Стерео Центр
В этой статье есть несколько проблем. Пожалуйста, помогите улучшить его или обсудите эти проблемы на странице обсуждения . ( Узнайте, как и когда удалять эти шаблонные сообщения )
|
В стереохимии стереоцентр — молекулы ; это атом являющаяся фокусом стереоизомерии (центр), ось или плоскость , то есть, когда по крайней мере три разные группы связаны со стереоцентром, замена любых двух разных групп создает новый стереоизомер . [1] [2] Стереоцентры также называют стереогенными центрами .
Стереоцентр геометрически определяется как точка (местоположение) в молекуле; стереоцентр обычно, но не всегда, представляет собой конкретный атом, часто углерод. [2] [3] Стереоцентры могут существовать на хиральных или ахиральных молекулах; стереоцентры могут содержать одинарные или двойные связи. [1] Количество гипотетических стереоизомеров можно предсказать, используя 2 н , где n — число тетраэдрических стереоцентров; однако исключения, такие как мезосоединения, могут снизить прогноз ниже ожидаемого 2. н . [4]
Центры хиральности представляют собой тип стереоцентра с четырьмя различными группами заместителей; Центры киральности представляют собой особое подмножество стереоцентров, поскольку они могут иметь только sp. 3 гибридизация, то есть они могут иметь только одинарные связи . [5]
Расположение
[ редактировать ]Стереоцентры могут существовать на хиральных или ахиральных молекулах. Они определяются как местоположение (точка) внутри молекулы, а не как конкретный атом, в котором обмен двух групп создает стереоизомер. [3] Стереоцентр может иметь либо четыре разные группы прикрепления, либо три разные группы прикрепления, где одна группа соединена двойной связью. [1] Поскольку стереоцентры могут существовать на ахиральных молекулах, стереоцентры могут иметь либо sp 3 или сп 2 гибридизация .
Возможное количество стереоизомеров
[ редактировать ]Стереоизомеры — это соединения, одинаковые по составу и связности, но имеющие различное пространственное расположение атомов вокруг центрального атома. [6] Молекула, имеющая несколько стереоцентров, будет производить множество возможных стереоизомеров. В соединениях, стереоизомерия которых обусловлена тетраэдрическими (sp 3 ) стереогенных центров, общее число гипотетически возможных стереоизомеров не превысит 2 н , где n — количество тетраэдрических стереоцентров. Однако это верхняя граница, поскольку молекулы с симметрией часто имеют меньше стереоизомеров.
Стереоизомеры, образующиеся при наличии нескольких стереоцентров, можно определить как энантиомеры (несовмещаемые зеркальные изображения) и диастереомеры (несовпадающие, неидентичные, незеркальные молекулы). [6] Энантиомеры и диастереомеры образуются из-за разных стереохимических конфигураций молекул, имеющих одинаковый состав и связь (связь); молекулы должны иметь несколько (два или более) стереоцентров, чтобы их можно было классифицировать как энантиомеры или диастереомеры. Энантиомеры и диастереомеры будут давать отдельные стереоизомеры, которые вносят вклад в общее количество возможных стереоизомеров.
Однако полученные стереоизомеры могут также давать мезосоединение , которое представляет собой ахиральное соединение, которое можно накладывать на свое зеркальное изображение; присутствие мезосоединения уменьшит количество возможных стереоизомеров. [4] Поскольку мезосоединение можно наложить на свое зеркальное изображение, два «стереоизомера» фактически идентичны. В результате мезосоединение уменьшит количество стереоизомеров до уровня ниже гипотетического 2. н сумма из-за симметрии. [6]
Кроме того, некоторые конфигурации могут отсутствовать по стерическим причинам. Циклические соединения с хиральными центрами могут не проявлять хиральности из-за наличия оси вращения двойного порядка. Планарная хиральность может также обеспечивать хиральность без присутствия реального хирального центра.
Конфигурация
[ редактировать ]Конфигурация определяется как расположение атомов вокруг стереоцентра. [6] Система Кана-Ингольда-Прелога (CIP) использует обозначения R и S для определения конфигурации атомов вокруг любого стереоцентра. [7] Обозначение R обозначает направление приоритета заместителя по часовой стрелке вокруг стереоцентра, тогда как обозначение S обозначает направление приоритета заместителя против часовой стрелки. [7]
Центры хиральности
[ редактировать ]Центр хиральности (хиральный центр) — это разновидность стереоцентра. Центр киральности определяется как атом, содержащий набор из четырех различных лигандов (атомов или групп атомов) в пространственном расположении, которое не накладывается на его зеркальное изображение. Центры киральности должны быть sp 3 гибридизированы, что означает, что центр хиральности может иметь только одинарные связи . [5] В органической химии центр хиральности обычно относится к атому углерода , фосфора или серы , хотя центрами хиральности могут быть и другие атомы, особенно в областях металлоорганической и неорганической химии .
Концепция центра хиральности обобщает концепцию асимметричного атома углерода (атома углерода, связанного с четырьмя различными объектами) до более широкого определения любого атома с четырьмя различными группами присоединения, в котором замена любых двух групп присоединения приводит к образованию энантиомера. . [8]
Стереогенный на углероде
[ редактировать ]Атом углерода, присоединенный к четырем различным группам заместителей, называется асимметричным атомом углерода или хиральным углеродом . Хиральные атомы углерода являются наиболее распространенным типом центра хиральности. [6]
Стереогенность на других атомах
[ редактировать ]Хиральность не ограничивается атомами углерода, хотя атомы углерода часто являются центрами хиральности из-за их повсеместного распространения в органической химии. Атомы азота и фосфора также могут образовывать связи в тетраэдрической конфигурации. Азот в амине может быть стереоцентром, если все три присоединенные группы различны, поскольку электронная пара амина действует как четвертая группа. [9] Однако инверсия азота , форма пирамидальной инверсии , вызывает рацемизацию , что означает, что оба эпимера при этом азоте присутствуют при нормальных обстоятельствах. [9] Рацемизация путем инверсии азота может быть ограниченной (например, катионами четвертичного аммония или фосфония ) или медленной, что допускает существование хиральности. [9]
Атомы металлов с тетраэдрической или октаэдрической геометрией также могут быть хиральными из-за наличия разных лигандов. Для октаэдрического случая возможны несколько киральностей. Имея три лиганда двух типов, лиганды могут выстраиваться вдоль меридиана, образуя мер -изомер, или образуя грань — fac -изомер. Наличие трех бидентатных лигандов только одного типа дает структуру пропеллерного типа с двумя разными энантиомерами, обозначаемыми Λ и Δ.
Хиральность и стереоцентры
[ редактировать ]Как упоминалось ранее, требование к атому, чтобы быть центром хиральности, заключается в том, что атом должен быть sp 3 гибридизирован с четырьмя различными приставками. [5] По этой причине все центры хиральности являются стереоцентрами. Однако только при некоторых условиях верно обратное. Напомним, что точку можно считать стероцентром, имеющим минимум три точки крепления; стереоцентры могут быть либо sp 3 или сп 2 гибридизуются, пока замена любых двух разных групп создает новый стереоизомер . Это означает, что хотя все центры киральности являются стереоцентрами, не каждый стереоцентр является центром киральности.
Стереоцентры являются важными идентификаторами хиральных или ахиральных молекул. Как правило, если молекула не имеет стереоцентров, она считается ахиральной. Если у нее есть хотя бы один стереоцентр, молекула обладает потенциалом хиральности. Однако есть некоторые исключения, такие как мезосоединения , из-за которых молекулы с несколькими стереоцентрами считаются ахиральными. [6]
См. также
[ редактировать ]- Хиральность (химия) § Стереогенные центры
- Правила приоритета Кана – Ингольда – Прелога для номенклатуры
- Дескриптор (химия)
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с «5.4: Стереогенные центры» . libretexts.org . 24 апреля 2015 г.
- ^ Jump up to: а б Мислоу, Курт; Сигел, Джей (1984). «Стереоизомерия и локальная хиральность». Журнал Американского химического общества . 106 (11): 3319. doi : 10.1021/ja00323a043 .
- ^ Jump up to: а б Соломонс, Т.В. Грэм; Фрайл, Крейг (2004). Органическая химия (8-е изд.). Джон Уайли и сыновья. [ нужна страница ]
- ^ Jump up to: а б Содерберг, Тимоти (1 июля 2019 г.). «Органическая химия с биологическим акцентом, том I» . Химические публикации : 170, 177.
- ^ Jump up to: а б с «5.3: Хиральность и система именования R/S» . Химия LibreTexts . 15 декабря 2021 г. . Проверено 12 ноября 2022 г.
- ^ Jump up to: а б с д и ж Браун, Уильям; Айверсон, Брент; Анслин, Эрик; Фут, Кристофер (2018). Органическая химия (8-е изд.). Бостон, Массачусетс: Cengage Learning. стр. 117, 137–139. ISBN 978-1-305-58035-0 .
- ^ Jump up to: а б Барта, Нэнси С.; Стилле, Джон Р. (1994). «Понимание концепций стереохимии» . Журнал химического образования . 71 (1): 20. Бибкод : 1994ЖЧЭд..71...20Б . дои : 10.1021/ed071p20 . ISSN 0021-9584 .
- ^ «хиральный (хиральный) центр» . ИЮПАК.org . дои : 10.1351/goldbook.C01060 .
- ^ Jump up to: а б с Смит, Дженис Горжински (2011). «Глава 25 Амины». Ин Ходж, Тами; Неммерс, Донна; Кляйн, Джейн (ред.). Органическая химия (Книга) (3-е изд.). Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: МакГроу-Хилл. стр. 949–993. ISBN 978-0-07-337562-5 .