Enantiomers

ایزومرهایی که تصویر آینهای یکدیگر باشند بهانانتیومر مرسومند. دو لاکتیک اسید مختلف که مدلهایشان را ساختیمانانتیومر هستند (یونانی| انانتیو یعنی مخالف). به همین ترتیب دوتا2-متیل-1- بوتانول، دو تا بوتیل کلرید نوع دوم و غیره وجود دارند. خواصانانتیومرها را چگونه میتوان مقایسه نمود؟

انانتیومرها به جز درجهت چرخاندن صفحة نور پلاریزه دارای خواص فیزیکی یکسان هستند. به عنوانمثال، دو انانتیومر2-متیل-1- بوتانول دارای نقاط ذوب، جوش، دانسیته و ضریبشکست و هر ثابت فیزیکی دیگر قابل اندازهگیری یکسانند، به جز آن که یکی ازآنها نور پلاریزه مسطح را به طرف راست و دیگری به طرف چپ



میچرخاند.
اینمطلب تعجبآور نیست زیرا بر همکنشهای هر دو نوع مولکول با مولکولهایمجاورش باید یکسان باشد و فقط جهت چرخش آنها متفاوت است ولی مقدار چرخشآنها 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 ازهمین 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 اندازهمیباشد.

انانتیومرها به جز در مقابل واکنشگرهای فعال نوری، خواصشیمیایی مشابه دارند. دو لاکتیک اسید نه تنها اسیدند بلکه اسیدهایی باقدرت یکسان هستند؛ یعنی در آب به مقدار مساوی حل شده و به یک میزان یونیزهمیشوند. دو 2-متیل-1-بوتانول نه فقط محصولات یکسانی به دست میدهند- باسولفوریک اسید داغ به آلکنها، با HBr به آلکیل برمیدها و با استیک اسید بهاسترها تبدیل میشوند – بلکه سرعت تبدیل آنها نیز دقیقاً یکسان است. علتاین امر را میتوان چنین پنداشت که در هر مورد اتمهایی که مورد حمله قرارمیگیرند. واکنشپذیری آنها تحت تاثیر ترکیب دقیقاً یکسانی از استخلافاتمیباشد. واکنشگری که با هر نوع از این مولکولها مواجه میشود و در واقعبا محیط یکسانی مواجه میگردد. البته به جز هنگامی که یکی از محیطها تصویرآینهای دیگری باشد.

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

از طرفدیگر در حالتی خاص که واکنشگر خود فعال نوری است، اثراتی که بر واکنشگر درضمن حمله به دو انانتیومر اعمال میشود یکسان نبوده، سرعت واکنشها اختلافخواهند داشت – این اختلاف تا جایی است که در برخی از موارد واکنش با یکیاز ایزومرها اصلاً صورت نمیگیرد. به عنوان مثال، در سیستمهای بیولوژیکیچنین ویژگی شیمیایی فضایی استثناء نبوده بلکه آن قاعده است، زیرا همةکاتالیزورهای مهم، آنزیمها، و بیشتر ترکیباتی که با آنها وارد واکنشمیشوند از نظر نوری فعال هستند. قند (+)- گلولز نقش منحصر به فردی را درمتابولیسم حیوانی ایفاء مینماید و پایة صنایع تخمیری چندین میلیون دلاریاست ؛ در حالی که قند (-)- گلولز نه به وسیله حیوانات متابولیسم میشود ونه بوسیله مخمرها تخمیر میگردد. هنگامی که قارچ پنیسیلیوم گلاکِوم برمخلوطی از انانتیومرهای تار تاریک اسید کشت شود، فقط انانتیومر(+) مصرفشده و (-)- تار تاریک اسید به جای میماند. فعالیت هورمونی (-)- آدرنالینچندین برابر انانتیومر خود است؛ تنها یکی از ایزومرهای فضایی کلرومایستین،آنتیبیوتیک است. (+)- افدرین نه تنها فعالیت دارویی ندارد بلکه در حقیقتدر عمل انانتیومر خود خدشه ایجاد میکند. در میان آمینو اسیدها فقط یکآسپارژین و یک لوسین شیرین است و فقط یک گلوتامیک اسید باعث مطبوع شدن غذامیشود. (-)- کاروون به عصارة نعناع بوی خاصی میبخشد، در حالی کهانانتیومر (+)- کاروون اسانس زیره است.

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

اجازه دهید تا واکنشپذیری را با دقیقترین طریق ممکن یعنی از طریق حالت گذار مورد بررسی قرار دهیم.
ابتداواکنشهای دوانانتیومر را با یک واکنشگر غیر فعال نوری در نظر میگیریم.واکنشگرها در هر دو مورد دقیقاً دارای انرژی یکسانی هستند| یک انانتیومربه اضافه واکنشگر و انانیتومر دیگر به اضافه همان واکنشگر. دو حالت گذرایواکنشها تصاویر آینهای یکدیگر بوده (انانتیومر هستند) و از این رو دارایانرژی کاملاً یکسانی میباشند. بدین علت اختلاف انرژی بین واکنش دهندههاو حالتهای گذرا –Eact آنها – برابر بوده و در نتیجه سرعت واکنشها یکساناست.

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

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