4.6: Çoklu Kiral Merkezli Moleküller

Birden fazla kiral merkeze sahip moleküller, çok sayıda stereoizomeri karşılayabilir. Örneğin, 2-bütanol gibi bazı moleküller, dört farklı ortanığın eklendiği tetrahedral karbon atomu olarak tanımlanan bir kiral merkeze sahipken, bütan-2,3-diol gibi bazı moleküller birden fazla kiral merkeze sahiptir. N kiral merkeze sahip bir molekül için mümkün olan stereoizomer sayısını tahmin etmek için olan basit formül 2ⁿ'dir. Bununla birlikte, bazı stereoizomerlerin birbirlerinin üst üste bindirilebilen ayna görüntüleri olduğu ve dolayısıyla aynı molekülü temsil ettiği durumlarda daha düşük bir sayı olabilir. Örneğin, iki kiral merkezi olan bütan-2,3-diol 2², yani dört olası konfigürasyona sahip olabilir. RR ve SS birbirlerinin ayna görüntüleri olmasına rağmen üst üste getirilemezler ve dolayısıyla kiraldirler. Bununla birlikte, RS ve SR de birbirlerinin ayna görüntüleridir ancak üst üste gelebilirler ve aynı moleküllerdir. Bu nedenle bütan-2,3-diol, potansiyel dörtten yalnızca üç farklı stereoizomere sahiptir.

Bu bağlamda, kiral merkezin kiral molekül açısından anlaşılması hayati önem taşımaktadır. Bu temel olarak moleküler simetriye bağlıdır; ister bir düzlem, ister simetri merkezi, ister uygunsuz bir dönme simetrisi ekseni olsun. Bir simetri düzlemi veya bir simetri merkezi olan moleküller üst üste binebilen ayna görüntülerine sahiptir ve dolayısıyla akiraldir. Bununla birlikte, her ikisi de mevcut olmadığında, nesnenin bir eksen etrafında dönmesi, molekülün eksene dik bir düzlemde ayna görüntüsünü oluşturuyorsa, molekül hala akiraldir. Böyle bir eksen uygunsuz dönme ekseni olarak bilinir.

Tek kiral merkez, molekülde herhangi bir simetri olasılığını ortadan kaldırır ve dolayısıyla yalnızca bir kiral merkeze sahip moleküller her zaman kiraldir. Çoklu kiral merkezlere sahip bir molekülün kiralitesini ileri sürmek ancak moleküler yapının simetrisi değerlendirildikten sonra yapılabilir. Çoklu kiral merkezlere ve akiral konfigürasyona sahip moleküllere mezo bileşikler denir. Ünlü bir örnek, Şekil 1(c)'de gösterilen mezo-tartarik asittir.

Figure 1: Tartarik asit enantiyomerlerinin Fischer projeksiyonu iskelet yapıları - (a) ʟ-tartarik asit, (b) ᴅ-tartarik asit ve (c) mezo-tartarik asit

(R)-2-bütanol gibi bir moleküldeki kiral merkezin, dört farklı ikame ediciye sahip bir tetrahedral atom olduğunu hatırlayın. Bütan-2,3-diol gibi bazı moleküllerin birden fazla kiral merkezi vardır.

Sadece bir kiral merkeze sahip moleküller her zaman kiral iken, birden fazla kiral merkeze sahip moleküller aşiral konfigürasyonlara sahip olabilir.

Kiral merkezleri n olan bir molekülün 2ⁿ olası konfigürasyonu vardır. Herhangi bir konfigürasyon diğerinin üzerine bindirilebilirse, bu iki konfigürasyon aynı molekülü temsil eder. Bu nedenle, olası konfigürasyonlardan daha az farklı stereoizomer olabilir.

Örneğin, bütan-2,3-diolün iki kiral merkezi ve dört olası konfigürasyonu vardır. RR ve SS konfigürasyonları, her kiral merkezin konfigürasyonu ters çevrildiği için birbirlerinin ayna görüntüleridir.

En düşük enerjili konformasyonları genel olarak ayna görüntüleri gibi görünmese de, her kiral merkez hala eşinin ayna görüntüsüdür.

Burada, RR ve SS konfigürasyonlarını, daha az enerjik olarak elverişli ancak tam olarak yansıtılmış konformasyonlarında bile, onları süperpoze edilebilir hale getirmek için döndürmenin bir yolu yoktur. Bu nedenle, enantiyomerik bir çifttirler.

Diğer konfigürasyon çifti, RS ve SR, 180 ° dönüşten sonra üst üste binebilir; yani, aynı moleküldürler. Bu nedenle, bütan-2,3-diol, biri aşiral olan sadece üç farklı stereoizomere sahiptir. Bu aşiral stereoizomere mezo bileşik denir.

Neredeyse tüm mezo bileşiklerin bir simetri düzlemi veya bir simetri merkezi vardır. Bu tür moleküller 180°'lik bir dönüşle ayna görüntülerine dönüştürülür.

Bununla birlikte, bu elementlerden yoksun olan çoklu kiral merkeze sahip bir molekül, ayna görüntüsü üzerinde 180 ° 'den daha az bir dönüşle üst üste bindirilebilir. Böyle bir rotasyon varsa, her iki konfigürasyon da aynı mezo bileşiği temsil eder.