معلومات عن الكيمياء الفراغية
هي دراسة بنية الجزيئات بالأبعاد الثلاثة. الإيزوميرات المتصلة والمتفرقة هي أشكال مختلفة للإيزوميرات، وتختلف بنيويا فقط بموضع الذرة في الجزيئة في الفضاء الثلاثي الأبعاد. قد تكون لدى بعض الإيزوميرات خصائص فيزيائية وكيميائية مختلفة. على سبيل المثال، توجد تغيرات كبيرة في الخصائص الفيزيائية والكيميائية بين الأشكال المتصلة والمتفرقة لحمض البوتينيديك.
الكيمياء الفراغية
الكيمياء الفراغية هي مجال مهم في الكيمياء الحيوية لأن تفاعلية الجزيئات وسميتها تتغيران بناء على تركيبها الفضائي. معظم التفاعلات في الجسم تعتمد على التركيبة الفضائية، وهذا يعني أن المواقع المستقبلة في الخلايا تقبل فقط جزيئات تحمل ترتيبات مكانية للذرات. قد لا تتفاعل الترتيبات الأخرى لنفس العناصر الكيميائية أو قد تكون سامة للكائن الحي.
توجد أنواع أخرى من الإيزوميرات غير الشكل المقرون والمفروق، ولفهم تلك الإيزوميرات يجب فهم البنية الثلاثية الأبعاد للجزيئات.
الكيمياء الفراغية للتفاعلات
العديد من التفاعلات البسيطة تتضمن الكيمياء الفراغية. التفاعل الذي يتضمن فقط المواد المتفاعلة والكواشف يمكن أن ينتج فقط محاليل أو مخاليط كيرالية. هكذا ينتج المونومروماتين من البوتان مزيجا من 1-بروموبوتان و2-بروموبوتان. 1-بروموبوتان ليس لديه مركز تجسيمي وبذلك كيرالي. 2-بروموبوتان ، الذي لديه مركز تجسيمي.
يتكون هذا المزيج التفاعلي من الإنانتومير (R) -2-bromobutane و (S) -2-bromobutane، وذلك بسبب استمرار التفاعل عبر آلية الجذور الحرة. الجذور الحرة تكون مستوية، مما يؤدي إلى إنتاج مزيج كيراليا حيث يوجد احتمال متساو لمهاجمة جذر راديكالي خالي من البروم من جانبي الوسط الجذري الخالي من الكربون.
تتم إضافة ذرة هالوجين إلى الألكين عن طريق إضافة متحولة، ويحدث ذلك بسبب العائق المجسم الناتج عن تكون أيون الهالونيوم.
تتم عملية الهدرجة للألكينات والألكينات بإضافة رابطة متصلة لأن الهيدروجين يتم امتصاصه على سطح المحفز الصلب، مما يسمح لذرات الهيدروجين بالتعامل مع الرابطات وزيادة عددها من جانب واحد فقط من الألكين.
تتم إزالة الهيدروجين من الكلورو إيثان لإنتاج الإيثين عن طريق إزالة المجموعة المرتبطة بذرة الكربون الموجودة في الشكل الرباعي السطوح لذرة الكلور. ولتحويل الكلور إلى أيون الكلور، يجب أن يقترب زوج الإلكترونات من الإلكترون الآخر من الجانب غير المحظور لذرة الكلور.
حقائق عن الكيمياء الفراغية
- يتعلق ترتيب الجزيئات بالترتيب الثلاثي الأبعاد للذرات، وتتعلق الكيمياء الفراغية بتلاعب ترتيب هذه الذرات.
- يشار عادة إلى هذا الفرع من الكيمياء باسم “الكيمياء الثلاثية الأبعاد”، لأنه يركز على المتصاوغات، وهي مركبات كيميائية تحتوي على نفس التركيب الكيميائي ولكن تختلف في الترتيب في الفراغ الثلاثي الأبعاد
- إحدى فروع الكيمياء الفراغية يتعامل مع دراسة الجزيئات التي تظهر الكيرالية، وهي خاصية هندسية للجزيئات تجعلها غير قابلة للتطبيق على صور المرآة.
- تعرف المصاوغات الديناميكية كفرع آخر من فروع الكيمياء الثلاثية الأبعاد، وتشمل دراسة تأثير الترتيب الفراغي للذرات في جزئ ما على معدل التفاعل الكيميائي.
أنواع الكيمياء الفراغية
- التصاوغ الضوئي هي خاصية أي جزيء أو شيء غير قابل للتركيب على صورة المرآه، على سبيل المثال، ذرة كربون مرتبط بها أربع ذرات أو أربع مجموعات ذرية مختلفة، يمكن لهذه الذرة أن تشكل جزيئين هما مصاوغين ضوئيين لبعضهما البعض. أي أن الجزيئة الأولى هي خيال للأخرى بالمرآه ولا يمكن أن ينطبقا فوق بعضهما البعض.
- الإيزومير المقرون والمفروق: يشترك الإيزومير المفروق والمقرون في نفس الذرات المرتبطة بنفس الطريقة، ولكن بتكوين مختلف.
- الإيزوميرات المتطابقة: يعتبر هذا النوع من الإيزوميرات غير قابل للتحويل إلا من خلال دورات رابطة مفردة رسمية.
- مصاوغ فراقي: هو نوع فعال من الإيزوميرات التي ليست
- مصاوع مرآتي:إنه زوج من الإيزوميرات البصرية التي لا يمكن تشكيلها على صورة المرآة.
تشير الكيمياء الفراغية إلى المتصاوغات التي تحدث نتيجة لترتيب غير متشابه للذرات أو المجموعات الوظيفية المتعلقة بالذرات في الفراغ. وتتميز هذه المتصاوغات بنفس التركيب ولكن تختلف في ترتيب الذرات. يمكن تقسيم الكيمياء الفراغية إلى نوعين رئيسيين وهما المتصاوغات الفراقية والمتصاوغات المرآتية
المصاوغ المرآتي Enantiomers
عندما تكون المصاوغات متماثلة لبعضها البعض في صورة مرآة، يُطلق عليها مصطلح المصاوغ المرآتي.
- هي مركبات ثابتة ومعزولة تختلف عن بعضها بالترتيب المكاني في الفراغ ثلاثي الأبعاد.
- تكون خصائص المصاوغات متشابهة، ولكن تفاعلها مع الضوء المستقطب يمكن أن يختلف.
- يختلف اتجاه الدوران للضوء المستقطب في الهواء، فإذا دار في اتجاه اليمين، فإن الآخر يدور في اتجاه اليسار.
المصاوغ الفراقي Diastereomers
يُطلق على المصاوغات التي لا تتطابق صورتها في المرآة اسم المصاوغات الفراقية.
- يحتوي الجزيء الذي يحتوي على عدد `n` من ذرات الكربون غير المتناظرة على الأقل على 2n مصاوغات فرقية.
- عندما يختلف الزوجان في مكانة واحدة فقط، يشار إليهما باسم الإيبيمرات.
- هذه المصاوغات تختلف بخصائصها الفيزيائية والكيميائية.
الكيمياء الفراغية وعقار الثاليدموميد
- تلعب ترتيب الذرات في فراغ ثلاثي الأبعاد دورًا هامًا في خصائص الجزيئات.
- يمكن ملاحظة أهمية الكيمياء الفراغية في مثال كارثة ثاليدوميد التي ضربت ألمانيا في عام 1957.
- تم بيع دواء الثاليدوميد كدواء يمكن الحصول عليه بدون وصفة طبية لعلاج الغثيان، وفي البداية كان يستخدم بشكل رئيسي من قبل النساء الحوامل للتخلص من غثيان الصباح.
- ومع ذلك، تم اكتشاف أن هذا الدواء يسبب مزيجًا من المركبات المرآتية في جسم الإنسان بسبب عملية الاستقلاب.
- يعتقد أحد هذه الأنواع من المركبات أنها قد تسبب ضرراً جينياً في تطوير الأجنة وتؤدي إلى ولادة أجنةبعيوب وتشوهات.
- تشير البيانات إلى أن أكثر من خمسة آلاف طفل وُلدوا بعيوب خلقية بعد بيع الثاليدوميد كعقار بدون وصفة طبية.
- أدت هذه الجائحة غير المتوقعة إلى فرض قوانين صارمة لتنظيم الأدوية، وقد نجا حوالي 40% من الأطفال الذين ولدوا بعيوب خلقية
- أبرزت الكارثة أهمية الكيمياء الفراغية.
أهمية الكيمياء الفراغية
الشكل ثلاثي الأبعاد لجزء محدد يحدد خصائصه الفيزيائية، مثل درجة حرارة تحول السائل إلى غاز ودرجة حرارة تحول الصلب إلى سائل. البنية الثلاثية الأبعاد تؤثر أيضا على الخصائص الكيميائية مثل درجة الحموضة أو القلوية. قد يؤثر أيضا على طعم ووظيفة الجزيء كدواء. واحدة من البنيات الثلاثية الأبعاد للذرات تجعلها دواء، بينما تكون البنية الأخرى للذرات غير فعالة أو حتى ضارة. في كثير من الأحيان، تعتمد طاقة الجزيء أو المركب على ترتيب الذرات في الجزيء أو المركب. يمكنك التحكم في نتائج التفاعل الكيميائي عن طريق التحكم في ترتيب الذرات فيه.
مؤسس علم الكيمياء الفراغية
لويس باستور ولد في فرنسا عام 1822 وبدأ مسيرته في تطوير الكيمياء عندما كان عمره 26 عاما. أثبت باستور، من خلال التجارب التي قام بها، أن المكونات الكيميائية وحدها لا تكفي لفهم تصرف الجزيئات الكيميائية، وهذا دفع الكيميائيين إلى البحث حول بنية الجزيئات، ومن هنا جاءت فكرة الكيمياء الفراغية، والتي تعتبر حقلا مهما في البحث الكيميائي.
أجرى باستور العديد من الأبحاث في علم الأحياء المجهري، وأدرك أيضاً أهمية جعل العلوم مسعى دولياً وسخر نفسه لخدمة العلم من أجل توفير نمط حياة أفضل، وكان لا يؤمن بأي شيء ما لم يتم برهانه من خلال التجارب. وتوفي باستور في عام 1893.