4.6 : Cząsteczki z wieloma centrami chiralnymi

Cząsteczki posiadające wiele centrów chiralnych mogą pozwolić sobie na dużą liczbę stereoizomerów. Na przykład, podczas gdy niektóre cząsteczki, takie jak 2-butanol, mają jedno centrum chiralne, zdefiniowane jako czworościenny atom węgla z czterema różnymi przyłączonymi podstawnikami, kilka cząsteczek, takich jak butano-2,3-diol, ma wiele centrów chiralnych. Prosty wzór pozwalający przewidzieć liczbę stereoizomerów możliwych dla cząsteczki z n centrami chiralnymi to 2ⁿ. Jednakże liczba ta może być mniejsza, gdy niektóre stereoizomery stanowią względem siebie dające się nałożyć odbicia lustrzane i w związku z tym reprezentują tę samą cząsteczkę. Na przykład butano-2,3-diol z dwoma centrami chiralnymi może mieć 2², tj. Cztery możliwe konfiguracje. Chociaż RR i SS są swoimi lustrzanymi odbiciami, nie można ich nakładać na siebie, a zatem są chiralne. Jednakże RS i SR są również swoimi lustrzanymi odbiciami, ale można je nałożyć i są tą samą cząsteczką. Dlatego butano-2,3-diol ma tylko trzy różne stereoizomery z potencjalnych czterech.

W tym kontekście istotne jest zrozumienie centrum chiralnego w porównaniu z chiralną cząsteczką. Zależy to zasadniczo od symetrii molekularnej – czy jest to płaszczyzna, środek symetrii, czy też niewłaściwa oś symetrii obrotowej. Cząsteczki posiadające płaszczyznę symetrii lub środek symetrii posiadają nakładające się na siebie odbicia lustrzane i dlatego są achiralne. Jednakże, gdy oba są nieobecne, cząsteczka jest nadal achiralna, jeśli obrót obiektu wokół osi tworzy lustrzane odbicie cząsteczki w płaszczyźnie prostopadłej do osi. Taka oś nazywana jest niewłaściwą osią obrotu.

Pojedyncze centrum chiralne wyklucza jakąkolwiek symetrię w cząsteczce, a zatem cząsteczki posiadające tylko jedno centrum chiralne są zawsze chiralne. Stwierdzenie chiralności cząsteczki z wieloma centrami chiralnymi można przeprowadzić dopiero po ocenie symetrii struktury molekularnej. Cząsteczki z wieloma centrami chiralnymi i konfiguracją achiralną są określane jako związki mezo. Znanym przykładem jest kwas mezowinowy pokazany na rysunku 1 (c).

Rysunek 1: Struktury szkieletowe w projekcji Fischera enancjomerów kwasu winowego - (a) kwas ʟ-winowy, (b) kwas ᴅ-winowy i (c) kwas mezowinowy