ไครัลลิตีและกิจกรรมทางแสง

โมเลกุลไครัลคือโมเลกุลที่ไม่สามารถซ้อนทับกับภาพสะท้อนในกระจกของตัวเองได้ โมเลกุลดังกล่าวสามารถหมุนระนาบของแสงโพลาไรซ์ได้ และเป็นหัวใจสำคัญของพื้นฐานระดับโมเลกุลของสิ่งมีชีวิต

Definition

ไครัลลิตีคือคุณสมบัติทางเรขาคณิตของโมเลกุลที่ทำให้ไม่สามารถซ้อนทับกับภาพสะท้อนในกระจกของตัวเองได้ กิจกรรมทางแสงคือความสามารถที่เกิดขึ้นในการหมุนระนาบของแสงโพลาไรซ์

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมเงื่อนไขสำหรับไครัลลิตี, อีนันชิโอเมอร์และศูนย์สเตอริโอเจนิก, กิจกรรมทางแสงและการหมุนจำเพาะ, สารผสมราซีมิกและการแยกสาร, และรูปแบบของไครัลลิตีที่นอกเหนือจากศูนย์สเตอริโอเพียงจุดเดียว เช่น ไครัลลิตีตามแนวแกนและไครัลลิตีแบบระนาบ

Core questions

• คุณสมบัติโครงสร้างใดที่ทำให้โมเลกุลเป็นไครัล?
• กิจกรรมทางแสงวัดและหาปริมาณเป็นการหมุนจำเพาะได้อย่างไร?
• สารผสมราซีมิกสามารถแยกออกเป็นอีนันชิโอเมอร์เดี่ยวได้อย่างไร?

Key theories

อีนันชิโอเมอริซึมจากความเป็นมือของโมเลกุล

โมเลกุลที่ไม่มีระนาบกระจกภายในหรือจุดศูนย์กลางสมมาตรจะอยู่ในรูปของอีนันชิโอเมอร์สองชนิดที่เป็นภาพสะท้อนในกระจก คุณสมบัติทางกายภาพของโมเลกุลเหล่านี้จะเหมือนกัน ยกเว้นเครื่องหมายของการหมุนทางแสงและพฤติกรรมต่อเอนทิตีไครัลอื่นๆ

การแยกด้วยแสง

สารราซีเมตสามารถแยกออกเป็นอีนันชิโอเมอร์ได้โดยการเปลี่ยนให้เป็นไดแอสเตอริโอเมอร์ด้วยสารแยกไครัล โดยการโครมาโทกราฟีแบบไครัล หรือโดยการตกผลึกแบบเลือกสรร

Clinical relevance

ชีวโมเลกุลส่วนใหญ่ เช่น กรดอะมิโน น้ำตาล กรดนิวคลีอิก มีโครงสร้างแบบมือเดียว ดังนั้น อีนันชิโอเมอร์สองชนิดของยาไครัลอาจมีผลทางเภสัชวิทยาที่แตกต่างกันมาก โศกนาฏกรรมจากยาธาลิโดไมด์เน้นย้ำถึงเหตุผลที่ความบริสุทธิ์ของอีนันชิโอเมอร์เดี่ยวจึงเป็นสิ่งสำคัญด้านกฎระเบียบและความปลอดภัย

History

การแยกผลึกทาร์เทรตแบบครึ่งหน้าด้วยมือของปาสเตอร์ในปี ค.ศ. 1848 เป็นการแสดงให้เห็นถึงไครัลลิตีของโมเลกุลเป็นครั้งแรก ต่อมา เคลวินได้บัญญัติศัพท์ 'ไครัลลิตี' และแนวคิดนี้ได้กลายเป็นรากฐานสำคัญในการทำความเข้าใจความไม่สมมาตรของโมเลกุลทางชีวภาพ

Key figures

• Louis Pasteur
• Jacobus Henricus van't Hoff
• William Thomson (Lord Kelvin)

Seminal works

• pasteur1848
• elielwilen1994

Frequently asked questions

โมเลกุลจำเป็นต้องมีศูนย์สเตอริโอจึงจะเป็นไครัลหรือไม่?

ไม่จำเป็นเสมอไป แม้ว่าโมเลกุลไครัลจำนวนมากจะมีคาร์บอนสเตอริโอเจนิก แต่ไครัลลิตียังสามารถเกิดขึ้นได้จากการหมุนที่ถูกจำกัด (อะโทรพิโซเมอริซึม) รูปทรงเกลียว หรือรูปแบบอื่นๆ ของความไม่สมมาตรตามแนวแกนและระนาบ

ทำไมอีนันชิโอเมอร์จึงหมุนแสงไปในทิศทางตรงกันข้าม?

อีนันชิโอเมอร์แต่ละชนิดมีปฏิกิริยากับองค์ประกอบของแสงโพลาไรซ์แบบวงกลมซ้ายและขวาแตกต่างกันเล็กน้อย และเนื่องจากโมเลกุลทั้งสองเป็นภาพสะท้อนในกระจก การหมุนสุทธิของพวกมันจึงมีขนาดเท่ากันแต่มีเครื่องหมายตรงข้ามกัน