بوتين ك. الكيمياء المجسمة النظرية

18.02.2021

مفهوم مراوغة- أحد أهم النماذج في الكيمياء المجسمة الحديثة. يكون النموذج كيراليًا إذا لم يكن لديه أي عناصر تناظر (مستوى، مركز، محاور دوران المرآة)، باستثناء محاور الدوران البسيطة. نحن نسمي الجزيء الموصوف بمثل هذا النموذج اللولبي (والذي يعني "يشبه اليد" من اليونانية . هيرو- اليد) لأن الجزيئات، مثل الأيدي، غير متوافقة مع صورها في المرآة. يوضح الشكل 1 عددًا من الجزيئات اللولبية البسيطة. هناك حقيقتان واضحتان تمامًا: أولاً، تمثل أزواج الجزيئات المعطاة صورًا مرآة لبعضها البعض، وثانيًا، لا يمكن دمج هذه الانعكاسات المرآة مع بعضها البعض. تجدر الإشارة إلى أنه في كل حالة، يحتوي الجزيء على ذرة كربون بأربعة بدائل مختلفة. تسمى هذه الذرات غير متماثلة. ذرة الكربون غير المتماثلة هي مركز مراوان أو مجسم. هذا هو النوع الأكثر شيوعا من chirality. إذا كان الجزيء مراوانًا، فيمكن أن يوجد في شكلين متصاوغين، مرتبطين ككائن وصورته المرآة وغير متوافقين في الفضاء. تسمى هذه الايزومرات (الفقرة). متصاوغات ضوئية.

المصطلح "chiral" لا يسمح بالتفسير الحر. عندما يكون الجزيء مراوانًا، فقياسًا على اليد، يجب أن يكون إما أعسر أو أيمن. عندما نطلق على مادة أو عينة منها اسم كيرال، فهذا يعني ببساطة أنها تتكون من جزيئات كيرالية؛ علاوة على ذلك، ليس من الضروري على الإطلاق أن تكون جميع الجزيئات متطابقة من حيث عدم التناظر (اليسار أو اليمين، ر أو س، انظر القسم 1.3). يمكن التمييز بين حالتين مقيدتين. في الحالة الأولى، تتكون العينة من جزيئات متطابقة من حيث اللامركزية (المتجانسة فقط رأو فقط س); يسمى هذا النمط نقية هندسيا. وفي الحالة الثانية (المعاكسة)، تتكون العينة من نفس عدد الجزيئات المختلفة من حيث اللامركزية (النسبة المولية، غير المتجانسة) ر: س=1:1)؛ مثل هذه العينة هي أيضا مراوان، ولكن راسيمي. هناك أيضًا حالة وسيطة - خليط غير متساوي الأضلاع من المتصاوغات الضوئية. ويسمى هذا الخليط سكاليميكأو غير راسيمية. وبالتالي، فإن القول بأن العينة العيانية (على عكس الجزيء الفردي) هي كيرالية يجب اعتباره غير واضح تمامًا وبالتالي غير كافٍ في بعض الحالات. قد تكون هناك حاجة إلى إشارة إضافية ما إذا كانت العينة راسيمي أو غير راسيمي. يؤدي الافتقار إلى الدقة في فهم ذلك إلى نوع معين من المفاهيم الخاطئة، على سبيل المثال، في عناوين المقالات، عندما يتم الإعلان عن تخليق بعض المركبات اللولبية، ولكن يظل من غير الواضح ما إذا كان المؤلف يريد ببساطة لفت الانتباه إلى حقيقة عدم انطباق البنية التي تمت مناقشتها في المقالة، أو ما إذا كان المنتج قد تم الحصول عليه بالفعل في شكل متماثل متناظر واحد (أي مجموعة من جزيئات متجانسة، ومع ذلك، لا ينبغي أن تسمى هذه المجموعة عينة متجانسة). وبالتالي، في حالة العينة اللولبية غير الراسيمية، فمن الأصح أن نقول "مخصب هندسيا"أو " نقية هندسيا".

طرق تصوير الايزومرات الضوئية

يتم اختيار طريقة الصورة من قبل المؤلف فقط لأسباب تتعلق بملاءمة نقل المعلومات. في الشكل 1، يتم إعطاء صور للمضادات الضوئية باستخدام صور المنظور. في هذه الحالة، من المعتاد رسم اتصالات ملقاة في مستوى الصورة بخط متصل؛ الاتصالات التي تتجاوز المستوى منقطة؛ ويتم تمييز الاتصالات الموجهة نحو المراقب بخط سميك. تعد طريقة التصوير هذه مفيدة جدًا للهياكل ذات المركز اللولبي الواحد. يمكن تصوير هذه الجزيئات نفسها على أنها إسقاط فيشر. تم اقتراح هذه الطريقة بواسطة E. Fisher للهياكل الأكثر تعقيدًا (على وجه الخصوص، الكربوهيدرات) التي تحتوي على مركزين أو أكثر من المراكز اللولبية.

طائرة مرآة

أرز. 1

لبناء صيغ إسقاط فيشر، يتم تدوير رباعي الأسطح بحيث يتم توجيه رابطين يقعان في المستوى الأفقي نحو المراقب، ويتم توجيه رابطين يقعان في المستوى الرأسي بعيدًا عن المراقب. فقط الذرة غير المتماثلة تقع على مستوى الصورة. في هذه الحالة، عادةً ما يتم حذف الذرة غير المتماثلة نفسها، مع الاحتفاظ فقط بالخطوط المتقاطعة والرموز البديلة. لتذكر الترتيب المكاني للبدائل، غالبًا ما يتم الاحتفاظ بخط عمودي مكسور في صيغ الإسقاط (تتم إزالة البدائل العلوية والسفلية خارج مستوى الرسم)، ولكن هذا لا يحدث غالبًا. فيما يلي أمثلة لطرق مختلفة لتصوير نفس البنية بتكوين محدد (الشكل 2)

إسقاط فيشر

أرز. 2

دعونا نعطي عدة أمثلة على صيغ إسقاط فيشر (الشكل 3)

(+)-(ل)-ألانين(-)-2-بيوتانول (+)-( د)- جلسرالديهيد

أرز. 3

نظرًا لأنه يمكن رؤية رباعي الأسطح من جوانب مختلفة، فيمكن تصوير كل أيزومر مجسم باثنتي عشرة (!) صيغ إسقاط مختلفة. لتوحيد صيغ الإسقاط، تم إدخال قواعد معينة لكتابتها. وبالتالي، فإن الوظيفة الرئيسية (التسمية)، إذا كانت في نهاية السلسلة، عادة ما يتم وضعها في الأعلى، ويتم تصوير السلسلة الرئيسية عموديًا.

من أجل مقارنة صيغ الإسقاط المكتوبة "غير القياسية"، تحتاج إلى معرفة القواعد التالية لتحويل صيغ الإسقاط.

1. لا يمكن إزالة الصيغة من مستوى الرسم ولا يمكن تدويرها بمقدار 90 درجة، على الرغم من أنه يمكن تدويرها في مستوى الرسم بمقدار 180 درجة دون تغيير معناها الكيميائي المجسم (الشكل 4)

أرز. 4

2. لا تؤدي إعادة ترتيب البدائل (أو أي عدد زوجي) على ذرة واحدة غير متماثلة إلى تغيير المعنى الكيميائي الفراغي للصيغة (الشكل 5)

أرز. 5

3. تؤدي إعادة ترتيب واحدة (أو أي رقم فردي) للبدائل في المركز غير المتماثل إلى صيغة القطب المضاد البصري (الشكل 6)

أرز. 6

4. يؤدي الدوران في مستوى الرسم بمقدار 90 0 إلى تحويل الصيغة إلى صيغة مضادة، ما لم يتغير في نفس الوقت شرط موقع البدائل بالنسبة لمستوى الرسم، أي. افترض أن البدائل الجانبية الآن خلف مستوى الرسم، والبدائل العلوية والسفلية أمامه. إذا كنت تستخدم صيغة ذات خط منقط، فإن الاتجاه المتغير للخط المنقط سيذكرك مباشرة بهذا (الشكل 7)

أرز. 7

5. بدلا من التباديل، يمكن تحويل صيغ الإسقاط عن طريق تدوير أي ثلاثة بدائل في اتجاه عقارب الساعة أو عكس اتجاه عقارب الساعة (الشكل 8)؛ البديل الرابع لا يغير موضعه (هذه العملية تعادل إعادة ترتيب مرتين):

أرز. 8

لا يمكن تطبيق إسقاطات فيشر على الجزيئات التي لا ترتبط عدم تناظرها بالمركز التناظري، بل بعناصر أخرى (المحور، المستوى). في هذه الحالات، هناك حاجة إلى صور ثلاثية الأبعاد.

د , ل - تسميات فيشر

ناقشنا مشكلة واحدة - كيفية تصوير هيكل ثلاثي الأبعاد على المستوى. يتم تحديد اختيار الطريقة فقط من خلال سهولة تقديم وإدراك معلومات الاستريو. تتعلق المشكلة التالية بتكوين اسم لكل أيزومر مجسم فردي. يجب أن يعكس الاسم معلومات حول تكوين المركز المجسم. تاريخياً، كانت أول تسمية للأيزومرات الضوئية هي د, ل- التسميات التي اقترحها فيشر. حتى ستينيات القرن العشرين، كان من الشائع تحديد تكوين المراكز اللولبية استنادًا إلى إسقاطات مستوية (فيشر) بدلاً من الاعتماد على صيغ ثلاثية الأبعاد ثلاثية الأبعاد، باستخدام الواصفات دول. حالياً د, ل– يتم استخدام النظام بشكل محدود - بشكل أساسي للمركبات الطبيعية مثل الأحماض الأمينية وأحماض الهيدروكسي والكربوهيدرات. تظهر الأمثلة التي توضح تطبيقه في الشكل 10.

أرز. 10

بالنسبة للأحماض الأمينية α، تتم الإشارة إلى التكوين بالرمز ل، إذا كانت مجموعة الأمينو (أو الأمونيوم) موجودة في صيغة إسقاط فيشر على اليسار؛ رمز د تستخدم لل enantiomer المعاكس. بالنسبة للسكريات، يعتمد تعيين التكوين على اتجاه مجموعة OH ذات العدد الأعلى (الأبعد عن نهاية الكربونيل). إذا تم توجيه مجموعة OH إلى اليمين، فهذا تكوين د; إذا كان على اليسار – التكوين ل.

في وقت ما، مكّن نظام فيشر من إنشاء تصنيف كيميائي مجسم منطقي ومتسق لعدد كبير من المركبات الطبيعية التي تنشأ من الأحماض الأمينية والسكريات. ومع ذلك، فإن القيود المفروضة على نظام فيشر، وكذلك حقيقة أنه في عام 1951 ظهرت طريقة حيود الأشعة السينية لتحديد الترتيب الحقيقي للمجموعات حول المركز اللولبي، أدت إلى إنشاء نظام جديد أكثر صرامة واتساقًا في عام 1966. نظام لوصف المتصاوغات الفراغية، المعروف باسم ر, س - تسميات خان-إنجولد-بريلوج (KIP). في نظام الأجهزة، تتم إضافة أوصاف خاصة إلى الاسم الكيميائي المعتاد ر أو س(بالخط المائل في النص)، بدقة وبشكل لا لبس فيه تحديد التكوين المطلق.

التسمياتقانا-إنغولدا-بريلوجا

لتحديد المقبض ر أو سلمركز حلزوني معين، ما يسمى القاعدة اللامركزية.دعونا نفكر في أربعة بدائل متصلة بالمركز اللولبي. وينبغي ترتيبها في تسلسل موحد للأسبقية الكيميائية الفراغية؛ من أجل التيسير، دعونا نشير إلى هذه البدائل بالرموز A وB وD وE ونتفق على افتراض أنه في التسلسل العام للأسبقية (بمعنى آخر، حسب الأولوية) A أكبر من B، وB أقدم من D، وD هو أقدم من E(A>B>D>E) . تتطلب قاعدة عدم التناظر CIP أن يتم النظر في النموذج من الجانب المقابل للجانب الذي يشغله البديل E ذو الأولوية الأدنى أو البديل الأصغر كيميائيًا مجسمًا (الشكل 11). ثم تشكل البدائل الثلاثة المتبقية ما يشبه الحامل ثلاثي القوائم، حيث يتم توجيه أرجله نحو المشاهد.

أرز. أحد عشر

إذا كانت أقدمية البدائل في الصف A>B>D تقع في اتجاه عقارب الساعة (كما في الشكل 11)، فسيتم تعيين واصف التكوين للمركز ر ( من كلمة لاتينية المستقيمة - يمين). في ترتيب آخر، عندما تنخفض الأولوية الكيميائية المجسمة للبدائل عكس اتجاه عقارب الساعة، يتم تعيين واصف التكوين للمركز س (من اللاتينية شرير - غادر).

عند تصوير الاتصالات باستخدام إسقاطات فيشر، يمكن تحديد التكوين بسهولة دون بناء نماذج مكانية. يجب كتابة الصيغة بحيث يكون البديل الأصغر في الأسفل أو في الأعلى، لأنه وفقا لقواعد تمثيل توقعات فيشر، يتم توجيه الاتصالات الرأسية بعيدا عن المراقب (الشكل 12). إذا تم ترتيب البدائل المتبقية في اتجاه عقارب الساعة بترتيب تنازلي للأسبقية، يتم تصنيف المركب إلى ( ر)-الصف، وإذا كان عكس اتجاه عقارب الساعة، ثم إلى ( س)-الصف، على سبيل المثال:

أرز. 12

إذا لم تكن المجموعة الأصغر على اتصالات رأسية، فيجب تبديلها بالمجموعة السفلية، لكن تذكر أن هذا يعكس التكوين. يمكنك إجراء أي تبديلين دون تغيير التكوين.

وبالتالي فإن العامل الحاسم هو الأسبقية الكيميائية المجسمة . دعونا نناقش الآن قواعد الأسبقية، أي. القواعد التي يتم من خلالها ترتيب المجموعات A وB وD وE حسب الأولوية.

وتعطى الأفضلية من حيث الأقدمية للذرات ذات الأقدمية الأكبر العدد الذري.إذا كانت الأرقام هي نفسها (في حالة النظائر)، فإن الذرة ذات الكتلة الذرية الأعلى تصبح أقدم (على سبيل المثال، D>H). أصغر "بديل" هو زوج إلكترون وحيد (على سبيل المثال، في النيتروجين). وهكذا تزداد الأسبقية في السلسلة: الزوج الوحيد

خذ بعين الاعتبار مثالًا بسيطًا: في برومو كلورو فلورو ميثان CHBrCIF (الشكل 13) يوجد مركز مجسم واحد، ويمكن التمييز بين المتصاوغين على النحو التالي. أولاً، يتم ترتيب البدائل وفقًا لأقدميتها الكيميائية المجسمة: كلما زاد العدد الذري، كلما كان البديل أقدم. لذلك، في هذا المثال، Br > C1 > F > H، حيث تعني ">" "أكثر تفضيلاً" (أو "أقدم"). والخطوة التالية هي النظر إلى الجزيء من الجانب المقابل لأصغر بديل، وهو الهيدروجين في هذه الحالة. يمكن ملاحظة أن البدائل الثلاثة المتبقية تقع في زوايا المثلث وموجهة نحو المراقب. إذا انخفضت أقدمية هذا الثلاثي من البدائل في اتجاه عقارب الساعة، فسيتم تعيين هذا المصاوغ على أنه ر. في ترتيب آخر، عندما تتناقص أقدمية البدائل عكس اتجاه عقارب الساعة، يتم تعيين الـ enantiomer كـ س. التسميات ر و س الكتابة بالخط المائل و توضع بين قوسين قبل اسم الهيكل. وبالتالي فإن المتصاوغين اللذين تم النظر فيهما لهما الأسماء ( س) - برومو كلورو فلورو ميثان و ( ر)-بروموكلوروفلوروميثان.

أرز. 13

2. إذا ارتبطت ذرتان أو ثلاث أو أربع ذرات متطابقة بشكل مباشر بذرة غير متماثلة، يتم تحديد الأقدمية بواسطة ذرات الحزام الثاني، والتي لم تعد مرتبطة بالمركز اللولبي، ولكن مع تلك الذرات التي لها نفس الأقدمية.

أرز. 14

على سبيل المثال، في جزيء 2-برومو-3-ميثيل-1-بوتانول (الشكل 14)، يتم تحديد البدائل الأعلى والأصغر بسهولة بواسطة الحزام الأول - وهما البروم والهيدروجين، على التوالي. ولكن من غير الممكن تحديد الأقدمية على أساس الذرة الأولى من مجموعتي CH 2 OH وCH (CH 3) 2، لأنها في كلتا الحالتين ذرة كربون. لتحديد المجموعة الأقدم، يتم تطبيق قاعدة التسلسل مرة أخرى، ولكن الآن يتم أخذ ذرات الحزام التالي في الاعتبار. قارن بين مجموعتين من الذرات (ثلاثية توائم)، مكتوبة حسب الأسبقية التنازلية. يتم الآن تحديد الأقدمية من خلال النقطة الأولى التي يوجد فيها الفرق. مجموعة مع H 2 OH - الأكسجين والهيدروجين والهيدروجين مع(عنن) أو بالأرقام 6( 8 أحد عشر). مجموعة مع H(CH 3) 2 - الكربون، الكربون، الهيدروجين مع(مع CH) أو 6( 6 61). تم التأكيد على نقطة الاختلاف الأولى: الأكسجين أقدم من الكربون (من حيث العدد الذري)، وبالتالي فإن مجموعة CH 2 OH أقدم من CH (CH 3) 2. يمكن الآن الإشارة إلى تكوين enantiomer الموضح في الشكل 14 على أنه ( ر).

إذا لم يؤد هذا الإجراء إلى بناء تسلسل هرمي لا لبس فيه، فإنه يستمر على مسافات متزايدة بشكل متزايد من الذرة المركزية حتى يتم، في النهاية، مواجهة الاختلافات، ويحصل جميع البدائل الأربعة على أقدميتهم. وفي هذه الحالة تعتبر أي أفضلية يحصل عليها هذا النائب أو ذاك في إحدى مراحل تنسيق الأقدمية نهائية ولا تخضع لإعادة التقييم في المراحل اللاحقة.

3. إذا كانت هناك نقاط فرعية في الجزيء، فيجب الاستمرار في إجراء تحديد أقدمية الذرات على طول السلسلة الجزيئية ذات الأقدمية الأعلى. لنفترض أننا بحاجة إلى تحديد تسلسل أسبقية البديلين الموضحين في الشكل 15. ومن الواضح أن الحل لن يتحقق لا في الطبقة الأولى (C)، ولا في الثانية (C، C، H) ولا في الطبقة الثالثة (C، H، F، C، H، Br). في هذه الحالة، سيتعين عليك الانتقال إلى الطبقة الرابعة، ولكن يجب أن يتم ذلك على طول المسار، حيث يتم تثبيت ميزتها في الطبقة الثالثة (Br > F). ولذلك فإن القرار بشأن أولوية النائب فيفوق النائب أيتم ذلك على أساس أنه في الطبقة الرابعة Br >CI لذلك الفرع، والذي تمليه الأقدمية في الطبقة الثالثة، وليس على أساس أن ذرة I لها العدد الذري الأعلى في الطبقة الرابعة ( وهو على الأقل تفضيلاً وبالتالي ليس فرعاً قيد الدراسة).

أرز. 15

4. يتم تمثيل الاتصالات المتعددة كمجموع الاتصالات البسيطة المقابلة. وفقًا لهذه القاعدة، يتم تخصيص ذرة (أو ذرات) "وهمية" إضافية من نفس النوع لكل ذرة متصلة بواسطة رابطة متعددة تقع في الطرف الآخر من الرابطة المتعددة. يتم وضع الذرات التكميلية (الإضافية أو الوهمية) بين قوسين وتعتبر لا تحمل أي بدائل في الطبقة التالية.على سبيل المثال، النظر في تمثيل المجموعات التالية (الشكل 16).

عرض مجموعة

أرز. 16

5. يلزم أيضًا زيادة مصطنعة في عدد البدائل عندما يكون البديل (المركب) ثنائي السن (أو ثلاثي أو رباعي الأسنان)، وأيضًا عندما يحتوي البديل على جزء دوري أو ثنائي الحلقة. وفي مثل هذه الحالات يتم قطع كل فرع من فروع البنية الدورية بعد نقطة التفرع [حيث تتشعب إلى نفسها]، وتوضع ذرة نقطة التفرع (بين قوسين) في نهاية السلسلة الناتجة عن القطع. في الشكل 17، باستخدام مثال مشتق رباعي هيدروفيوران (THF)، يتم النظر في حالة البديل ثنائي السن (الدوري). يتم قطع ذراعي الحلقة المكونة من خمسة أعضاء (بشكل فردي) عند روابط باستخدام ذرة حلزونية، والتي يتم إضافتها بعد ذلك إلى نهاية كل من السلسلتين المشكلتين حديثًا. ويمكن ملاحظة ذلك نتيجة للتشريح أيتم الحصول على بديل افتراضي -CH 2 OCH 2 CH 2 -(C) والذي تبين أنه أقدم من البديل اللاحلقي الحقيقي -CH 2 OCH 2 CH 3 بسبب ميزة الوهمية (C) في نهاية البديل الأول. على العكس من ذلك، تشكلت نتيجة للتشريح فيتبين أن المركب الافتراضي –CH 2 CH 2 OCH 2 – (C) أقل أقدمية من البديل الحقيقي –CH 2 CH 2 OCH 2 CH 3، نظرًا لأن الأخير يحتوي على ثلاث ذرات هيدروجين مرتبطة بالكربون الطرفي، في حين أن المركب السابق ليس لديه أي شيء في هذه الطبقة. ونتيجة لذلك، مع الأخذ في الاعتبار الترتيب المحدد لأسبقية البدائل، يتبين أن رمز التكوين الخاص بـ enantiomer معين هو س.

تحديد الأقدمية

النائب أ

في>أ

النائب أ

الشكل 17

أرز. 18

يتم توضيح حالة مماثلة لقطع بديل دوري من خلال مثال المركب في الشكل. 18 حيث الهيكل فييوضح تفسير حلقة سيكلوهيكسيل (في البنية أ). في هذه الحالة، يكون تسلسل الأسبقية الصحيح هو di- ن-هيسيل ميثيل > سيكلو هكسيل > ثنائي- ن-بنتيل ميثيل> ن.

نحن الآن مستعدون بما فيه الكفاية للنظر في بديل مثل الفينيل (الشكل 19). أ). ناقشنا مخطط فتح كل اتصال متعدد أعلاه. نظرًا لأنه (في أي هيكل Kekule) تكون كل من ذرات الكربون الست مرتبطة بشكل مزدوج بذرة كربون أخرى، فإن كل ذرة كربون في الحلقة (في نظام KIP) تحمل كربونًا إضافيًا باعتباره "بديلاً". يتم استكمال الحلقة بهذه الطريقة (الشكل 19، الهيكل في) يتم بعد ذلك توسيعها وفقًا لقواعد الأنظمة الدورية. ونتيجة لذلك، يتم وصف التشريح من خلال الرسم التخطيطي الموضح في الشكل 19، وهو الهيكل مع.

أرز. 19

6. سننظر الآن في المركبات اللولبية التي لا تكون فيها الاختلافات بين البدائل ذات طبيعة مادية أو تكوينية، ولكنها يتم اختزالها إلى اختلافات في التكوين. سيتم مناقشة المركبات التي تحتوي على أكثر من مركز كيرالي أدناه (انظر القسم 1.4)، وهنا سوف نتطرق إلى البدائل التي تختلف رابطة الدول المستقلة – العابرة– الايزومرية (نوع الأوليفين). وفقًا لـ Prelog وHelmchen، فإن رابطة الأوليفين التي يوجد فيها البديل الرئيسي على نفس الجانبمن الرابطة المزدوجة للأوليفين، وهو المركز اللولبي، له ميزة على الربيطة التي يوجد فيها البديل الأقدم نشوة– الموقف نحو المركز اللولبي. هذا الموقف لا علاقة له بالكلاسيكية رابطة الدول المستقلة عبرولا ل ه–Z – التسمية لتكوين الرابطة المزدوجة. وتظهر الأمثلة في الشكل 20.

أرز. 20

مركبات ذات مراكز كيرالية متعددة

إذا كان الجزيء يحتوي على مركزين حلزونيين، فمن الممكن أن يكون لكل مركز (ر)- أو ( س)-التكوين من الممكن وجود أربعة أيزومرات - ر.ر., سس, ر.س. و ريال سعودى.:

أرز. 21

وبما أن الجزيء له صورة مرآة واحدة فقط، فإن المركب المقابل للمركب هو (ر.ر.) يمكن أن يكون أيزومر فقط (سس). وبالمثل، يشكل زوج آخر من المتصاوغات متصاوغات (ر.س.) و (ريال سعودى.). إذا تغير تكوين مركز واحد غير متماثل فقط، فسيتم استدعاء هذه الأيزومرات diastereomers.الدياستيريومرات هي أيزومرات مجسمة وليست متصاوغات ضوئية. لذلك، أزواج diastereomeric (ر.ر.)/(ر.س.), (ر.ر.)/(ريال سعودى.), (سس)/(ر.س.) و (سس)/(ريال سعودى.). على الرغم من أن الجمع بين مركزين مراوانين ينتج بشكل عام أربعة أيزومرات، فإن اتحاد المراكز ذات التركيب الكيميائي نفسه ينتج ثلاثة أيزومرات فقط: (ر.ر.) و (سس), كونها متصاوغات ضوئية، و (ر.س.), diastereomeric لكلا المتصاوغات (ر.ر.) و (سس). والمثال النموذجي هو حمض الطرطريك (الشكل 22)، الذي يحتوي على ثلاثة أيزومرات فقط: زوج من المتصاوغات الضوئية و شكل ميزو.

أرز. 22

النبيذ المتوسطالحمض هو (ر, س) أيزومر، وهو غير نشط بصريًا، نظرًا لأن الجمع بين شظيتين متماثلتين في المرآة يؤدي إلى ظهور مستوى التماثل (أ). النبيذ المتوسطالحمض هو مثال على مركب لاكيرالي ذو تكوين متوسط، والذي تم بناؤه من عدد متساو من العناصر اللولبية المتطابقة في البنية ولكنها مختلفة في التكوين المطلق.

إذا كان الجزيء لديه صالمراكز اللولبية، يمكن حساب الحد الأقصى لعدد الأيزومرات الفراغية باستخدام الصيغة 2 ن; ومع ذلك، في بعض الأحيان يكون عدد الأيزومرات أقل بسبب وجود الأشكال المتوسطة.

بالنسبة لأسماء الأيزومرات الفراغية للجزيئات التي تحتوي على ذرتي كربون غير متماثلتين، بديلان على كل منهما متماثلان والثالث مختلف، غالبًا ما تستخدم البادئات erythro-و الثلاثي- من أسماء سكريات الإريثروز والثريوز. تميز هذه البادئات النظام ككل، وليس كل مركز مراوان على حدة. عند تصوير مثل هذه الروابط باستخدام إسقاطات فيشر في أزواج erythro-أيزومرات، تقع نفس المجموعات على جانب واحد، وإذا كانت المجموعات المختلفة (C1 وBr في المثال أدناه) هي نفسها، فسيتم الحصول على النموذج المتوسط. يقترن ثلاثي-أيزومرات، تقع نفس المجموعات على جوانب مختلفة، وإذا كانت المجموعات المختلفة هي نفسها، فسيظل الزوج الجديد زوجًا متصاوغًا.

أرز. 23

جميع أمثلة المركبات التي تمت مناقشتها أعلاه لها مركز لامركزي. مثل هذا المركز هو ذرة كربون غير متماثلة. ومع ذلك، يمكن للذرات الأخرى (السيليكون، الفوسفور، الكبريت) أن تكون أيضًا مركزًا لللامركزية، كما هو الحال، على سبيل المثال، في ميثيل نافثيل فينيل سيلان، أو-أنيسيل ميثيل فينيل فوسفين، وميثيل بي-توليل سلفوكسيد (الشكل 24).

أرز. 24

شرالية الجزيئات التي تفتقر إلى مراكز كيرالية

الشرط الضروري والكافي لعدم انطباق الجزيء هو عدم توافقه مع صورته المرآة. يعد وجود مركز كيرالي واحد (مستقر من الناحية التكوينية) في الجزيء شرطًا كافيًا، ولكنه ليس ضروريًا على الإطلاق، لوجود اللامركزية. دعونا نفكر في الجزيئات اللولبية التي تفتقر إلى المراكز اللولبية. وتظهر بعض الأمثلة في الشكلين 25 و26.

أرز. 25

أرز. 26

هذه هي المركبات ذات المحاور اللامركزية ( النوع المحوري من chirality): ألين؛ ألكيليدين حلقي الألكانات؛ اسبيرانس. ما يسمى بـ atropoisomers (ثنائي الفينيل والمركبات المماثلة، التي تنشأ عدم تناظرها بسبب إعاقة الدوران حول رابطة واحدة). عنصر آخر من العناصر اللامركزية هو المستوى اللامركزي ( لا متناظرة مستوية). ومن أمثلة هذه المركبات مركبات أنسا (التي تكون فيها الحلقة الحلقية صغيرة جدًا بحيث لا يمكن للحلقة العطرية أن تدور من خلالها)؛ الباراسيكلوفان. الميتالوسينات. أخيرًا، يمكن أن ترتبط عدم تناظر الجزيء بالتنظيم الحلزوني للبنية الجزيئية. يمكن للجزيء أن يلتف في حلزون أعسر أو أيمن. في هذه الحالة، نتحدث عن الهليكوبتر (النوع الحلزوني من اللامركزية).

من أجل تحديد تكوين جزيء وجود المحور اللامركزي,من الضروري إدخال نقطة إضافية في قاعدة التسلسل: المجموعات الأقرب إلى المراقب تعتبر أقدم من المجموعات البعيدة عن المراقب. يجب إجراء هذه الإضافة، لأنه بالنسبة للجزيئات ذات اللامركزية المحورية، يكون وجود بدائل متطابقة على طرفي نقيض من المحور أمرًا مقبولاً. تطبيق هذه القاعدة على الجزيئات الموضحة في الشكل. 25، كما هو موضح في الشكل. 27.

أرز. 27

في جميع الحالات، يتم عرض الجزيئات على طول المحور اللولبي على اليسار. يجب أن يكون مفهوما أنه إذا تم اعتبار الجزيئات على اليمين، فسيظل واصف التكوين كما هو. وبالتالي، فإن الترتيب المكاني لمجموعات الدعم الأربع يتوافق مع رؤوس رباعي الأسطح الافتراضي ويمكن تمثيله باستخدام الإسقاطات المقابلة (الشكل 27). لتحديد الواصف المناسب نستخدم القواعد القياسية ر, س- التسميات. في حالة ثنائي الفينيل، من المهم ملاحظة أن البدائل الموجودة في الحلقة تعتبر من المركز (الذي يمر من خلاله المحور اللولبي) إلى المحيط، في انتهاك لقواعد التسلسل القياسية. لذلك، بالنسبة لثنائي الفينيل في الشكل. 25 تسلسلاً صحيحًا للبدائل في الحلقة اليمنى C-OSH 3 >CH-H؛ فذرة الكلور بعيدة جدًا بحيث لا يمكن أخذها بعين الاعتبار. يتبين أن الذرات الداعمة (تلك التي يتم من خلالها تحديد رمز التكوين) هي نفسها إذا تم عرض الجزيء من اليمين. في بعض الأحيان يتم استخدام الواصفات للتمييز بين اللامركزية المحورية والأنواع الأخرى آرو مثل (أو ر أو س أ)، ولكن استخدام البادئة " أ" ليس إلزامي.

وبدلاً من ذلك، يمكن اعتبار الجزيئات ذات المحاور اللامركزية حلزونية، ويمكن الإشارة إلى تكوينها بالرموز رو م. في هذه الحالة، لتحديد التكوين، يتم أخذ البدائل ذات الأولوية القصوى فقط في الاعتبار في الأجزاء الأمامية والخلفية (البعيدة عن المراقب) من الهيكل (البدائل 1 و3 في الشكل 27). إذا كان الانتقال من النائب الأمامي ذو الأولوية الأعلى 1 إلى النائب الخلفي ذي الأولوية 3 يتم في اتجاه عقارب الساعة، فهذا هو التكوين ر; إذا كان عكس اتجاه عقارب الساعة، وهذا هو التكوين م.

في التين. 26 يظهر الجزيئات مع طائرات من chirality. إن تعريف المستوى اللامركزي ليس سهلاً ولا لبس فيه مثل تعريف مركز ومحور اللامركزية. هذا هو المستوى الذي يحتوي على أكبر عدد ممكن من ذرات الجزيء، ولكن ليس كلها. في الواقع، تحدث اللامركزية لأنه (وفقط بسبب) أن بديلًا واحدًا على الأقل (عادةً أكثر) لا يقع في مستوى اللامركزية. وهكذا، فإن الطائرة اللولبية لمركب أنسا أهو مستوى حلقة البنزين. في الباراسيكلوفان فيتعتبر الحلقة (السفلية) الأكثر استبدالًا بمثابة المستوى اللولبي. لتحديد واصف للجزيئات اللولبية المستوية، يتم عرض المستوى من جانب الذرة الأقرب إلى المستوى ولكن ليس في المستوى (إذا كان هناك مرشحان أو أكثر، فسيتم تحديد الأقرب إلى الذرة ذي الأولوية العليا) وفقا لقواعد التسلسل). ويشار إلى هذه الذرة، التي تسمى أحيانا الذرة الاختبارية أو التجريبية، بسهم في الشكل 26. بعد ذلك، إذا كانت ثلاث ذرات متتالية (أ، ب، ج) ذات الأولوية العليا تشكل خطًا متقطعًا في المستوى اللولبي، وينحني في اتجاه عقارب الساعة، فإن تكوين المركب العلاقات العامة (أو ر ص)، وإذا كان الخط متعدد الخطوط ينحني عكس اتجاه عقارب الساعة، فإن واصف التكوين ملاحظة(أو س ص). يمكن اعتبار اللامركزية المستوية، مثل اللامركزية المحورية، نوعًا من اللامركزية. من أجل تحديد اتجاه (تكوين) الحلزون، يجب على المرء أن يأخذ بعين الاعتبار الذرة الدليلية مع الذرات a وb وc، كما هو محدد أعلاه. ومن هذا يتضح أن العلاقات العامة- اتصالات يتوافق ص-،أ ملاحظة- روابط - م- هليكوبتر.

الأيزومرات الفراغية، أنواعها

التعريف 1

المتصاوغات الفراغية هي مواد ترتبط ذراتها ببعضها البعض بنفس الطريقة، ولكن موقعها في الفضاء مختلف.

تنقسم الأيزومرات الفراغية إلى:

المتصاوغات الضوئية (الايزومرات الضوئية). لديهم نفس الخصائص الفيزيائية والكيميائية (الكثافة، ونقاط الغليان والانصهار، والذوبان، والخواص الطيفية) في البيئة اللاكيرالية، ولكن النشاط البصري مختلف.
Diasteromers عبارة عن مركبات يمكن أن تحتوي على مركزين أو أكثر من المراكز اللولبية.

يشير Chirality إلى قدرة الكائن على الاختلاف عن صورته في المرآة. وهذا يعني أن الجزيئات التي ليس لها تماثل دوران المرآة تكون مرآوية.

التعريف 2

الجزيء البروكيرالي هو جزيء يمكن تصنيعه كيراليًا ببساطة عن طريق تغيير أي من شظاياه.

في الجزيئات اللولبية والبروكيرالية، تكون بعض مجموعات النوى، التي تبدو للوهلة الأولى متكافئة كيميائيًا، غير متكافئة مغناطيسيًا، كما يؤكد ذلك أطياف الرنين المغناطيسي النووي. تسمى هذه الظاهرة تنظير انبساط النوى ويمكن ملاحظتها في أطياف الرنين المغناطيسي النووي في وجود شظايا بروكيرالية ولولبية في جزيء واحد.

على سبيل المثال، في جزيء بروكيرال تكون مجموعتا OPF2 متكافئتين، ولكن في كل مجموعة من ذرات $PF_2$ تكون ذرات الفلور غير متكافئة.

يتجلى هذا في ثابت تفاعل الدوران والدوران 2/$FF$.

إذا كان الجزيء نشطًا بصريًا، فإن عدم تكافؤ نوى X في مجموعات رباعية السطوح هو $MX_2Y$ (على سبيل المثال، -$CH_2R$، -$SiH_2R$، إلخ.) أو المجموعات الهرمية هي $MX_2$ (على سبيل المثال، -$ PF_2$، -$NH_2 $، وما إلى ذلك) لا يعتمد على ارتفاع الحاجز أمام الدوران الداخلي لهذه المجموعات. عند تدوير المجموعات المستوية –$MX_2$ ورباعي السطوح –$MX_3$، يكون الحاجز المحتمل منخفضًا جدًا، مما يؤدي إلى أن تصبح نوى $X$ متكافئة.

بناء أسماء الجزيئات اللولبية

تم اقتراح نظام حديث لبناء أسماء للجزيئات اللولبية من قبل إنجولد وكان وبريلوج. وفقًا لهذا النظام، بالنسبة لجميع المجموعات الممكنة $A$، $B$، $C$، $D$ مع ذرة كربون غير متماثلة، يتم تحديد ترتيب الأسبقية. كلما زاد العدد الذري كلما كان أقدم:

إذا كانت الذرات متماثلة، فقارن بين البيئة الثانية:

لنفترض أن المجموعات مرتبة تنازليًا حسب الأقدمية: $A → B → C → D$. دعونا ندير الجزيء بحيث يتم توجيه البديل الأصغر $D$ إلى ما وراء مستوى الشكل، بعيدًا عنا. ثم يمكن أن يحدث انخفاض الأقدمية في المجموعات المتبقية إما في اتجاه عقارب الساعة أو عكس اتجاه عقارب الساعة.

ملاحظة 1

إذا حدث الانخفاض في الأسبقية في اتجاه عقارب الساعة، يتم استخدام الرمز $R$ (يمين) للإشارة إلى الأيزومر؛ وإذا حدث عكس اتجاه عقارب الساعة، يتم استخدام الرمز $S$ (يسار). المصطلحان "يسار" و"يمين" لا يعكسان الاتجاه الفعلي لدوران الضوء المستقطب خطيًا.

اقترح إميل فيشر تسمية $DL$، والتي بموجبها يُشار إلى المُصَاغ الحركيّ الدوار بالحرف $D$، والمُصاوغ الأعسر بالحرف $L$. تستخدم هذه التسمية على نطاق واسع للإشارة إلى الأحماض الأمينية والكربوهيدرات.

الخصوصية المجسمة للنشاط الفسيولوجي للأيزومرات الضوئية

تظهر الأيزومرات الضوئية أنشطة فسيولوجية مختلفة. تتكون المواقع النشطة للإنزيمات والمستقبلات من بقايا الأحماض الأمينية، وهي عناصر نشطة بصريًا.

يتعرف المستقبل على الجزيء النشط من الناحية الفسيولوجية باستخدام مبدأ "المفتاح في القفل". عندما يلتصق جزيء الركيزة، يغير المركز النشط شكله الهندسي.

على سبيل المثال، يحتوي قلويد النيكوتين على مركز واحد من الأيزومرية الضوئية ويمكن أن يوجد على شكل اثنين من المتصاوغات الضوئية. $S$ - الأيزومر يقع على اليمين وهو سام للإنسان (الجرعة المميتة 20 ملغ)، $R$ - الأيزومر أقل سمية:

$L$ – حمض الجلوتاميك

يستخدم على نطاق واسع كمحسن نكهة اللحوم في تحضير الأطعمة المعلبة. $D$ - لا يحتوي حمض الجلوتاميك على مثل هذه الخصائص.

في اتصال

هناك ذرتان كربون غير متماثلتين، وبالتالي فإن وجود 4 أيزومرات ($2^n$) ممكن. لكن أيزومر واحد فقط ($R,R$) - الكلوروميسيتين - يُظهر خصائص المضادات الحيوية

يعد الحصول على أيزومرات بصرية نقية مشكلة كيميائية وتكنولوجية مهمة.

طرق الحصول على المتصاوغات الضوئية النقية.

الدورات الدراسية حول هذا الموضوع

"الشرالية والآليات المحتملة لحدوثها. دور chirality في عملية الشيخوخة "

إجراء:

طالب في السنة الرابعة

كلية الهندسة الحيوية

والمعلوماتية الحيوية

جامعة موسكو الحكومية سميت باسم م.ف. لومونوسوف

جانشاروفا أولغا سيرجيفنا

I. مقدمة. مفهوم اللامركزية. شرالية في الطبيعة

الغالبية العظمى من أي جزيئات معقدة تحتوي على أكثر من ثلاث ذرات ليس لها مستوى أو مركز تناظر. هذه الجزيئات غير متماثلة ولولبية. مصطلح "chirality" (من اليونانية القديمة خير - اليد، راجع الجراحة، قراءة الكف) يعني التناقض بين بنية معينة وصورتها المرآة. يمكن أن تظهر المواد اللولبية في شكلين - اليد اليمنى واليد اليسرى. لا يمكن دمج هذين التكوينين مع بعضهما البعض عن طريق أي دوران للنظام ككل في الفضاء، فهما يرتبطان ببعضهما مثل اليد اليمنى واليسرى

في عالم الجزيئات، يتم تحديد اللامركزية الأكثر شيوعًا من خلال ما يسمى بذرة الكربون غير المتماثلة (عادةً ما يتم تمييزها بعلامة النجمة، انظر ص 36). في المركبات العضوية المشبعة (الأليفاتية)، توجد روابط التكافؤ الكربونية الأربعة عند زوايا رباعية السطوح مع بعضها البعض. إذا ربطت اثنتان من التكافؤات الأربعة نفس المجموعات، كما هو الحال، على سبيل المثال، في جزيء CX2YZ، فإن مستوى CYZ هو مستوى تناظر ولا يوجد عدم انطباق. تكون ذرة الكربون غير متماثلة إذا كانت المجموعات الأربع التي ترتبط بها مختلفة - C*XYZV. مثل هذا الجزيء ليس له مستوى باي أو مركز تناظر. وبالتالي، فإن اللامركزية هي سمة من سمات 19 من الأحماض الأمينية الأساسية (جميعها باستثناء الجليسين H3N+ CH2C00-). في التين. يوضح الشكل 2.11 التكوينين الأيمن (D) واليسار (L) للألانين (أضداد مرآة أو متصاوغات ضوئية).

في التركيب الكيميائي، من الجزيئات الأولية المتناظرة، يتم الحصول على المادة دائمًا على شكل خليط راسيمي يحتوي على 50٪ من كل من الأضداد اليمنى واليسرى. يتبع هذا القانون الثاني للديناميكا الحرارية - زميل السباق يتوافق مع أقصى قدر من الإنتروبيا.

من الخصائص المذهلة للطبيعة الحية تثبيت جميع الجزيئات البيولوجية الأكثر أهمية في الكائنات الحية، بدءًا من الأحماض الأمينية، في تكوين واحد محدد. تكون بقايا الأحماض الأمينية في البروتينات دائمًا على شكل حرف L "أعسر" (الشكل 2.11).

تتفاعل الأشكال اليمنى واليسرى بالتساوي مع الجزيئات المتناظرة. وهي تختلف في تفاعلها مع الضوء المستقطب. المواد اللولبية، على عكس مخاليطها الراسمية، تقوم بتدوير مستوى استقطاب الضوء في اتجاهات مختلفة وتمتص الضوء المستقطب بشكل دائري بشكل مختلف إلى اليمين وإلى اليسار (انظر الفصل 6). تتم تسمية الأحماض الأمينية L البيولوجية بهذا الاسم لأنها تدور مستوى استقطاب الضوء إلى اليسار، والأحماض الأمينية D - إلى اليمين. من بين الأحماض الأمينية L هناك كلا من الأحماض اليمنى واليسرى. نقطة البداية للسلسلة L من المركبات العضوية هي الغليسيرالدهيد اليساري OCH-C*H(OH) - CH20H. يمكن من حيث المبدأ تحضير جميع مركبات L منه عن طريق استبدال الذرات والمجموعات المقابلة المرتبطة بـ C* دون تغيير التكوين العام للجزيء.

تعتبر Chirality من سمات البروتينات والكربوهيدرات والأحماض النووية وعدد من المركبات ذات الوزن الجزيئي المنخفض في الخلية. تظهر الكربوهيدرات في الحمض النووي الريبي (DNA) والحمض النووي الريبي (RNA) دائمًا على شكل D. القواعد النيتروجينية لها بنية مسطحة، وبالتالي، تفتقر إلى عدم التناظر. في عمليات التمثيل الغذائي التي تحدث دون السباق، أي دون تحولات الأضداد المرآة إلى بعضها البعض، تستوعب الخلية فقط تلك التي تتوافق مع بنية جزيئاتها البيولوجية. يمتص الجسم الأحماض الأمينية L وليس D. بمجرد الوصول إلى "العالم المضاد"، حيث تحتوي النباتات والحيوانات على جزيئات ذات تكوينات معاكسة، فإن الكائن الأرضي سيموت من الجوع. بالنسبة للكائن الحي، فإن الأضداد D و L مختلفة. من المعروف أن المواد تكون سامة في صورة واحدة، وغير ضارة في صورة مرآة؛ حمض L- الأسبارتيك لا طعم له، وعكسه حلو. كما أثبت باستور أن بعض البكتيريا تتغذى في الغالب على أحد الأضداد من مادة معينة.

يتم عزل الأضداد النقية في المختبر من المخاليط الراسمية (التوليف غير المتماثل) باستخدام مواد مراوانية ذات أصل بيولوجي (عادة قلويدات). وبالتأثير على الخليط الراسيمي (D، L) مع المركب L'، نحصل على (D، L) + L' = DL' + LL' لم تعد المركبات DL" و LL' بمثابة أضداد مرآة (ستكون DL" و LD"). ولذلك، فإن الخواص الفيزيائية والكيميائية لـ DL' و LL' مختلفة، ويمكن فصل هذه المركبات، على سبيل المثال، عن طريق التبلور.

لفصل الأضداد، من الضروري وجود تأثير غير متماثل لمادة أو كائن يعرف الفرق بين اليمين واليسار. تم اكتشاف الأضداد المرآة بواسطة باستير في عام 1848. وقد درس حمض الطرطريك ووجد أنه يحتوي على أشكال بلورية لليد اليمنى واليسرى. ومن خلال فرزها، حصل باستور على أضداد نقية من حمض الطرطريك. لقد لعب دور العامل غير المتماثل - فالشخص نفسه "كيرالي" ويعرف الفرق بين اليمين واليسار. توجد اللامركزية في الطبيعة الحية على المستويين الجزيئي والتنظيمي الأعلى. يتم تحديده في النهاية من خلال التنظيم "الكيرالي" للعمليات الأنزيمية. في التين. يوضح الشكل 2.12 شكلين من قشرة جذمور نيوجلوبوكواديرينا باكيدرما. تتشكل الأصداف الملتوية في اتجاه عقارب الساعة عند درجات حرارة أقل من 7 درجات مئوية، بينما تتشكل الأصداف الملتوية عكس اتجاه عقارب الساعة عند درجات حرارة أعلى.

في الطبيعة، يمكن أن تكون اللامركزية جزيئية أو بلورية. في الحالة الأولى، يتم الحفاظ عليها - عندما تذوب المادة أو تذوب (على سبيل المثال، السكر)، في الثانية - تتميز فقط بالحالة البلورية. يتكون الكوارتز من جزيئات Si02 المتناظرة، ولكنه يتبلور في أشكال اليد اليمنى أو اليسرى، والتي لها نشاط بصري معاكس. عندما يذوب الكوارتز، يختفي النشاط البصري. في أي إيداع، يكون عدد البلورات اليمنى واليسرى هو نفسه في المتوسط. وبناء على ذلك، فمن الممكن عزل نقيض النقي عن طريق التبلور عن طريق وضع بذرة غير راسيمي اليد اليمنى أو اليسرى في الخليط الراسيمي.

لذلك، في الطبيعة الحية هناك تثبيت في الهياكل البيولوجية لأي شكل من أشكال المواد اللولبية (على سبيل المثال، في DNA و RNA يوجد دائمًا شكل D من الكربوهيدرات). من وجهة نظر الفيزياء الحيوية، يتم تفسير ذلك من خلال تثبيت المعلومات، أي أن الضد المختار يعادل معلومات 1 بت.

Chirality هي قدرة الكائن على الوجود في شكلين متماثلين في المرآة، على سبيل المثال، كف اليد اليسرى واليمنى. يظهر البحث العلمي أن الانقسام بين "اليسار" و"اليمين" هو، بطريقة أو بأخرى، شرط أساسي لوجود الحياة! بعد كل شيء، فإن Chirality متأصلة ليس فقط في الأشياء المادية، ولكن أيضا في الجزيئات. تم اكتشاف هذه الظاهرة في منتصف القرن التاسع عشر على يد لويس باستور، الذي درس عدم التماثل الكيميائي لسيتوبلازم الخلايا الحية.

وكما هو معروف فإن الجزيئات العضوية تحتوي على عدد كبير من الذرات المختلفة ولها بنية مكانية. في بعض الأحيان يمكن ترتيب نفس الذرات بطرق مختلفة في جسم الجزيء. وهذا ما يسمى الايزومرية. وتسمى أشكال الأيزومرات المتماثلة المرآة، المتطابقة، ولكن تبدو ملتوية في اتجاهات مختلفة، بالمضادات الضوئية. وتعتمد خصائص المادة بشكل كامل على الاتجاه الذي يدور فيه الجزيء، فهي تتفاعل بشكل مختلف وتتفاعل مع المواد الأخرى، وخاصة البيولوجية منها، وكأدوية لها تأثيرات مختلفة.

على سبيل المثال، تقوم المتبلورات الضوئية بتدوير مستوى استقطاب الضوء في اتجاهات مختلفة أثناء مروره عبر المحلول. بالمناسبة، وفقًا لاتجاه دوران مستوى الاستقطاب، يتم تقسيمها إلى أشكال L (أو أشكال S، دوران اليد اليسرى) وأشكال D (أو أشكال R، دوران اليد اليمنى). من الأمثلة الأخرى على الظواهر التي تتجلى فيها ظاهرة اللامركزية بشكل مباشر هي التحليل اللوني والرحلان الكهربائي. تلعب Chirality دورًا أكبر في حياة الكائنات الحية وتطورها وتشكيل تناسق أجسامها وعمليات انقسام الخلايا وتطور الجنين. وبالتالي، فإن أوراق الفول L تتفوق على أوراق D في كثافة عملية التمثيل الضوئي والتنفس، وكذلك في محتوى الأصباغ (الكلوروفيل أ و ب، اللوتين، الفيلوكسانثين والكاروتين)، كما أنها تتمتع بقدر أكبر من المقاومة للجفاف والحرارة. تشكل الكائنات الحية الدقيقة مستعمرات ذات بنية حلزونية معينة (L أو D). الغالبية العظمى من أصداف الرخويات ملتوية أيضًا إلى اليسار (L).

جميع الأنظمة غير الحية لها تماثل عادي، في حين أن الأنظمة الحية لها تماثل مرآتي. جميع المركبات العضوية قادرة على تكوين متصاوغات ضوئية، لكن واحد فقط من هذه المتصاوغات ("يسار" أو "يمين") قادر على دعم الحياة. ولذلك، فإن جميع المستقبلات والإنزيمات والهرمونات والأجسام المضادة وعناصر الجسم الأخرى موجودة في الكائنات الحية فقط في أحد أشكالها المتناظرة المرآة. وبالتالي، فإن جميع السكريات (الكربوهيدرات)، والنيوكليوتيدات، والحمض النووي الريبي (DNA) والحمض النووي الريبي (RNA) لها شكل D، وجميع جزيئات الإنزيمات والأحماض الأمينية والبروتينات لها شكل L.

دون مبالغة، يدعي علماء الأحياء أن اللامركزية هي خاصية ضرورية للمادة التي تمنحها الحياة. لكن إن وجود جميع المواد البيولوجية في الطبيعة في أحد أشكالها اللولبية فقط يضع حدًا لنظرية التطور.بعد كل شيء، فإن احتمال تكوين بروتين صغير نسبيًا من 100 حمض أميني بتكوين L فقط هو "اثنان أس مائة" أو "عشرة أس سالب ثلاثين"! في الوقت نفسه، يظل أصل عدم الانطباق لغزًا كاملاً، وليس لدى العلم إجابة على السؤال حول سبب بقاء أيزومرات L أو D فقط في الطبيعة، واختفاء متصاوغاتها تمامًا.

تعتبر Chirality أمرًا بالغ الأهمية في اكتشاف الأدوية. إذا قمت بتوليف أي مادة عضوية معقدة في ظروف المختبر، فستحصل على ما يسمى خليط راسميوالتي سوف تحتوي على ايزومرات L و D بكميات متساوية. نظرًا لاختلاف خصائصها البيوكيميائية، يضطر الصيادلة إلى فصل المتصاوغات الضوئية عن بعضها البعض. وبالتالي، فإن الشكل S من الإيبوبروفين هو الوحيد الذي له تأثير مضاد للالتهابات، أما الشكل R فهو غير نشط. مثال آخر: L-thyroxine فقط هو هرمون الغدة الدرقية البشري، وشكله D هو مادة سامة خطيرة.

أظهرت الدراسات الحديثة للخلايا السرطانية أن لديها محتوى متزايد من إنزيم الأيزوميراز (AMACR)، المسؤول عن الانقلاب اللولبي - تحويل المتصاوغات الضوئية "الميتة" إلى أخرى "حية". لذلك، يقول علماء الأحياء أن أحد أسباب السرطان هو استهلاك المتصاوغات غير الصحيحة: السكريات الاصطناعية والدهون والمضافات المنكهة، وهي في الأساس مخاليط راسيمي. مثال آخر: فقط اتجاه الدوران هو ما يميز مادة النيكوتين المصنعة صناعياً في المختبر عن مادة النيكوتين المعروفة والتي هي جزء من أي تبغ، أما إذا كان المركب الأول محايداً بالنسبة لجسم الإنسان فإن المدخنون هم المدخنون. بثقة في الصدارة في سرطان الرئة.

ومن المثير للاهتمام أن ظاهرة عدم التناظرية تنعكس في التعاليم القديمة حول جسم الإنسان. وهكذا يشير نظام اليوغا إلى وجود ثلاث قنوات في جسم الإنسان - اليسار واليمين والوسطى. تتحرك الطاقة على طول القناة اليسرى، وتدور عكس اتجاه عقارب الساعة، ومن خلال القناة اليمنى، في اتجاه عقارب الساعة. لدى آلهة القنوات الحارسة - شيفا وبراهما - صليب معقوف كصفات توضح اتجاه الدوران. يتضمن نظام التغذية المنفصل استهلاك البروتينات (أي المواد ذات التكوين L) لتنظيف القناة اليسرى واستهلاك الكربوهيدرات والدهون (المواد ذات التكوين D) لتنظيف القناة اليمنى. يتم أيضًا إيلاء الكثير من الاهتمام للاتجاه الصحيح لتدوير الشاكرات، والذي يعمل كأساس للصحة وطول العمر.