4.6 : Молекулы с несколькими хиральными центрами

Молекулы, обладающие несколькими хиральными центрами, могут содержать большое количество стереоизомеров. Например, в то время как некоторые молекулы, такие как 2-бутанол, имеют один хиральный центр, определяемый как тетраэдрический атом углерода с четырьмя различными присоединенными заместителями, некоторые молекулы, такие как бутан-2,3-диол, имеют несколько хиральных центров. Простая формула, позволяющая предсказать возможное число стереоизомеров для молекулы с n хиральными центрами, равна 2ⁿ. Однако, их может быть меньше, когда некоторые из стереоизомеров являются зеркальными изображениями друг друга и, соответственно, представляют одну и ту же молекулу. Например, бутан-2,3-диол с двумя хиральными центрами может иметь 2² стереоизомера, т.е. четыре возможных конфигурации. Хотя RR и SS являются зеркальными отражениями друг друга, они не являются суперпозиционными и, следовательно, они хиральны. Однако RS и SR также являются зеркальными отражениями друг друга, но являются суперпозиционными и представляют собой одну и ту же молекулу. Следовательно, бутан-2,3-диол имеет только три различных стереоизомера из четырех потенциальных.

В этом контексте очень важное значение имеет понимание хирального центра по отношению к хиральной молекуле. Это фундаментально зависит от молекулярной симметрии – будь то плоскость или центр симметрии или несобственная ось вращательной симметрии. Молекулы с плоскостью симметрии или центром симметрии обладают суперпозиционными зеркальными изображениями и, следовательно, являются ахиральными. Однако, когда оба отсутствуют, молекула по-прежнему остается ахиральной, если вращение объекта вокруг оси создает зеркальное изображение молекулы в плоскости, перпендикулярной оси. Такая ось называется несобственной осью вращения.

Единственный хиральный центр исключает возможность какой-либо симметрии в молекуле, и, следовательно, молекулы только с одним хиральным центром всегда хиральны. Утвердить хиральность молекулы с несколькими хиральными центрами можно только после оценки симметрии молекулярной структуры. Молекулы с несколькими хиральными центрами и ахиральной конфигурацией называются мезосоединениями. Известным примером является мезовинная кислота, показанная на рисунке 1(c).

Рисунок 1: Скелетные структуры проекции Фишера энантиомеров винной кислоты - (a) ʟ-винная кислота, (b) ᴅ-винная кислота и (c) мезо-винная кислота