Στερεοχημεία
Η στερεοχημεία είναι η μελέτη του τρόπου με τον οποίο τα μόρια επηρεάζονται από τον τρόπο με τον οποίο τα άτομά τους είναι διατεταγμένα στο χώρο. Είναι επίσης γνωστή ως τρισδιάστατη χημεία, καθώς η λέξη stereo σημαίνει τρισδιάστατη. Χρησιμοποιώντας τη στερεοχημεία, οι χημικοί μπορούν να επεξεργαστούν τις σχέσεις μεταξύ διαφορετικών μορίων που αποτελούνται από τα ίδια άτομα. Μπορούν επίσης να μελετήσουν την επίδραση στις φυσικές ή βιολογικές ιδιότητες που δίνουν αυτές οι σχέσεις στα μόρια. Όταν οι σχέσεις αυτές επηρεάζουν την αντιδραστικότητα των μορίων, αυτό ονομάζεται δυναμική στερεοχημεία.
Στη χημεία, ορισμένα μόρια έχουν περισσότερα από ένα ισομερή. Αυτό σημαίνει ότι τα μόρια μπορούν να έχουν διαφορετικές μορφές, παρόλο που όλες οι μορφές αποτελούνται από τα ίδια άτομα. Υπάρχουν δύο είδη ισομερών. Τα συνταγματικά ισομερή έχουν τα ίδια άτομα, αλλά ενώνονται με διαφορετικό τρόπο. Τα στερεοϊσομερή έχουν τα ίδια άτομα, ενώνονται με τον ίδιο τρόπο, αλλά τα άτομα είναι διαφορετικά τοποθετημένα στο χώρο. Ένα σημαντικό μέρος της στερεοχημείας είναι η μελέτη των χειρόμορφων μορίων. Αυτά τα μόρια φαίνονται σχεδόν πανομοιότυπα, εκτός από το ότι το ένα μόριο είναι το είδωλο του άλλου.
Στους περισσότερους χημικούς δεσμούς, τα άτομα ενός μορίου μπορούν να κινηθούν ελεύθερα χωρίς να σπάσουν τους δεσμούς. Όταν ένα μόριο έχει διπλό δεσμό ή δομή δακτυλίου, το μόριο μπορεί να ταξινομηθεί σε διάφορα ισομερή. Πρόκειται για μόρια με την ίδια χημική δομή αλλά διαφορετικές μορφές.
Η μελέτη των στερεοχημικών προβλημάτων καλύπτει όλο το φάσμα της οργανικής, ανόργανης, βιολογικής, φυσικής και υπερμοριακής χημείας.
Οι διάφοροι τύποι ισομερών. Η στερεοχημεία είναι η μελέτη των στερεοϊσομερών
Ιστορία
Ο Λουί Παστέρ ήταν ο πρώτος που μελέτησε τη στερεοχημεία. Παρατήρησε το 1849 ότι τα άλατα του τρυγικού οξέος που συλλέχθηκαν από εξοπλισμό οινοποίησης μπορούσαν να περιστρέφονται σε επίπεδο πολωμένου φωτός, αλλά τα άλατα από άλλες πηγές όχι. Αυτή η ιδιότητα ήταν η μόνη διαφορά μεταξύ των δύο τύπων αλάτων. Οφείλεται στην οπτική ισομέρεια. Το 1874, ο Jacobus Henricus van 't Hoff και ο Joseph Le Bel ανακάλυψαν ότι η διαφορά οφειλόταν στον τρόπο με τον οποίο τα άτομα που συνδέονται με τον άνθρακα έχουν τετραεδρικό (τετραπλευρικό) σχήμα.
Χρήσεις της στερεοχημείας
Η στερεοχημεία ήταν σημαντική για την επίλυση της καταστροφής της θαλιδομίδης τη δεκαετία του 1960. Η θαλιδομίδη είναι ένα φάρμακο που παρασκευάστηκε για πρώτη φορά το 1957 στη Γερμανία. Οι γιατροί το χρησιμοποιούσαν για τη θεραπεία της πρωινής ναυτίας σε έγκυες γυναίκες. Αργότερα, το φάρμακο αποδείχθηκε ότι προκαλούσε παραμορφώσεις στα μωρά. Το ένα ισομερές του φαρμάκου δεν ήταν επικίνδυνο, αλλά το άλλο προκαλούσε σοβαρές γενετικές βλάβες στα έμβρυα. Στον ανθρώπινο οργανισμό, η θαλιδομίδη υφίσταται ρακεμοποίηση: ακόμη και αν μόνο το ένα από τα δύο στερεοϊσομερή εισέλθει σε έναν ανθρώπινο οργανισμό, ο οργανισμός μετατρέπει ένα μέρος του σε άλλο. Η καταστροφή της θαλιδομίδης έκανε τις κυβερνήσεις να ελέγχουν τα φάρμακα πιο προσεκτικά. Επιλεγμένοι άνθρωποι λαμβάνουν πρώτα νέα φάρμακα σε ένα πείραμα (κλινική δοκιμή) πριν το φάρμακο διατεθεί για δημόσια χρήση. Η θαλιδομίδη χρησιμοποιείται τώρα ως θεραπεία για τη λέπρα. Οι γυναίκες πρέπει να το χρησιμοποιούν μαζί με αντισυλληπτικά για την πρόληψη της εγκυμοσύνης.
Περιγραφή της στερεοχημείας ενός μορίου
Όταν ένα άτομο μπορεί να έχει άλλα άτομα συνδεδεμένα μαζί του με περισσότερους από έναν τρόπους, ονομάζεται στερεοκέντρο. Για παράδειγμα, εάν ένα άτομο άνθρακα έχει τέσσερις διαφορετικές ομάδες συνδεδεμένες σε αυτό, γίνεται στερεοκέντρο.
Οι κανόνες προτεραιότητας Cahn-Ingold-Prelog αποτελούν μέρος ενός συστήματος περιγραφής της στερεοχημείας ενός μορίου. Κατατάσσουν τα άτομα γύρω από ένα στερεοκέντρο με έναν τυποποιημένο τρόπο. Αυτό επιτρέπει την περιγραφή της σχετικής θέσης αυτών των ατόμων στο μόριο με μεγάλη σαφήνεια. Η προβολή Fischer είναι ένας απλουστευμένος τρόπος για την παρουσίαση της στερεοχημείας γύρω από ένα στερεοκέντρο.
Προβολή τετραεδρικού μορίου σε επίπεδη επιφάνεια.
Οπτικοποίηση μιας προβολής Fischer.
Ερωτήσεις και απαντήσεις
Q: Τι είναι η στερεοχημεία;
A: Η στερεοχημεία είναι η μελέτη του τρόπου με τον οποίο τα μόρια επηρεάζονται από τον τρόπο με τον οποίο τα άτομά τους είναι διατεταγμένα στο χώρο. Είναι επίσης γνωστή ως τρισδιάστατη χημεία, καθώς η λέξη στερεοφωνία σημαίνει τρισδιάστατη.
Ε: Πώς μπορούν οι χημικοί να χρησιμοποιήσουν τη στερεοχημεία;
Α: Χρησιμοποιώντας τη στερεοχημεία, οι χημικοί μπορούν να επεξεργαστούν τις σχέσεις μεταξύ διαφορετικών μορίων που αποτελούνται από τα ίδια άτομα. Μπορούν επίσης να μελετήσουν την επίδραση στις φυσικές ή βιολογικές ιδιότητες που δίνουν αυτές οι σχέσεις στα μόρια. Όταν οι σχέσεις αυτές επηρεάζουν την αντιδραστικότητα των μορίων, αυτό ονομάζεται δυναμική στερεοχημεία.
Ερ: Τι είναι τα ισομερή;
Α: Στη χημεία, ορισμένα μόρια έχουν περισσότερα από ένα ισομερή. Αυτό σημαίνει ότι τα μόρια μπορεί να έχουν διαφορετικές μορφές, παρόλο που όλες οι μορφές αποτελούνται από τα ίδια άτομα. Υπάρχουν δύο είδη ισομερών: τα συνταγματικά ισομερή που έχουν τα ίδια άτομα αλλά συνδέονται με διαφορετικό τρόπο και τα στερεοϊσομερή που έχουν τα ίδια άτομα, συνδέονται με παρόμοιο τρόπο αλλά με διαφορετική διάταξη στο χώρο.
Ερ: Τι σημαίνει χειρόμορφο;
Α: Χειρόμορφο σημαίνει όταν ένα μόριο έχει δύο είδωλα που μοιάζουν σχεδόν πανομοιότυπα εκτός από το ότι το ένα είναι αντανάκλαση ενός άλλου μορίου.
Ερ: Πώς επηρεάζουν οι διπλοί δεσμοί και οι δομές δακτυλίου τα μόρια;
Α: Όταν ένα μόριο έχει διπλό δεσμό ή δομή δακτυλίου, μπορεί να ταξινομηθεί σε διαφορετικούς τύπους ισομερών - αυτά που έχουν χημική δομή αλλά διαφορετική μορφή λόγω διαφορών στη διάταξη στο χώρο.
Ερ: Ποιο φάσμα καλύπτουν τα στερεοχημικά προβλήματα;
Α: Η μελέτη των στερεοχημικών προβλημάτων καλύπτει όλες τις πτυχές της οργανικής, ανόργανης, βιολογικής, φυσικής και υπερμοριακής χημείας
