مركز ستيريو

الموسوعة الحرة

متماثلان ضوئيان لحمض أميني عام عند المركز الفراغي

في الكيمياء الفراغية ، يُعرَّف المركز الفراغي للجزيء بأنه ذرة (مركز) أو محور أو مستوى يُمثل محور التماكب الفراغي ؛ أي أنه عند ارتباط ثلاث مجموعات مختلفة على الأقل بالمركز الفراغي، فإن تبديل أي مجموعتين مختلفتين يُنتج متماكبًا فراغيًا جديدًا . [ 1 ] [ 2 ] تُعرف المراكز الفراغية أيضًا بالمراكز المُولِّدة للفراغ .

يُعرَّف المركز الفراغي هندسيًا بأنه نقطة (موقع) في الجزيء؛ وعادةً ما يكون المركز الفراغي ذرةً محددة، غالبًا ما تكون الكربون، ولكن ليس دائمًا. [ 2 ] [ 3 ] يمكن أن توجد المراكز الفراغية في جزيئات كيرالية أو غير كيرالية ؛ ويمكن أن تحتوي على روابط أحادية أو روابط ثنائية. [ 1 ] يمكن التنبؤ بعدد المتصاوغات الفراغية الافتراضية باستخدام 2 ^n ، حيث n هو عدد المراكز الفراغية رباعية الأوجه ؛ ومع ذلك، فإن الاستثناءات، مثل المركبات الميزو، قد تُقلل التنبؤ إلى أقل من القيمة المتوقعة 2^ n . [ 4 ]

مراكز الكيرالية هي نوع من المراكز الفراغية ذات أربع مجموعات بديلة مختلفة؛ مراكز الكيرالية هي مجموعة فرعية محددة من المراكز الفراغية لأنها لا يمكن أن يكون لها إلاتهجين sp3، مما يعني أنها لا يمكن أن يكون لها إلا روابط أحادية . [ 5 ]

موقع

يمكن أن توجد المراكز الفراغية على جزيئات كيرالية أو غير كيرالية . تُعرَّف هذه المراكز بأنها موقع (نقطة) داخل الجزيء، وليس ذرة معينة، حيث يؤدي تبادل مجموعتين إلى تكوين متصاوغ فراغي. [ 3 ] يمكن أن يحتوي المركز الفراغي على أربع مجموعات ارتباط مختلفة، أو ثلاث مجموعات ارتباط مختلفة حيث ترتبط إحدى المجموعات برابطة ثنائية. [ 1 ] وبما أن المراكز الفراغية يمكن أن توجد على جزيئات غير كيرالية، فإنها قد تكون ذات تهجين sp3 أو sp2 .

العدد المحتمل للمتزامرات الفراغية

المتماكبات الفراغية هي مركبات متطابقة في التركيب والترابط، ولكنها تختلف في الترتيب الفراغي للذرات حول الذرة المركزية. [ 6 ] ينتج عن الجزيء الذي يحتوي على مراكز فراغية متعددة العديد من المتماكبات الفراغية المحتملة. في المركبات التي يعود تماكبها الفراغي إلى مراكز فراغية رباعية الأوجه (sp3 ) ، لا يتجاوز العدد الإجمالي للمتماكبات الفراغية الممكنة نظريًا 2n ، حيث n هو عدد المراكز الفراغية رباعية الأوجه. مع ذلك، يُعد هذا حدًا أقصى، لأن الجزيئات المتناظرة غالبًا ما تحتوي على عدد أقل من المتماكبات الفراغية.

يمكن تعريف المتصاوغات الفراغية الناتجة عن وجود مراكز فراغية متعددة بأنها متصاوغات ضوئية (صور معكوسة غير قابلة للتطابق) ومتصاوغات فراغية غير متطابقة (جزيئات غير قابلة للتطابق، وغير متطابقة، وليست صورًا معكوسة). [ 6 ] تنتج المتصاوغات الضوئية وغير المتطابقة نتيجة لاختلاف التكوينات الفراغية للجزيئات التي تحتوي على نفس التركيب والترابط؛ ويجب أن تحتوي الجزيئات على مراكز فراغية متعددة (مركزين أو أكثر) لتصنيفها كمتصاوغات ضوئية أو غير متطابقة. تُنتج المتصاوغات الضوئية وغير المتطابقة متصاوغات فراغية فردية تُساهم في العدد الإجمالي للمتصاوغات الفراغية الممكنة.

مع ذلك، قد تُنتج المتصاوغات الفراغية أيضًا مركبًا ميزو ، وهو مركب غير كيرالي يُمكن تطبيقه على صورته المرآوية؛ وجود مركب ميزو يُقلل عدد المتصاوغات الفراغية المُحتملة. [ 4 ] ولأن مركب ميزو يُمكن تطبيقه على صورته المرآوية، فإن "المتصاوغين الفراغيين" متطابقان في الواقع. ونتيجةً لذلك، يُقلل مركب ميزو عدد المتصاوغات الفراغية إلى أقل من العدد الافتراضي 2n بسبب التناظر. [ 6 ]

بالإضافة إلى ذلك، قد لا توجد بعض التكوينات لأسباب فراغية . قد لا تُظهر المركبات الحلقية ذات المراكز الكيرالية خاصية الكيرالية بسبب وجود محور دوران ثنائي. كما قد توفر الكيرالية المستوية خاصية الكيرالية دون وجود مركز كيرالي فعلي.

إعدادات

يُعرَّف التكوين بأنه ترتيب الذرات حول مركز فراغي. [ 6 ] يستخدم نظام كان-إنجولد-بريلوغ (CIP) الرموز R وS لتحديد تكوين الذرات حول أي مركز فراغي. [ 7 ] يشير الرمز R إلى اتجاه عقارب الساعة لأولوية الاستبدال حول المركز الفراغي، بينما يشير الرمز S إلى اتجاه عكس عقارب الساعة لأولوية الاستبدال. [ 7 ]

مراكز الكيرالية

المركز الكيرالي هو نوع من المراكز الفراغية. يُعرَّف المركز الكيرالي بأنه ذرة تحمل أربعة روابط مختلفة (ذرات أو مجموعات ذرية) في ترتيب فراغي لا يمكن تطبيقه على صورته المرآوية. يجب أن تكون المراكز الكيرالية مهجنة من نوع sp³، أي أنها لا تحتوي إلا على روابط أحادية . [ 5 ] في الكيمياء العضوية ، يُشير مصطلح المركز الكيرالي عادةً إلى ذرة كربون أو فوسفور أو كبريت ، مع أنه من الممكن أيضًا أن تكون ذرات أخرى مراكز كيرالية، خاصةً في مجالات الكيمياء العضوية الفلزية وغير العضوية .

يعمم مفهوم مركز الكيرالية مفهوم ذرة الكربون غير المتناظرة (ذرة الكربون المرتبطة بأربعة كيانات مختلفة) إلى تعريف أوسع لأي ذرة ذات أربع مجموعات ارتباط مختلفة حيث يؤدي تبادل أي مجموعتين ارتباط إلى ظهور متماثل ضوئي . [ 8 ]

الستيروجينيك على الكربون

تُسمى ذرة الكربون المرتبطة بأربع مجموعات بديلة مختلفة بذرة كربون غير متناظرة أو ذرة كربون كيرالية . وتُعد ذرات الكربون الكيرالية أكثر أنواع مراكز الكيرالية شيوعًا. [ 6 ]

تأثير ستيريوجيني على ذرات أخرى

لا تقتصر الكيرالية على ذرات الكربون، مع أن ذرات الكربون غالبًا ما تكون مراكز للكيرالية نظرًا لانتشارها الواسع في الكيمياء العضوية. يمكن لذرات النيتروجين والفوسفور أيضًا تكوين روابط في تكوين رباعي الأوجه. قد يكون النيتروجين في الأمين مركزًا فراغيًا إذا كانت المجموعات الثلاث المرتبطة به مختلفة، لأن زوج الإلكترونات في الأمين يعمل كمجموعة رابعة. [ 9 ] مع ذلك، يؤدي انقلاب النيتروجين ، وهو شكل من أشكال الانقلاب الهرمي ، إلى حدوث عملية التماثل الضوئي ، ما يعني وجود كلا المتماثلين الفراغيين عند ذرة النيتروجين تلك في الظروف العادية. [ 9 ] قد تكون عملية التماثل الضوئي الناتجة عن انقلاب النيتروجين محدودة (مثل كاتيونات الأمونيوم أو الفوسفونيوم الرباعية )، أو بطيئة، مما يسمح بوجود الكيرالية. [ 9 ]

قد تكون ذرات المعادن ذات الأشكال الهندسية رباعية الأوجه أو ثمانية الأوجه كيرالية أيضًا نظرًا لارتباطها بروابط مختلفة. في حالة الشكل ثماني الأوجه، توجد عدة أنواع من الكيرالية. عند وجود ثلاثة روابط من نوعين مختلفين، قد تصطف هذه الروابط على طول خط الزوال، مما يُعطي المتصاوغ mer ، أو تُشكّل وجهًا واحدًا - المتصاوغ fac . أما عند وجود ثلاثة روابط ثنائية السن من نوع واحد فقط، فيتكون تركيب يشبه المروحة، مع وجود متصاوغين ضوئيين مختلفين يُرمز لهما بـ Λ و Δ.

الكيرالية والمراكز الفراغية

كما ذُكر سابقًا، يشترط لكي تكون الذرة مركزًا كيراليًا أن تكون مهجنة من نوع sp³ مع أربعة ارتباطات مختلفة. [ 5 ] ولهذا السبب، تُعتبر جميع المراكز الكيرالية مراكز فراغية. مع ذلك، لا يكون العكس صحيحًا إلا في بعض الحالات. تذكر أن النقطة تُعتبر مركزًا فراغيًا إذا كان لديها ثلاثة ارتباطات على الأقل؛ ويمكن أن تكون المراكز الفراغية مهجنة من نوع sp³ أو sp² ، طالما أن تبديل أي مجموعتين مختلفتين يُنتج متصاوغًا فراغيًا جديدًا . هذا يعني أنه على الرغم من أن جميع المراكز الكيرالية هي مراكز فراغية، إلا أن ليس كل مركز فراغي هو مركز كيرالي.

تُعدّ المراكز الفراغية مؤشرات مهمة لتحديد ما إذا كانت الجزيئات كيرالية أم لا. وكقاعدة عامة، يُعتبر الجزيء غير كيرالي إذا لم يكن له أي مركز فراغي. أما إذا كان يحتوي على مركز فراغي واحد على الأقل، فإنه يمتلك إمكانية الكيرالية. ومع ذلك، توجد بعض الاستثناءات، مثل مركبات الميزو ، التي تجعل الجزيئات التي تحتوي على مراكز فراغية متعددة تُعتبر غير كيرالية. [ 6 ]

انظر أيضاً

مراجع

  1. 1 2 3 "5.4: المراكز المجسمة" . libretexts.org . 24 أبريل 2015.
  2. 1 2 ميسلو، كورت؛ سيجل، جاي (1984). "التصاوغ الفراغي والكيرالية الموضعية". مجلة الجمعية الكيميائية الأمريكية . 106 (11): 3319. Bibcode : 1984JAChS.106.3319M . doi : 10.1021/ja00323a043 .
  3. 1 2 سولومونز، تي دبليو غراهام؛ فرايل، كريغ (2004). الكيمياء العضوية ( الطبعة الثامنة). جون وايلي وأولاده. 
  4. 1 2 سودربيرغ، تيموثي (1 يوليو 2019). "الكيمياء العضوية مع التركيز على علم الأحياء، المجلد الأول" . منشورات الكيمياء : 170، 177.
  5. 1 2 3 "5.3: الكيرالية ونظام تسمية R/S" . نصوص الكيمياء الحرة . 15 ديسمبر 2021. تم الاطلاع عليه في 12 نوفمبر 2022 .
  6. 1 2 3 4 5 6 براون، ويليام؛ إيفرسون، برنت؛ أنسلين، إريك؛ فوت، كريستوفر (2018). الكيمياء العضوية (الطبعة الثامنة ). بوسطن، ماساتشوستس: سينجج ليرنينج. الصفحات 117، 137-139 . ISBN   978-1-305-58035-0.
  7. 1 2 بارتا، نانسي س.؛ ستيل، جون ر. (1994). "فهم مفاهيم الكيمياء الفراغية" . مجلة التعليم الكيميائي . 71 (1): 20. Bibcode : 1994JChEd..71...20B . doi : 10.1021/ed071p20 . ISSN 0021-9584 . 
  8. ↑ " مركز الكيرالية (الكيرالية)" . IUPAC.org . doi : 10.1351/goldbook.C01060 .
  9. 1 2 3 سميث، جانيس غورزينسكي (2011). "الفصل 25: الأمينات". في: هودج، تامي؛ نيمرز، دونا؛ كلاين، جاين (محررون). الكيمياء العضوية (كتاب) ( الطبعة الثالثة). نيويورك، نيويورك: ماكجرو هيل. الصفحات 949-993 . ISBN   978-0-07-337562-5.