对映异构体是由两个镜像组成的一对(无机)有机化合物,不能彼此重叠。当发生相反的情况时(例如,在球,高尔夫球杆或叉子的情况下),它们被称为非手性物体。
手性是由威廉·汤姆森(Lord Kelvin)创造的,他定义了一个对象,如果它不能与它的镜像重叠,则是手性的。例如,手是手性元素,因为即使左手转动,左手的反射也永远不会与原始反射一致。
一种证明这一点的方法是,将右手放在左手上方,发现重叠的唯一手指是中指。实际上,“手性”一词源自希腊语“ cheir”,意为“手”。
在上图中的叉子的情况下,如果其反射被翻转,它将完全适合原件,后者将转化为非手性对象。
不对称碳
必须将一组原子视为什么几何形状?答案是四面体。也就是说,对于有机化合物,碳原子必须在其周围具有四面体排列。但是,尽管这适用于大多数化合物,但并非总是如此。
为了使该假设化合物CW 4具有手性,所有取代基必须不同。如果不是这样,四面体的反射可能会在旋转一些后重叠。
因此,化合物C(ABCD)是手性的。发生这种情况时,连接到四个不同取代基的碳原子称为不对称碳(或立体碳)。当在镜子中“看”到这个碳时,它的反射和组成对映体对。
上图显示了化合物C(ABCD)的三对对映体。仅考虑第一对,它的反射是不可叠加的,因为翻转时仅字母A和D重合,而字母C和B不重合。
其他对对映体如何相互关联?第一对映体对的化合物及其图像是其他对映体的非对映体。
换句话说,非对映异构体是相同化合物的立体异构体,但不是其自身反射的产物;也就是说,它们不是您的镜像。
吸收模型的一种实用方法是使用模型,其中一些模型很简单,例如与动漫球,一些牙签和一些橡皮泥组成的模型,它们代表原子或基团。
命名法
更改两个字母的位置会生成另一个对映体,但是如果移动三个字母,该操作将返回具有不同空间方向的原始化合物。
以此方式,改变两个字母会产生两个新的对映异构体,并且同时产生两个初始对的新非对映异构体。
但是,如何区分这些对映异构体?这是绝对RS配置出现的时候。
实现它的研究人员是卡恩,克里斯托弗·英戈尔德爵士和弗拉基米尔·普雷洛格。因此,它被称为Cahn-Ingold-Prelog符号系统(RS)。
顺序规则或优先级
如何应用此绝对设置?首先,术语“绝对构型”是指不对称碳上取代基的确切空间排列。因此,每个空间布置都有其自己的R或S构型。
上图显示了一对对映异构体的两个绝对构型。要将两者之一指定为R或S,必须遵循排序或优先级规则:
1-原子序数最高的取代基是优先级最高的取代基。
2-分子的取向使得最低优先级的原子或基团指向平面后面。
3-绘制链接的箭头,并沿优先级的递减方向绘制一个圆圈。如果此方向顺时针方向相同,则设置为R;否则,设置为R。如果是逆时针,则设置为S。
在图像的情况下,标有数字1的红色球体表示优先级最高的取代基,依此类推。
白色球形,编号为4的球形几乎总是对应于氢原子。换句话说,氢是最低优先级的取代基,最后被计算。
绝对配置示例
在上部图像中的化合物(氨基酸1-丝氨酸)中,不对称碳具有以下取代基:CH 2 OH,H,COOH和NH 2。
根据该化合物的先前规则,具有最高优先级的取代基为NH 2,其次是COOH,最后是CH 2 OH。第四取代基应理解为是H。
COOH优先于CH 2 OH,因为碳与氧原子(O,O,O)形成三个键,而另一个仅与OH(H,H,O)形成一个键。
对映体的特征
对映异构体缺乏对称性。这些元素可以是平面,也可以是对称中心。
当它们存在于分子结构中时,该化合物很可能是非手性的,因此不能形成对映异构体。
物产
一对对映异构体表现出相同的物理性质,例如沸点,熔点或蒸气压。
但是,使它们与众不同的一个特性是能够旋转偏振光,或者是相同的:每种对映异构体都有自己的光学活性。
顺时针旋转偏振光的对映体为(+)构型,而逆时针旋转偏振光的对映体为(-)构型。
这些旋转与不对称碳上取代基的空间排列无关。因此,R或S构型的化合物可以是(+)和(-)。
另外,如果对映体(+)和(-)的浓度相等,则偏振光不会偏离其路径,并且该混合物是光学惰性的。发生这种情况时,该混合物称为外消旋混合物。
反过来,空间排列控制了这些化合物对立体特异性底物的反应性。这种立体特异性的例子出现在酶的情况下,其只能作用于某种对映体,而不能作用于其镜像。
例子
在许多可能的对映异构体中,示例了以下三种化合物:
沙利度胺
这两个分子中的哪个具有S构型?左边的一个。优先顺序如下:首先是氮原子,其次是羰基(C = O),第三是亚甲基(-CH 2-)。
通过组时,请使用顺时针方向(R);但是,由于氢指向平面之外,因此从后角看到的构型实际上对应于S,而在右侧分子的情况下,氢(优先级最低的氢)指向一次飞机。
沙丁胺醇和柠檬烯
R对映异构体是两个分子中的哪个:顶部或底部?在两个分子中,不对称碳均与OH基团相连。
确定下面的分子的优先级顺序,从而得出:首先是OH,其次是芳环,第三是基团CH 2 -NH-C(CH 3)3。
通过组,沿顺时针方向绘制一个圆圈;因此,它是R对映体,因此,最下面的分子是R对映体,最上面的是S。
对于化合物(R)-(+)-柠檬烯和(S)-(-)-柠檬烯,其来源和气味有所不同。R对映异构体的特征是具有橙色的气味,而S对映异构体具有柠檬的气味。
参考文献
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