara ett kiralt centrum.

Ett annat fall där kväve också kan vara ett kiralt centrum uppstår när det finns organiska katjoner som härrör från ammonium, såsom tetraalkylammoniumkatjoner. I dessa fall är kväve kopplat till fyra grupper som, om de är olika, gör kväve till ett kiralt centrum.

Exempel på kväve som ett kiralt centrum i en trialkylammoniumkatjon:

Kväve som kiralt centrum

Fosfor (P) som kiralt centrum

Det finns många organiska fosforföreningar med strukturer som liknar aminer som är derivat av fosfin. Men i andra fall, såsom fosforsyra och dess derivat (såsom estrar, till exempel), är fosfor omgiven av fyra grupper fördelade på ett ungefär tetraedriskt sätt. Som alltid, om alla fyra grupperna är olika, kommer fosforn att vara ett kiralt centrum.

Exempel på fosfor som kiralt centrum:

Fosfor som kiralt centrum

Kirala centra i oorganisk kemi

Förutom organiska föreningar kan oorganiska föreningar även innehålla kirala centra. Till att börja med kan både kisel och fosfor bilda många kovalenta oorganiska föreningar där de också är fyrvärda och därför kan vara kirala centra.

Men utöver dessa fall finns det också många organometalliska föreningar där metallen har ett koordinationsnummer på fyra och även kan anta en tetraedrisk geometri. Så är fallet med vissa nickelkomplex.

Dessutom finns det också komplex med oktaedrisk geometri (med 6 ligander eller grupper fördelade runt den centrala metallen) som också uppvisar kiralitet, och vars centrala atomer därför är kirala centra.

Referenser

Borman, S. (2017). Vispa fosfor till kiral form. C&EN Global Enterprise, 95(18), 5. https://doi.org/10.1021/cen-09518-notw1Chelouan, A. (2014). Chirala derivat av svavel och fosfor: syntes och tillämpningar i asymmetrisk katalys. Hämtad från https://dialnet.unirioja.es/servlet/tesis?codigo=46408

DiRocco, DA, Ji, Y., Sherer, EC, Klapars, A., Reibarkh, M., Dropinski, J., . . . Davies, IW (2017). En multifunktionell katalysator som stereoselektivt sätter ihop prodrugs. Science, 356(6336), 426–430. https://doi.org/10.1126/science.aam7936

Mickaël Henrion (2014). Syntes och homogena katalytiska tillämpningar av nickel(II)-N-heterocykliska karbenkomplex. Katalys. Universitetet i Strasbourg.

Mott, V. (nd). Tetraedriska och kvadratiska plana komplex | Introduktion till kemi. Hämtad från https://courses.lumenlearning.com/introchem/chapter/tetrahedral-and-square-planar-complexes/

Weininger, SJ, & Stermitz, FR (1988). Organisk kemi (Spanish Edition) (1:a upplagan). Barcelona, ​​​​Spanien: Editorial Reverte.

-Annons-

mm
Israel Parada (Licentiate,Professor ULA)
(Licenciado en Química) - AUTOR. Profesor universitario de Química. Divulgador científico.

Artículos relacionados

Flamfärgtestet