4.6 : Molecole con più centri chirali

Le molecole che possiedono più centri chirali possono permettersi un gran numero di stereoisomeri. Ad esempio, mentre alcune molecole come il 2-butanolo hanno un centro chirale, definito come un atomo di carbonio tetraedrico con quattro diversi sostituenti attaccati, diverse molecole come il butano-2,3-diolo hanno più centri chirali. Una formula semplice per prevedere il numero di stereoisomeri possibili per una molecola con n centri chirali è 2ⁿ. Tuttavia, può esserci un numero inferiore in cui alcuni stereoisomeri sono immagini speculari sovrapponibili l'uno dell'altro e, di conseguenza, rappresentano la stessa molecola. Ad esempio, il butan-2,3-diolo con i suoi due centri chirali può avere 2², cioè quattro possibili configurazioni. Sebbene RR e SS siano immagini speculari l'una dell'altra, non sono sovrapponibili e quindi sono chirali. Tuttavia, anche RS e SR sono immagini speculari l'una dell'altra ma sono sovrapponibili e sono la stessa molecola. Pertanto, il butano-2,3-diolo ha solo tre stereoisomeri distinti dei potenziali quattro.

In questo contesto, la comprensione di un centro chirale rispetto a una molecola chirale è vitale. Ciò dipende fondamentalmente dalla simmetria molecolare, che si tratti di un piano o di un centro di simmetria o di un asse improprio di simmetria di rotazione. Le molecole con un piano di simmetria o un centro di simmetria possiedono immagini speculari sovrapponibili e sono quindi achirali. Tuttavia, quando entrambi sono assenti, la molecola è ancora achirale se la rotazione dell'oggetto attorno ad un asse crea un'immagine speculare della molecola su un piano perpendicolare all'asse. Un tale asse è noto come asse di rotazione improprio.

Un singolo centro chirale preclude la possibilità di qualsiasi simmetria nella molecola, e quindi le molecole con un solo centro chirale sono sempre chirali. Affermare la chiralità di una molecola con più centri chirali può essere fatto solo dopo aver valutato la simmetria della struttura molecolare. Le molecole con più centri chirali e una configurazione achirale sono chiamate composti meso. Un esempio famoso è l'acido mesotartarico mostrato nella Figura 1 (c).

Figura 1: Strutture scheletriche della proiezione Fischer degli enantiomeri dell'acido tartarico: (a) acido ʟ-tartarico, (b) acido ᴅ-tartarico e (c) acido mesotartarico