ХИРА́ЛЬНОСТЬ

ХИРА́ЛЬНОСТЬ (от греч. χείρ – ру­ка), свой­ст­во объ­ек­та (в хи­мии – мо­ле­ку­лы) быть не­со­вмес­ти­мым со сво­им ото­бра­же­ни­ем в иде­аль­ном плос­ком зер­ка­ле. На­ря­ду с кон­фи­гу­ра­ци­ей и кон­фор­ма­ци­ей, Х. – фун­дам. по­ня­тие сте­рео­хи­мии. Про­ти­во­по­лож­ное Х. свой­ст­во – ахи­раль­ность, ко­гда ото­бра­же­ние в плос­ком зер­ка­ле со­вмес­ти­мо с ис­ход­ной фи­гу­рой. Ма­те­ма­тич. ус­ло­ви­ем Х. яв­ля­ет­ся от­сут­ст­вие зер­каль­но-по­во­рот­ных осей сим­мет­рии S_n . Хи­раль­ные мо­ле­ку­лы су­ще­ст­ву­ют в ви­де пар энан­тио­ме­ров, раз­ли­чаю­щих­ся толь­ко зна­ком оп­тич. вра­ще­ния, ко­то­рое свя­за­но с кон­фи­гу­ра­ци­ей. След­ст­ви­ем Х. яв­ля­ет­ся оп­ти­че­ская ак­тив­ность ве­ще­ст­ва. Ес­ли в мо­ле­ку­ле со­дер­жит­ся бо­лее од­но­го хи­раль­но­го фраг­мен­та, то она су­ще­ст­ву­ет в ви­де диа­стере­о­ме­ров, раз­ли­чаю­щих­ся по фи­зич. и хи­мич. свой­ст­вам. Ахи­раль­ную мо­ле­ку­лу на­зы­ва­ют про­хи­раль­ной, ес­ли еди­нич­ным струк­тур­ным из­ме­не­ни­ем в ней мож­но об­ра­зо­вать хи­раль­ный фраг­мент, напр. (звёз­доч­кой обо­зна­чен хи­раль­ный центр):

C₆H₅CH₂CH₃C₆H₅ * CHBrCH₃

Молекулы с различными элементами хиральности: а – центр; б – ось; в – плоскость; г – винтовая поверхность; д – топологическая связь; А, В, С, D – различные атомы ил...

Раз­ли­ча­ют цен­траль­ную, осе­вую, пла­нар­ную, вин­то­вую и то­по­ло­ги­че­скую Х. Пер­вые 4 ви­да ха­рак­те­ри­зу­ют­ся на­ли­чи­ем со­от­вет­ст­вую­ще­го эле­мен­та Х. (рис.): цен­тра, оси, плос­ко­сти, вин­то­вой по­верх­но­сти (напр., в ге­ли­це­нах, имею­щих струк­ту­ру спи­раль­но­го ти­па); по­след­няя – на­ли­чи­ем то­по­ло­гич. свя­зи, как в три­ли­ст­ном уз­ле, или в со­че­та­нии этой свя­зи со струк­тур­ной не­сим­мет­рич­но­стью, как в ка­те­на­нах. Пла­нар­ная Х. ха­рак­тер­на для мн. ме­тал­ло­ор­га­нич. соеди­не­ний (напр., для ме­тал­ло­це­нов, π -ком­плек­сов оле­фи­нов и аре­нов).

X. ле­жит в ос­но­ве кон­цеп­ции энан­тио­то­пии – диа­сте­ре­о­то­пии. Хи­ми­че­ски оди­на­ко­вые ато­мы или груп­пы хи­раль­ной мо­ле­ку­лы ани­зо­хрон­ны и про­яв­ля­ют­ся как раз­лич­ные в спек­трах ЯМР, их на­зы­ва­ют диа­сте­ре­о­топ­ны­ми. Та­кие груп­пы в ахи­раль­ной мо­ле­ку­ле энан­тио­топ­ны и ста­но­вят­ся ани­зо­хрон­ны­ми при взаи­мо­дей­ст­вии с внеш­ней хи­раль­ной мо­ле­ку­лой (напр., рас­тво­ри­те­ля).

Поч­ти все био­мо­ле­ку­лы хи­раль­ны, по­это­му Х. име­ет ре­шаю­щее зна­че­ние при син­те­зе слож­ных со­еди­не­ний, об­ла­даю­щих био­ло­гич. ак­тив­но­стью, т. к. воз­дей­ст­вие энан­тио­ме­ров на жи­вые ор­га­низ­мы мо­жет быть раз­лич­ным. Боль­шин­ст­во совр. ле­карств – хи­раль­ные со­еди­не­ния, и кон­фи­гу­ра­ция их долж­на стро­го кон­тро­ли­ро­вать­ся. Энан­тио­се­лек­тив­ный син­тез оп­ти­че­ски ак­тив­ных мо­ле­кул на­зы­ва­ют хи­раль­ным или асим­мет­ри­че­ским син­те­зом. В при­ро­де все ос­нов­ные, за­ня­тые в про­цес­сах био­син­те­за оп­ти­че­ски ак­тив­ные α-ами­но­кис­ло­ты име­ют оди­на­ко­вую L-кон­фи­гу­ра­цию α-уг­ле­ро­да, осн. мо­но­са­ха­ри­ды – оди­на­ко­вую D-кон­фи­гу­ра­цию. Этот факт ино­гда на­зы­ва­ют го­мо­хи­раль­но­стью; её воз­ник­но­ве­ние тес­но свя­за­но с про­ис­хо­ж­де­ни­ем жиз­ни и до сих пор не объ­яс­не­но.

Тер­мин «Х.» впер­вые при­ме­нил в 1884 У. Том­сон. Кро­ме хи­мии, тер­мин ис­поль­зу­ет­ся в ма­те­ма­ти­ке, фи­зи­ке, био­ло­гии. Х. иг­ра­ет важ­ную роль при син­те­зе ре­гу­ляр­ных по­ли­ме­ров, жид­ких кри­стал­лов, ма­те­риа­лов для не­ли­ней­ной оп­ти­ки и др. Вви­ду раз­ви­тия на­но­хи­мии воз­ник­ла не­об­хо­ди­мость в сте­рео­хи­мич. ана­ли­зе на­но­ча­стиц. За раз­ра­бот­ку хи­раль­но ка­та­ли­зи­руе­мых ре­ак­ций У. Но­улз, Р. Нойо­ри, Б. Шарп­лесс бы­ли удо­стое­ны Но­бе­лев­ской пр. (2001).