Как молекулите могат да са леви или десни
Не бихте си помислили, че молекулите могат да бъдат леви или десни – какво изобщо значи това? Но да, те могат да бъдат такива и това е обвързвано със свойство, наречено хиралност.
Хиралността се дефинира от Международния съюз по чиста и приложна химия (IUPAC) като „ геометричното свойство на корав обект (или пространствено разположение на точки или атоми) да не може да се наслагва върху своя огледален облик “. Обектите без това свойство надлежно са ахирални.
Ако имате две ръце, можете образно да видите образец за ахиралност навръх момента, защото те са огледални облици една на друга и не могат да се наложат една върху друга. Опитайте се да сложите дясна ръкавица на лявата си ръка или противоположното, в случай че желаете проява. Всъщност думата „ хирал “ даже идва от гръцката дума за „ ръка “.
И по този начин, по какъв начин се появява това свойство? Когато две съединения с една и съща химична формула имат друго разположение на атомите, те се назовават изомери. Структурните изомери са свързани по друг метод, а стереоизомерите имат една и съща съгласуваност, само че друго разположение на атомите в пространството. Хиралните молекули се срещат във тип на стереоизомер, наименуван енантиомер, при който двете форми са неподлежащи на наслагване огледални облици (като ръцете ни).
Атоми, които могат да се свързват с четири други атома – въглеродът е най-често срещаният образец – могат да бъдат ядро на хирална молекула, в случай че връзките са с четири разнообразни групи, известни като хирален център или стереогенен център. Връзките с две идентични групи ще придадат на молекулата симетричност, което я прави ахирална.
Едно очарователно свойство на хиралните молекули е по какъв начин те въртят плоскополяризираната светлина. Светлината е електромагнитна вълна, която трепти нагоре-надолу перпендикулярно на посоката на придвижването си. Обикновено вълната може да трепери във всякаква посока, само че поляризираната светлина го прави единствено в една низина. В хиралните молекули единият енантиомер я върти в едната посока, а другият енантиомер я върти в другата.
Това въртене на поляризираната светлина води до една от многочислените системи за назоваване на тези изомери, произлизаща от оптичните свойства на захарта глицералдехид. Декстроротаторът d, или (+) – от латинското „ dexter “, което значи „ десен “ – завърта светлината по посока на часовниковата стрелка; а леворотаторът, l, или (-) – от латинското „ laevus “, което значи „ ляв “ – я завърта назад на часовниковата стрелка.
Това видео от Кралското сдружение по химия показва това ужасно свойство благодарение на разнообразни захари.
Ако четете и си мислите, че това са някакви химически работи, които нямат приложение в действителния живот, помислете още веднъж. Първо, от време на време можете да усетите или вкусите разликата – ето да вземем за пример карвонът, тип терпен, който се съдържа в някои етерични масла, мирише на мента в едната форма на молекулата и на кимион в другата форма. А молекулата му е една и съща…
От 20-те аминокиселини, от които се състоят белтъците в тялото ни, всички са хирални като се изключи една: глицин, чийто централен въглероден атом е обвързван с два водородни атома, което го прави ахирален. Всъщност всички тези градивни детайли на живота се срещат в естествена настройка L, т.е. „ леви “ – и това има огромно значение, да вземем за пример за метода, по който ензимите се свързват със своите субстрати.
Една от хипотезите за аргументите за това се крие в галактическите облаци, които образуват звездите, където един от водогените в глицина може да е бил преместен от по-тежкия изотоп на водорода деутерий, което да го е направило хирален.
През 2023 година обаче откриватели разгласиха публикация, в която изричат догатката, че повода може да се крие в слабата нуклеарна мощ, която подтиква генерирането на характерен енантиомер на глицералдехида, което води до предпочитане на една хирална форма с течение на времето.
„ Причината, заради която доста от основните молекули на живота имат единствено една желана форма, е малко мистериозна “, изяснява в изказване съавторът на проучването Джеймс Коуън, почетен академични професор по химия и биохимия в щата Охайо. „ Що се отнася до това по какъв начин се е получило, процесът би трябвало да отразява нещо доста особено в метода, по който ранната химия е развила желаната от нея форма на нуклеиновите киселини и протеините. “
Една от областите, в които хиралността е от основно значение, е създаването на медикаменти. Да вземем за образец талидомида: лекарството е хирално и както изяснява Американското химическо сдружение, „ при биологични условия изомерите се трансформират в хирални, тъй че разделянето им преди приложимост е неефективно “. Проблемът обаче е, че до момента в който единият енантиомер има планувания резултат на успокоително, другият е тератогенен и предизвиква аномалии на плода при бременни дами. Ефект, с които лекарството е най-известно днес…
