5: استریوشیمی در مراکز چهار وجهی
- Page ID
- 215631
\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \)
\( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)
\( \newcommand{\dsum}{\displaystyle\sum\limits} \)
\( \newcommand{\dint}{\displaystyle\int\limits} \)
\( \newcommand{\dlim}{\displaystyle\lim\limits} \)
\( \newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)
( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\)
\( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\)
\( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\)
\( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\)
\( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)
\( \newcommand{\id}{\mathrm{id}}\)
\( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)
\( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\)
\( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\)
\( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\)
\( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\)
\( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\)
\( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\)
\( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\)
\( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)
\( \newcommand{\vectorA}[1]{\vec{#1}} % arrow\)
\( \newcommand{\vectorAt}[1]{\vec{\text{#1}}} % arrow\)
\( \newcommand{\vectorB}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \)
\( \newcommand{\vectorC}[1]{\textbf{#1}} \)
\( \newcommand{\vectorD}[1]{\overrightarrow{#1}} \)
\( \newcommand{\vectorDt}[1]{\overrightarrow{\text{#1}}} \)
\( \newcommand{\vectE}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash{\mathbf {#1}}}} \)
\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \)
\(\newcommand{\longvect}{\overrightarrow}\)
\( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)
\(\newcommand{\avec}{\mathbf a}\) \(\newcommand{\bvec}{\mathbf b}\) \(\newcommand{\cvec}{\mathbf c}\) \(\newcommand{\dvec}{\mathbf d}\) \(\newcommand{\dtil}{\widetilde{\mathbf d}}\) \(\newcommand{\evec}{\mathbf e}\) \(\newcommand{\fvec}{\mathbf f}\) \(\newcommand{\nvec}{\mathbf n}\) \(\newcommand{\pvec}{\mathbf p}\) \(\newcommand{\qvec}{\mathbf q}\) \(\newcommand{\svec}{\mathbf s}\) \(\newcommand{\tvec}{\mathbf t}\) \(\newcommand{\uvec}{\mathbf u}\) \(\newcommand{\vvec}{\mathbf v}\) \(\newcommand{\wvec}{\mathbf w}\) \(\newcommand{\xvec}{\mathbf x}\) \(\newcommand{\yvec}{\mathbf y}\) \(\newcommand{\zvec}{\mathbf z}\) \(\newcommand{\rvec}{\mathbf r}\) \(\newcommand{\mvec}{\mathbf m}\) \(\newcommand{\zerovec}{\mathbf 0}\) \(\newcommand{\onevec}{\mathbf 1}\) \(\newcommand{\real}{\mathbb R}\) \(\newcommand{\twovec}[2]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\ctwovec}[2]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\threevec}[3]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \\ #3 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\cthreevec}[3]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \\ #3 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\fourvec}[4]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\cfourvec}[4]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\fivevec}[5]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \\ #5 \\ \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\cfivevec}[5]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \\ #5 \\ \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\mattwo}[4]{\left[\begin{array}{rr}#1 \amp #2 \\ #3 \amp #4 \\ \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\laspan}[1]{\text{Span}\{#1\}}\) \(\newcommand{\bcal}{\cal B}\) \(\newcommand{\ccal}{\cal C}\) \(\newcommand{\scal}{\cal S}\) \(\newcommand{\wcal}{\cal W}\) \(\newcommand{\ecal}{\cal E}\) \(\newcommand{\coords}[2]{\left\{#1\right\}_{#2}}\) \(\newcommand{\gray}[1]{\color{gray}{#1}}\) \(\newcommand{\lgray}[1]{\color{lightgray}{#1}}\) \(\newcommand{\rank}{\operatorname{rank}}\) \(\newcommand{\row}{\text{Row}}\) \(\newcommand{\col}{\text{Col}}\) \(\renewcommand{\row}{\text{Row}}\) \(\newcommand{\nul}{\text{Nul}}\) \(\newcommand{\var}{\text{Var}}\) \(\newcommand{\corr}{\text{corr}}\) \(\newcommand{\len}[1]{\left|#1\right|}\) \(\newcommand{\bbar}{\overline{\bvec}}\) \(\newcommand{\bhat}{\widehat{\bvec}}\) \(\newcommand{\bperp}{\bvec^\perp}\) \(\newcommand{\xhat}{\widehat{\xvec}}\) \(\newcommand{\vhat}{\widehat{\vvec}}\) \(\newcommand{\uhat}{\widehat{\uvec}}\) \(\newcommand{\what}{\widehat{\wvec}}\) \(\newcommand{\Sighat}{\widehat{\Sigma}}\) \(\newcommand{\lt}{<}\) \(\newcommand{\gt}{>}\) \(\newcommand{\amp}{&}\) \(\definecolor{fillinmathshade}{gray}{0.9}\)پس از اتمام فصل 5، باید بتوانید
- تمام اهداف دقیق ذکر شده در هر بخش را انجام دهید.
- از مدل های مولکولی در حل مشکلات استریوشیمی استفاده کنید.
- حل مشکلات نقشه راه که شامل اطلاعات استریوشیمیایی است.
- تعریف و استفاده در متن، اصطلاحات کلیدی جدید.
این فصل مفهوم کایرالیتی را معرفی می کند و ساختار ترکیبات حاوی یک یا دو مرکز کایرال را مورد بحث قرار می دهد. یک روش مناسب برای نشان دادن آرایش سه بعدی اتم ها در ترکیبات کایرال توضیح داده شده است. علاوه بر این، در طول فصل، تاکید قابل توجهی بر استفاده از مدل های مولکولی برای کمک به درک پدیده کایرالیتی قرار داده شده است. این فصل با بررسی استریوشیمی - ماهیت سه بعدی مولکول ها ادامه می یابد. موضوع با استفاده از مشاهدات تجربی معرفی می شود که مواد خاصی توانایی چرخش نور قطبی شده را دارند. در نهایت، واکنش های خاصی از آلکن ها با توجه به مواد جدیدی که در این فصل با آن مواجه می شوند، دوباره بررسی می شوند.
- 5.1: چرا این فصل؟
- درک علل و پیامدهای دست برتری مولکولی برای درک شیمی آلی و بیولوژیکی بسیار مهم است. موضوع می تواند در ابتدا کمی پیچیده باشد، اما مواد پوشش داده شده در این فصل با این حال پایه و اساس بسیاری از باقی مانده از کتاب را تشکیل می دهد.
- 5.2: انانتیومرها و کربن چهار وجهی
- استریوایزومرها ایزومرهایی هستند که در آرایش فضایی اتم ها به جای ترتیب اتصال اتمی متفاوت هستند. یکی از جالب ترین انواع ایزومر، استریوایزومر تصویر آینه ای است، مجموعه ای غیر قابل انطباق از دو مولکول که تصاویر آینه ای از یکدیگر هستند. وجود این مولکولها توسط یک مفهوم شناخته شده به عنوان کایرالیتی تعیین میشود.
- 5.3: دلیل دست برتری در مولکول ها - کایرالیتی
- گفته می شود مولکولی که با تصویر آینه ای آن یکسان نیست کایرال است (ky-ral، از cheir یونانی، به معنی «دست»). شما نمی توانید یک مولکول کایرال و انانتیومر آن را بگیرید و یکی را روی دیگری قرار دهید تا همه اتم ها با هم منطبق شوند.
- 5.4: فعالیت نوری
- شناسایی و تشخیص انانتیومرها ذاتاً دشوار است، زیرا خواص فیزیکی و شیمیایی آنها تا حد زیادی یکسان است. خوشبختانه، یک کشف نزدیک به دویست ساله توسط فیزیکدان فرانسوی ژان باپتیست بایوت این کار را بسیار ساده تر کرده است. این کشف نشان داد که انانتیومرهای راست و چپ دست یک ترکیب کایرال باعث اختلال نور پلاریزه سیاره به روش های مخالف می شوند. این اختلال منحصر به مولکول های کایرال است و فعالیت نوری نامیده می شود.
- 5.5: کشف انانتیومرها توسط پاستور
- از آنجا که انانتیومرها دارای خواص فیزیکی و شیمیایی یکسان در محیط های آشیرال هستند، جداسازی اجزای استریو ایزومری یک مخلوط راسمیک یا راسمات به طور معمول با تکنیک های معمول تقطیر و تبلور امکان پذیر نیست. با این حال، در برخی موارد، عادت های کریستالی انانتیومرهای جامد و راسمات ها به شیمیدان (که به عنوان یک عامل حل کننده کایرال عمل می کند) اجازه می دهد تا اجزای انانتیومر یک مخلوط را تشخیص دهد.
- 5.6: قوانین توالی برای مشخص کردن پیکربندی
- روش تخصیص صریح دست بودن مولکول ها توسط سه شیمی دان آغاز شد: RS Cahn، C. Ingold و V. Prelog و به همین ترتیب، اغلب قوانین Cahn-Ingold Prelog نامیده می شود.
- 5.7: دیاسترئومرها
- دیاسترئومرها استریو ایزومرهایی هستند که تصاویر آینه ای نیستند. از آنجایی که ما از قیاس راست/چپ برای توصیف رابطه بین دو انانتیومر استفاده کردیم، ممکن است این قیاس را با گفتن اینکه رابطه بین دیاسترئومرها مانند دست افراد مختلف است، گسترش دهیم. دست شما و دست دوستتان شبیه هم به نظر می رسد، اما یکسان نیستند و تصاویر آینه ای نیستند. همین امر در مورد دیاسترئومرها نیز صادق است: آنها مشابه هستند، اما یکسان نیستند و تصاویر آینه ای نیستند.
- 5.8: ترکیبات مزو
- یک ترکیب مزو یک ترکیب آچیرال است که دارای مراکز کایرال است. یک ترکیب مزو حاوی یک صفحه تقارن داخلی است که آن را بر روی تصویر آینه خود فوق العاده می کند و از نظر نوری غیرفعال است اگرچه حاوی دو یا چند مرکز استریو است. به یاد داشته باشید، یک صفحه تقارن داخلی نشان داده شده است که یک مولکول را آکروال می سازد.
- 5.9: مخلوط های راسمیک و وضوح انانتیومرها
- مخلوط راسمیک مخلوط 50:50 از دو انانتیومر است. از آنجا که آنها تصاویر آینه ای هستند، هر انانتیومر نور قطبی شده را در جهت مساوی اما مخالف می چرخاند و از نظر نوری غیرفعال است. اگر انانتیومرها جدا شوند، گفته می شود که مخلوط حل شده است. یک آزمایش معمول در مولفه آزمایشگاهی شیمی آلی مقدماتی شامل حل و فصل یک مخلوط راسمیک است.
- 5.10: مروری بر ایزومریسم
- همانطور که در چندین مورد قبلی اشاره شد، ایزومرها ترکیباتی با فرمول شیمیایی یکسان اما ساختارهای متفاوت هستند. ما انواع مختلفی از ایزومرها را در چند فصل گذشته دیده ایم و در حال حاضر ایده خوبی است که ببینیم چگونه آنها با یکدیگر ارتباط دارند.
- 5.11: کایرالیتی در نیتروژن، فسفر و گوگرد
- شایع ترین علت کایرالیتی در یک مولکول وجود چهار جایگزین مختلف است که به یک اتم چهار وجهی متصل شده اند. اگر چه این اتم معمولا کربن است، لزوما نباید باشد. اتمهای نیتروژن، فسفر و گوگرد همگی معمولاً در مولکولهای آلی دیده میشوند و همگی میتوانند مراکز کایرالیتی باشند. به عنوان مثال می دانیم که نیتروژن سه ظرفیتی چهار وجهی است و تنها جفت الکترون آن به عنوان چهارمین «جایگزین» عمل می کند.
- 5.12: پروکایرالیته
- Prochirality به نوع خاصی از کایرالیتی اشاره دارد که در آن یک مولکول می تواند با جایگزینی یکی از جایگزین های آن کایرال شود. این نشان دهنده اهمیت آرایش گروه ها در اطراف یک مرکز چهار وجهی است و بین چهره های پروکایرال (که می تواند به محصولات کایرال منجر شود) و مولکول های آچیرال تمایز قائل می شود. درک پروکایرالیته برای پیش بینی نتایج واکنش در سنتز آلی و طراحی واکنش های انانتیو انتخابی ضروری است.
- 5.13: کایرالیتی در طبیعت و محیط های کایرال
- اگرچه انانتیومرهای مختلف یک مولکول کایرال خواص فیزیکی یکسانی دارند، اما معمولاً خواص بیولوژیکی متفاوتی دارند. برای داشتن یک اثر بیولوژیکی، یک ماده به طور معمول باید در یک گیرنده مناسب قرار گیرد که دارای شکل مکمل باشد. اما از آنجا که گیرندههای بیولوژیکی کایرال هستند، تنها یک انانتیومر از یک زیرلایه کایرال میتواند جا شود، درست همانطور که تنها یک دست راست میتواند در یک دستکش راست دست جای بگیرد.
- 5.14: مواد شیمیایی - داروهای کایرال
- صدها عامل دارویی مختلف که برای استفاده توسط سازمان غذا و داروی ایالات متحده تأیید شده اند از منابع بسیاری آمده اند. بسیاری از داروها به طور مستقیم از گیاهان یا باکتری ها جدا می شوند و برخی دیگر با اصلاح شیمیایی ترکیبات طبیعی ساخته می شوند. با این حال، حدود 33٪ از آنها به طور کامل در آزمایشگاه ساخته شده اند و هیچ خویشاوندی در طبیعت ندارند.
- 5.16: خلاصه
- این بخش مفاهیم کلیدی استریوشیمی، به ویژه در مورد مراکز چهار وجهی را خلاصه می کند. این امر بر اهمیت کایرالیتی، انانتیومرها و دیاسترئومرها، همراه با اهمیت نامگذاری R/S در شناسایی مراکز کایرال تأکید دارد. این فصل نشان می دهد که چگونه ساختارهای مولکولی می توانند رفتار و واکنش های شیمیایی را تحت تاثیر قرار دهند و زمینه را برای درک اصول استریوشیمیایی در شیمی آلی فراهم می کنند.
تصویر بند انگشتی: دو انانتیومر یک اسید آمینه عمومی که کایرال هستند. (مالکیت عمومی; نویسنده unknonw از طریق ویکیپدیا)