همه چیز درباره آلنس، کایرال و غیره

این پست همه چیز در مورد ساختار آلن ها است، و اینکه چگونه آلن های خاصی می توانند به دلیل وجود چیزی که ما آن را “محور کایرالیتی” می نامیم، کایرال باشند.

فهرست مطالب

1. آلن ها دین های “انباشته” هستند
2. کربن مرکزی در آلن sp هیبرید شده است
3. “Fly-By” سه بعدی از آلن نشان می دهد که صاف نیست
4. نمونه هایی از آلن های جایگزین شده با هواپیماهای آینه ای
5. نمونه ای از آلن کایرال، دی-جایگزین شده
6. کایرال آلن ها یک «محور کایرالیته» دارند
7. خلاصه: چگونه آلن کایرال را در مقابل آلن آکیرال تشخیص دهم؟

---

1. آلن ها دین های “انباشته” هستند

ما قبلا با آلکن ها ملاقات کرده ایم – درست است؟ فقط در صورتی که این کار را نکرده اید، بیایید اصول اولیه را مرور کنیم، زیرا پست امروز به درک چند مورد از مهمترین مفاهیم بستگی دارد.

آلکن ها حاوی هر دو سیگما هستند [ σ] پیوند از طریق همپوشانی اوربیتال “هدر رو” ایجاد می شود [i.e. “single bonds”] و همچنین پی [ π ] پیوندی که در آن اوربیتال‌ها دارای همپوشانی «سمتی» هستند [i.e. “multiple bonds”]

آلکن هایی مانند اتیلن مسطح هستند [planar]. اوربیتال های p در 90 درجه نسبت به این ساختار مسطح قرار دارند. اگر تا به حال از روان کننده گرافیت استفاده کرده اید، ممکن است بدانید که لغزنده است زیرا گرافیت از ورقه های لایه ای از کربن مسطح و با پیوند pi تشکیل شده است و ورق ها بین هر لایه اصطکاک بسیار کمی دارند. گرافن همان ایده است، فقط یک لایه است.

حالا بیایید یک چیز عجیب ترسیم کنیم. وقتی پیوند دوگانه دوم را مستقیماً در مجاورت پیوند اول گسترش می دهیم، چه چیزی به دست می آوریم؟

آیا این برای شما عجیب به نظر می رسد؟ اولین باری که این را می بینید، احتمالاً فکر می کنید – آره! ممکن است تعجب کنید – آیا اینها اصلا وجود دارند؟ پاسخ نیز این است – بله! این مولکول نامیده می شود آلن، و بخشی از خانواده ای از مولکول ها به نام است کومولن ها، به این دلیل نامگذاری شده است که پیوندهای دوگانه تجمعی (متوالی) هستند.

2. کربن مرکزی در آلن هیبرید شده است

حالا بیایید بپرسیم: چه چیزی ممکن است پیوند در این مولکول به نظر می رسد؟ به عبارت دیگر، در سه بعدی چگونه به نظر می رسد؟

ممکن است فکر کنید – ساده! صاف است، مانند آلکن!

این در واقع است نه به این سادگی! نکته کلیدی این است که کربن مرکزی – دارای دو پیوند π است.

ممکن است به یاد داشته باشید که استیلن دارای دو پیوند π نیز در ۹۰ درجه نسبت به یکدیگر است.

در مورد آلن هم همینطوره به جز اینکه آن است فقط کربن مرکزی که در دو پیوند پی درگیر است.

در اینجا اوربیتال های این مولکول به نظر می رسد.

هیبرید شدن آن کربن مرکزی؟ این است spدرست مانند کربن های موجود در استیلن. کربن های انتهایی sp²

3. “Fly-by” سه بعدی نشان می دهد که آلن صاف نیست

نمودار خطی آلن واقعاً درست نیست.

بنابراین در اینجا من یک “پرواز کنار” سه بعدی از آلن را ارائه می کنم. توجه داشته باشید که چگونه دو CH₂ گروه ها نسبت به یکدیگر 90 درجه “تغییر” دارند.

آلن صاف نیست! [those white balls – imagine they are hydrogen]

از طریق GIPHY

4. آلن های جایگزین که هواپیماهای آینه ای دارند

مانند بسیاری از چیزها در شیمی آلی، این واقعیت ساده منجر به پیامدهایی می شود که بلافاصله آشکار نمی شوند. بیایید به سطوح آینه ای در این مولکول توجه کنیم. توجه داشته باشید که دو مورد وجود دارد. به یاد بیاورید که برای اینکه یک مولکول کایرال باشد باید نه روی تصویر آینه ای خود قرار گیرد. اگر مولکول یک صفحه آینه ای (صفحه تقارن) داشته باشد، پس آن را دارد اراده روی تصویر آینه ای خود قرار گیرد [and therefore achiral].

با دو هواپیما آینه این قطعا یک است بی رنگ مولکول

حالا بیایید کمی بازی را شروع کنیم. اگر یکی از هیدروژن ها را با گروه دیگری جایگزین کنیم چه اتفاقی می افتد؟ در طراحی من به طور دلخواه این اتم Cl را ساخته ام اما در عمل می تواند هر چیزی به جز H در این مورد باشد.

در اینجا یک رسم خطی از مولکول و تصویری از اوربیتال های آن است.

حالا در اینجا به شکل سه بعدی به نظر می رسد. توجه کنید که ما یکی از هواپیماهای آینه را گم کرده ایم! اما هنوز یکی دارد، پس هنوز هم هست بی رنگ

از طریق GIPHY

حالا: اگر a اضافه کنیم چه اتفاقی می افتد دومین گروه به همان کربن؟

این است هنوز ناخوشایند! – در واقع، ما به داشتن بازگشته ایم دو هواپیماهای آینه ای

5. این آلن دی-جایگزین شده هیچ صفحه آینه ای ندارد – و بنابراین کایرال است!

حالا، در نهایت، اجازه دهید موقعیت آن گروه دوم را تغییر دهید. به جای اینکه آن را طوری بسازیم که دو گروه یکسان روی کربن وجود داشته باشد، بیایید آن را طوری تغییر دهیم که وجود داشته باشد یک عدد روی هر کربن. مثل این:

در اینجا نسخه 3 بعدی است.

از طریق GIPHY

حالا می پرسم: هواپیماهای آینه کجا هستند؟

وجود ندارد! اگر هیچ صفحه آینه ای وجود نداشته باشد -> ما به یک مولکول کایرال نگاه می کنیم.

6. آلن های کایرال «محور کایرالیته» دارند

صبر کن. ممکن است بپرسید این چه حقه‌ای است؟ ما هیچ مرکز کایرال نداریم. آیا برای داشتن یک مرکز کایرال برای کایرال بودن به چیزی نیاز نداریم؟

در واقع شما با یک شی کایرال که مرکز کایرال ندارد بسیار آشنا هستید.

تا حالا پیچ خوردی؟

نه نه نه! منظورم این است که با استفاده از پیچ گوشتی پیچ شده است. این یک وبلاگ شیمی است. انتظار هیچ چیز مزخرفی را در اینجا نداشته باشید.

ببینید، بیشتر رزوه‌های پیچ، برای استفاده از یک یادگاری آشنا، «راست محکم، شل چپ» هستند. باید پیچ ​​گوشتی را در جهت عقربه های ساعت بچرخانید تا ببندید و در خلاف جهت عقربه های ساعت بچرخانید تا شل شود. پیچ ها کایرال هستند!

[By the way the enantiomer of that common screw thread would be… “lefty tighty, righty loosey” – those types of threads exist BTW – especially in gas barbecues, so as to prevent people from trying to connect things to them such as garden hoses or other idiotic things].

در اینجا یک تصویر نماینده از دو پیچ کایرال است. شما همچنین می توانید اینها را به عنوان پله های مارپیچ تصور کنید. تصور کنید از هر پله ای بالا می روید. در پلکانی که در زیر برچسب “چپ دست” دارد، هنگام بالا رفتن، بازوی راست شما در داخل قرار می گیرد. در راه پله “سمت راست”، هنگام بالا رفتن، بازوی چپ شما در داخل قرار می گیرد. [see nerdy note below]

به جای داشتن یک مرکز کایرال، پیچ ها دارای چیزی هستند که ما از آن به عنوان “محور کایرال“. نمونه‌های رایج دیگر از چیزهایی با محورهای کایرال: پلکان‌های مارپیچی، صدف حلزون و DNA.

آلن جانشین شده ما یک محور کایرال دارد – درست مثل یک پیچ

پیچ ها کایرال هستند – و اجسام کایرال دارای انانتیومر هستند. و همانطور که پیچ ها دارای انانتیومر هستند، مولکول های کایرال نیز دارای محور کایرال هستند.

انانتیومر آلن چگونه خواهد بود؟

در اینجا یک جفت انانتیومر آلن وجود دارد. آیا اکنون می توانید ببینید که چگونه آنها روی هم قرار نمی گیرند؟

7. خلاصه: چگونه یک آلن کایرال را در مقابل یک آلن آکیرال تشخیص می دهید؟

[In other words, an allene with a chiral axis vs. an allene without a chiral axis]

ممکن است بپرسید، آیا نوعی راه میانبر برای تشخیص آلن کایرال وجود دارد؟ مطمئن.

هر دو انتهای آلن را بررسی کنید. اگر هر یک از آن انتهای به دو متصل است جایگزین های یکسان، این است بی رنگ – چون صفحه آینه ای خواهد داشت.

اگر هیچ کدام انتها به آن متصل می شوند دو جایگزین یکسان، پس از آن است کایرال.

سوال پاداش: آیا انتظار دارید این مولکول کایرال باشد؟ چرا و چرا نه؟

یادداشت نردی در مورد راه پله ها، احتمالاً یک افسانه. این ممکن است درست باشد یا نباشد، اما من به یاد می‌آورم که در کودکی کتابی در مورد قلعه‌ها خوانده بودم که گفته می‌شد قلعه‌ها با پله‌هایی ساخته می‌شدند که کسی را مجبور می‌کرد از آن بالا برود. [an attacker, presumably] دست راستشان (شمشیر) در داخل و مدافع نزولی که دست شمشیرشان در بیرون باشد. تصور این است که اگر دست شمشیر شما در بیرون باشد، آزادی حرکت بسیار بیشتری وجود دارد، زیرا باید آن را در سراسر بدن خود بچرخانید.