آموزش توضیح آنانتیومری

[Mahdi Eng 22940]

انانتیومری

 

ایزومرهایی که تصویر آینه‌ای یکدیگر باشند به انانتیومر مرسومند. دو لاکتیک اسید مختلف که مدلهایشان را ساختیم انانتیومر هستند (یونانی| انانتیو یعنی مخالف). به همین ترتیب دوتا 2-متیل-1- بوتانول، دو تا بوتیل کلرید نوع دوم و غیره وجود دارند. خواص انانتیومرها را چگونه می‌توان مقایسه نمود؟

 

انانتیومرها به جز در جهت چرخاندن صفحة نور پلاریزه دارای خواص فیزیکی یکسان هستند. به عنوان مثال، دو انانتیومر2-متیل-1- بوتانول دارای نقاط ذوب، جوش، دانسیته و ضریب شکست و هر ثابت فیزیکی دیگر قابل اندازه‌گیری یکسانند، به جز آن که یکی از آنها نور پلاریزه مسطح را به طرف راست و دیگری به طرف چپ می‌چرخاند.

این مطلب تعجب‌آور نیست زیرا بر هم‌کنشهای هر دو نوع مولکول با مولکولهای مجاورش باید یکسان باشد و فقط جهت چرخش آنها متفاوت است ولی مقدار چرخش آنها یکسان می‌باشد؛ چرخش ویژه یکی از آنها ˚90/5+ دیگری ˚90/5- است. منطقی به نظر می‌رسد که این مولکولها چنان با یکدیگر بوده و خواص آنها از همین امر ناشی می‌شود| تصویر آینه‌ای یک چرخش در جهت عقربه‌های ساعت، چرخشی است که در جهت خلاف عقربة ساعت انجام شده و کاملاً به همان اندازه می‌باشد.

 

انانتیومرها به جز در مقابل واکنشگرهای فعال نوری، خواص شیمیایی مشابه دارند. دو لاکتیک اسید نه تنها اسیدند بلکه اسیدهایی با قدرت یکسان هستند؛ یعنی در آب به مقدار مساوی حل شده و به یک میزان یونیزه می‌شوند. دو 2-متیل-1-بوتانول نه فقط محصولات یکسانی به دست می‌دهند- با سولفوریک اسید داغ به آلکنها، با HBr به آلکیل برمیدها و با استیک اسید به استرها تبدیل می‌شوند – بلکه سرعت تبدیل آنها نیز دقیقاً یکسان است. علت این امر را می‌توان چنین پنداشت که در هر مورد اتمهایی که مورد حمله قرار می‌گیرند. واکنش‌پذیری آنها تحت تاثیر ترکیب دقیقاً یکسانی از استخلافات می‌باشد. واکنشگری که با هر نوع از این مولکولها مواجه می‌شود و در واقع با محیط یکسانی مواجه می‌گردد. البته به جز هنگامی که یکی از محیطها تصویر آینه‌ای دیگری باشد.

 

(فقط یک راه برای اختلاف در واکنشهای انانتیومرها با واکنشگرهای معمولی غیرفعال نوری وجود دارد: گاهی اوقات آنها محصولاتی را ایجاد می‌نمایند که یکسان نیستند بلکه انانتیومر هستند. و لیکن به هر حال واکنش با سرعت یکسان انجام می‌شود. همان طور که خواهیم دید این مورد می‌تواند از نظر عملی و نظری بسیار مهم باشد).

 

از طرف دیگر در حالتی خاص که واکنشگر خود فعال نوری است، اثراتی که بر واکنشگر در ضمن حمله به دو انانتیومر اعمال می‌شود یکسان نبوده، سرعت واکنشها اختلاف خواهند داشت – این اختلاف تا جایی است که در برخی از موارد واکنش با یکی از ایزومرها اصلاً صورت نمی‌گیرد. به عنوان مثال، در سیستمهای بیولوژیکی چنین ویژگی شیمیایی فضایی استثناء نبوده بلکه آن قاعده است، زیرا همة کاتالیزورهای مهم،‌ آنزیمها، و بیشتر ترکیباتی که با آنها وارد واکنش می‌شوند از نظر نوری فعال هستند. قند (+)- گلولز نقش منحصر به فردی را در متابولیسم حیوانی ایفاء می‌نماید و پایة صنایع تخمیری چندین میلیون دلاری است ؛ در حالی که قند (-)- گلولز نه به وسیله حیوانات متابولیسم می‌شود و نه بوسیله مخمرها تخمیر می‌گردد. هنگامی که قارچ پنی‌سیلیوم گلاکِوم بر مخلوطی از انانتیومرهای تار تاریک اسید کشت شود، فقط انانتیومر(+) مصرف شده و (-)- تار تاریک اسید به جای می‌ماند. فعالیت هورمونی (-)- آدرنالین چندین برابر انانتیومر خود است؛ تنها یکی از ایزومرهای فضایی کلرومایستین، آنتی‌بیوتیک است. (+)- افدرین نه تنها فعالیت دارویی ندارد بلکه در حقیقت در عمل انانتیومر خود خدشه ایجاد می‌کند. در میان آمینو اسیدها فقط یک آسپارژین و یک لوسین شیرین است و فقط یک گلوتامیک اسید باعث مطبوع شدن غذا می‌‌شود. (-)- کاروون به عصارة نعناع بوی خاصی می‌بخشد، در حالی که انانتیومر (+)- کاروون اسانس زیره است.

 

به عنوان تشبیه خام در نظر بگیرید که با دست راست و چپ با قدرت مساوی (انانتیومرها) میخی ار می‌کوبیم (یک واکنشگر غیر فعال نوری) و یا یک پیچ راست دست را می‌پیچانیم (یک واکنشگر فعال نوری). کوبیدن میخ احتیاج به یک سری از ماهیچه‌های متفاوت نیازمند است: به عنوان مثال، شست راست فشار می‌دهد در حالی که شست چپ کشیده می‌شود.

 

اجازه دهید تا واکنش‌پذیری را با دقیق‌ترین طریق ممکن یعنی از طریق حالت گذار مورد بررسی قرار دهیم.

ابتدا واکنشهای دوانانتیومر را با یک واکنشگر غیر فعال نوری در نظر می‌گیریم. واکنشگرها در هر دو مورد دقیقاً دارای انرژی یکسانی هستند| یک انانتیومر به اضافه واکنشگر و انانیتومر دیگر به اضافه همان واکنشگر. دو حالت گذرای واکنشها تصاویر آینه‌ای یکدیگر بوده (انانتیومر هستند) و از این رو دارای انرژی کاملاً یکسانی می‌باشند. بدین علت اختلاف انرژی بین واکنش دهنده‌ها و حالتهای گذرا –Eact آنها – برابر بوده و در نتیجه سرعت واکنشها یکسان است.

 

حال واکنشهای دوانانتیومر را با یک واکنشگر فعال نوری در نظر می‌گیریم. در اینجا هم واکنش دهنده‌ها دارای انرژی یکسانی هستند. به هر حال دو حالت گذرا تصاویر آینه‌ای یکدیگر نمی‌باشند (دیاسترئومر می‌باشند) و از این ور دارای انرژی متفاوتی هستند؛ Eactآنها متفاوت است و در نتیجه سرعت واکنش‌ها نیز متفاوت می‌باشد.

 

اصل کلی همه این مطالب را در بر می‌گیرد از این قرار است که| انانتیومرها فقط در یک محیط کایرال خواص فیزیکی و شیمیایی متفاوتی را از خود نشان می‌دهند. نور پلاریزه چنین محیطی را ایجاد می‌نماید و در آن انانتیومرها در یک خاصیت فیزیکی یعنی جهت چرخش نور تفاوت دارند. آنها همچنین ممکن است در یک حلال فعال نوری حلالیت مختلف و یا بر روی یک سطح فعال نوری جذب مختلفی داشته باشند. برای این انانتیومرها با سرعت‌های مختلفی وارد واکنش شوند، محیط کایرال لازم ممکن است به طرق مختلف ایجاد گردد| به وسیله یک واکنشگر فعال نوری، به وسیله یک حلال کایرال یا سطح کایرال یک کاتالیزور؛ حتی – برای بعضی از واکنشها کاتالیز شده به وسیله نور – به وسیله پلاریزه مدور. برای سهولت، ما اغلب او واژه «واکنشگر فعال نوری» یا «واکنشگر کایرال» در بحث از واکنش تحت هر یک از این شرایط کایرال استفاده می‌نمایئم. ما از واژه‌ «واکنشگر غیر فعال نوری» یا «واکنشگر ناکایرال» یا حتی «شرایط معمولی» در صحبت راجع به واکنش در غیاب یک محیط کایرال استفاده می‌نمائیم.