ENANTIOMERI: CARATTERISTICHE, PROPRIETÀ ED ESEMPI - CHIMICA - 2025

Gli enantiomeri sono quelle coppie di composti organici (inorganici) costituiti da due immagini speculari non sovrapponibili l'una sull'altra. Quando accade il contrario, ad esempio nel caso di una pallina, una mazza da golf o una forchetta, si dice che siano oggetti achirali.

Il termine chiralità è stato coniato da William Thomson (Lord Kelvin), il quale ha definito che un oggetto è chirale se non può essere sovrapposto alla sua immagine speculare. Ad esempio, le mani sono elementi chirali, poiché il riflesso della mano sinistra, anche se gira, non coinciderà mai con l'originale.

Un modo per dimostrarlo è posizionare la mano destra sulla sinistra, scoprendo che le uniche dita che si sovrappongono sono il centro. In effetti, la parola chirale deriva dalla parola greca cheir, che significa "mano".

Nel caso della forcella nell'immagine in alto, se il suo riflesso fosse capovolto, si adatterebbe perfettamente sotto l'originale, che si traduce come oggetto achirale.

Carbonio asimmetrico

Quale forma geometrica deve avere un insieme di atomi per essere considerato chirale? La risposta è tetraedrica; cioè, per un composto organico l'atomo di carbonio deve avere una disposizione tetraedrica attorno ad esso. Tuttavia, sebbene questo si applichi alla maggior parte dei composti, non è sempre così.

Affinché questo ipotetico composto CW ₄ sia chirale, tutti i sostituenti devono essere diversi. Se non fosse così, il riflesso del tetraedro potrebbe sovrapporsi dopo alcune rotazioni.

Pertanto, il composto C (ABCD) è chirale. Quando ciò si verifica, l'atomo di carbonio attaccato a quattro diversi sostituenti è noto come carbonio asimmetrico (o carbonio stereogenico). Quando questo carbonio viene "guardato" nello specchio, il suo riflesso e questo costituiscono la coppia enantiomerica.

Nell'immagine in alto sono illustrate tre coppie enantiomeriche del composto C (ABCD). Considerando solo la prima coppia, il suo riflesso non è sovrapponibile, perché quando si capovolge solo le lettere A e D coincidono, ma non C e B.

In che modo le altre coppie di enantiomeri sono correlate tra loro? Il composto e la sua immagine della prima coppia enantiomerica sono diasteromeri delle altre coppie.

In altre parole, i diasteromeri sono stereoisomeri dello stesso composto, ma senza essere il prodotto della loro stessa riflessione; cioè, non sono la tua immagine speculare.

Un modo pratico per assimilare questo concetto è attraverso l'uso di modelli, alcuni di questi semplici come quelli assemblati con una palla anime, alcuni stuzzicadenti e alcune masse di plastilina per rappresentare gli atomi o gruppi.

Nomenclatura

La modifica della posizione di due lettere produce un altro enantiomero, ma se vengono spostate tre lettere, l'operazione ritorna al composto originale con un diverso orientamento spaziale.

In questo modo, il cambiamento di due lettere dà origine a due nuovi enantiomeri e, allo stesso tempo, a due nuovi diastereomeri della coppia iniziale.

Tuttavia, come si differenziano questi enantiomeri l'uno dall'altro? Questo è quando sorge la configurazione RS assoluta.

I ricercatori che lo hanno implementato sono stati Cahn, Sir Christopher Ingold e Vladimir Prelog. Per questo motivo è noto come Cahn-Ingold-Prelog Notation System (RS).

Regole o priorità di sequenza

Come applicare questa impostazione assoluta? In primo luogo, il termine "configurazione assoluta" si riferisce alla disposizione spaziale esatta dei sostituenti sul carbonio asimmetrico. Pertanto, ogni disposizione spaziale ha la propria configurazione R o S.

L'immagine in alto illustra due configurazioni assolute per una coppia di enantiomeri. Per designare uno dei due come R o S, è necessario seguire le regole di sequenza o priorità:

1- Il sostituente con il numero atomico più alto è quello con la priorità più alta.

2- La molecola è orientata in modo che l'atomo o il gruppo con la priorità più bassa punti dietro l'aereo.

3- Si disegnano le frecce dei collegamenti e si disegna un cerchio in direzione discendente di priorità. Se questa direzione è la stessa in senso orario, l'impostazione è R; se è in senso antiorario, l'impostazione è S.

Nel caso dell'immagine, la sfera rossa contrassegnata dal numero 1 corrisponde al sostituente con la priorità più alta e così via.

La sfera bianca, quella con il numero 4, corrisponde quasi sempre all'atomo di idrogeno. In altre parole, l'idrogeno è il sostituente con la priorità più bassa e viene contato per ultimo.

Esempio di configurazione assoluta

Nel composto nell'immagine in alto (amminoacido l-serina), il carbonio asimmetrico ha i seguenti sostituenti: CH ₂ OH, H, COOH e NH ₂ .

Applicando le regole precedenti per questo composto, il sostituente con la priorità più alta è NH ₂ , seguito da COOH e, infine, CH ₂ OH. Il quarto sostituente è inteso come H.

Il gruppo COOH ha la precedenza su CH ₂ OH, perché il carbonio forma tre legami con gli atomi di ossigeno (O, O, O), mentre l'altro forma solo uno con l'OH (H, H, O).

Caratteristiche degli enantiomeri

Gli enantiomeri mancano di elementi di simmetria. Questi elementi possono essere il piano o il centro di simmetria.

Quando questi sono presenti nella struttura molecolare, è molto probabile che il composto sia achirale e quindi non possa formare enantiomeri.

Proprietà

Una coppia di enantiomeri mostra le stesse proprietà fisiche, come punto di ebollizione, punto di fusione o tensione di vapore.

Tuttavia, una proprietà che li differenzia è la capacità di ruotare la luce polarizzata, o cos'è lo stesso: ogni enantiomero ha le sue attività ottiche.

Gli enantiomeri che ruotano la luce polarizzata in senso orario acquisiscono la configurazione (+), mentre quelli che la ruotano in senso antiorario acquisiscono la configurazione (-).

Queste rotazioni sono indipendenti dalla disposizione spaziale dei sostituenti sul carbonio asimmetrico. Di conseguenza, un composto di configurazione R o S può essere (+) e (-).

Inoltre, se le concentrazioni di entrambi gli enantiomeri (+) e (-) sono uguali, la luce polarizzata non devia dal suo percorso e la miscela è otticamente inattiva. Quando ciò accade, la miscela viene chiamata miscela racemica.

A loro volta, le disposizioni spaziali regolano la reattività di questi composti contro i substrati stereospecifici. Un esempio di questa stereospecificità si ha nel caso degli enzimi, che possono agire solo su un certo enantiomero, ma non sulla sua immagine speculare.

Esempi

Di molti possibili enantiomeri, sono esemplificati i seguenti tre composti:

talidomide

Quale delle due molecole ha la configurazione S? Quello di sinistra. L'ordine di priorità è il seguente: prima l'atomo di azoto, secondo il gruppo carbonile (C = O) e terzo il gruppo metilene (–CH ₂ -).

Quando si passa attraverso i gruppi, utilizzare la direzione in senso orario (R); tuttavia, poiché l'idrogeno punta fuori dal piano, la configurazione vista dall'angolo posteriore corrisponde effettivamente alla S, mentre nel caso della molecola di destra l'idrogeno (quella con la priorità più bassa) punta indietro una volta dell'aereo.

Salbutamolo e limonene

Quale delle due molecole è l'enantiomero R: quella superiore o quella inferiore? In entrambe le molecole il carbonio asimmetrico è legato al gruppo OH.

Stabilire l'ordine di priorità per la molecola di seguito che dà come segue: prima l'OH, secondo l'anello aromatico e terzo il gruppo CH ₂ -NH-C (CH ₃ ) ₃ .

Passando attraverso i gruppi, si traccia un cerchio in senso orario; quindi, è l'enantiomero R. Pertanto, la molecola inferiore è l'enantiomero R e quella superiore è S.

Nel caso del composto (R) - (+) - limonene e (S) - (-) - limonene, le differenze sono nelle loro fonti e negli odori. L'enantiomero R è caratterizzato dall'odore di arancia, mentre l'enantiomero S ha un odore di limone.

Riferimenti

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