Enancjomery i diastereoizomery

Dowiedzieliśmy się już, że obecność centrum stereogenicznego daje nam kolejne możliwości izomerii, a konkretnie izomerii w przestrzeni − stereoizomerii. Musimy je zatem jakoś pogrupować, ale nie ma się co martwić, ten podział będzie całkiem przyjemny.

1. Enancjomery to lustrzane odbicia

Enancjomery są jak Twoje dłonie, prawa i lewa. Są one względem siebie lustrzanymi odbiciami i co istotne, nie da się nałożyć na siebie lewej i prawej dłoni, co najłatwiej zrozumieć poprzez fakt, że nie założysz lewej (narciarskiej) rękawiczki na prawą dłoń i odwrotnie, bo to nie są te same ręce.

Taką próbę nałożenia lewej rękawiczki na prawą rękę[1] widzieliśmy już wcześniej na cząsteczce CHFClBr.

Tutaj mamy próbę nałłożenia na siebie dwóch cząsteczek, które są lustrzanymi odbiciami. Jest to niemożliwe, dlatego te związki nie są takie same.

Zauważ ważną rzecz − nie można mówić o jednym enancjomerze nie podając kontekstu. Wynika to z samej definicji, przecież enancjomer to lustrzane odbicie, więc musimy wiedzieć do czego to lustro przyłożyć, prawda ?

Na maturze enancjomery obowiązują jedynie w formie projekcji Fischera, a o tym przeczytasz za chwilę w punkcie 3.

2. Diastereoizomer to najlepsza definicja na świecie

Ahh… Gdyby tylko wszystkie definicje były takie jak ta…

Diastereoizomery to takie izomery przestrzenne (stereoizomery), które nie są enancjomerami. Serio, taka jest oficjalna definicja.

Prawda, że przyjemnie ?

Co jest istotne, to fakt, że o diastereoizomerach będziemy mówić wtedy, gdy w cząsteczce znajdą się co najmniej dwa centra chiralności (stereogeniczne), co daje łącznie cztery możliwe stereoizomery do narysowania. Jeśli jest tylko jedno centrum, to są dwa możliwe stereoizomery i są to względem siebie lustrzane odbicia, czyli są to enancjomery.

Analogia z dłońmi jest akurat bardzo fajna, bo tak jak enancjomery można by porównać do dwóch Twoich dłoni (lewa i prawa), to diastereoizomery można określić jako dwie prawe lub lewe dłonie, ale różnych osób.

Warm hands: 9 causes and treatment
Lewa i prawa ręka są lustrzanymi odbiciami, niczym enancjomery.
NSS – Why Do We Have Sexually Dimorphic Fingers?
Dwie prawe ręce różnych osób można porównać do diastereoizomerów.

3. Enancjomery i diastereoizomery w projekcji Fischera

Rozpoznawanie enancjomerów na projekcji Fischera jest bardzo proste, o ile ogarniasz czym jest odbicie lustrzane. A jeżeli coś nie jest lustrzanym odbiciem, to po prostu jest to para diastereoizomerów!

Enancjomery na projekcji Fischera.

A teraz zobaczmy na diastereoizomery. W czerwone kółka (dla przejrzystości rysunku) zaznaczono atomy, które można śledzić, aby zauważyć jak stworzyć diastereoizomery na projekcji Fischera.

Diastereoizomery na projekcji Fischera. W czerwone kółka (dla przejrzystości rysunku) zaznaczono atomy, które można śledzić, aby zauważyć jak stworzyć diastereoizomery na projekcji Fischera.

4. Enancjomery vs diastereoizomery − porównanie właściwości

EnancjomeryDiastereoizomery
Są swoimi lustrzanymi odbiciami.To te, które nie są swoimi lustrzanymi odbiciami.
Mają takie same właściwości fizyczne (temperatury topnienia i wrzenia).Mają inne właściwości fizyczne (temperatury topnienia i wrzenia).
Różnią się kierunkiem skręcaniapłaszczyzny światła spolaryzowanego[2].Tak samo skręcają płaszczyznę światła spolaryzowanego.
Ciężko je rozdzielić na pojedynczeenancjomery z mieszaniny.Łatwo je rozdzielić na pojedynczediastereoizomery z mieszaniny.
Mogą mieć różne działanie biologiczne[3]Mają inne działanie biologiczne.
Porównanie właściwości fizycznych i chemicznych enancjomerów i diastereoizomerów

5. Honorable mention − racemat

Racemat czy też mieszanina racemiczna to równomolowa (czyli po 50%) mieszanina enancjomerów. Może ona powstać na przykład podczas addycji HCl czy HBr do alkenów[4].


[1] Spora część z Was pewnie gdzieś tam myśli o medycynie, więc już teraz Wam zrobię podstawy anatomii. Nie mówi się ręka, tylko kończyna górna! Tak samo na anatomii nie istnieje noga, tylko kończyna dolna.

[2] Kierunek skręcania płaszczyzny światła spolaryzowanego to fundamentalna różnica obu enancjomerów. Jeden z nich będzie skręcał w prawo (prawoskrętny), a drugi w lewo (lewoskrętny). Samo w sobie to doświadczenie mówi nam o tym, że cząsteczka jest aktywna optycznie, czyli że posiada centrum stereogeniczne (w uproszczeniu, bo są od tego wyjątki).

O co chodzi z tym światłem spolaryzowanym ?

[3] To jest akurat mega, mega ciekawe moim zdaniem. Być może na biologii słyszałeś o modelu klucza i zamka w kontekście enzymów. W skrócie chodzi o to, że cząsteczka białka musi idealnie pasować do danego miejsca, aby coś się zadziało. Podobnie jest z cząsteczkami leków, które też muszą być w dokładnie takim samym ułożeniu przestrzennym, aby wywołać efekt.

Tak było ze słynną aferą z talidomidem, gdzie jeden ze stereoizomerów był lekiem, a drugi powodował poważne wady płodów. Czasem różnica może być w zapachu, na przykład jedna z przestrzennych wersji pachnie pomarańczą, a jego lustrzane odbicie to zapach cytryny. No przyznaj, że to jest ciekawe! 

Molecules in the mirror - - Enantiomer separation using capillary  electrophoresis
Enancjomery (lustrzane) odbicia, są jak lewa i prawa dłoń. Enancjomery mogą się różnić działaniem biologicznym (zapach cytryny vs pomarańczy)

[4] Co ciekawe, da się to nawet wyjaśnić, dlaczego akurat w tej reakcji tworzy się racemat, ale po pierwsze jeszcze do tego nie doszliśmy (na razie nie omawiamy reakcji chemicznych, zajmujemy się samym językiem chemii organicznej), a po drugie to i tak wykracza poza maturę.

Leave a Reply

%d bloggers like this: