"ما هي الكيمياء الفراغية؟
لماذا تعتبر الكيمياء الفراغية ذات أهمية خاصة لعلماء الكيمياء الحيوية؟
التفاعلات الكيميائية في مراكز ستيروجينيك:
ما هي الكيمياء الفراغية؟

 

الكيمياء الفراغية هي دراسة التركيب ثلاثي الأبعاد للجزيئات. إنّ رابطة الدول المستقلة والأيزومرات العابرة هي أشكال من الأيزومرات الفراغية، تختلف هيكليًا فقط في موقع ذرات الجزيء في الفضاء ثلاثي الأبعاد. يمكن أن يكون لهذه الأيزومرات الفراغية خواص فيزيائية وكيميائية مختلفة. على سبيل المثال: تُظهر رابطة الدول المستقلة والأيزومرات العابرة لحمض البوتينديويك اختلافات شاسعة في خواصها الفيزيائية والكيميائية.

مصطلح “الكيمياء الفراغية” مشتق من الكلمة اليونانية “ستريو” التي تعني صلب، وهي تشير إلى الكيمياء في ثلاثة أبعاد. نظرًا لأنّ جميع الجزيئات العضوية تقريبًا ثلاثية الأبعاد (باستثناء بعض الأوليفينات والعطريات التي ستتم مناقشتها لاحقًا)، لا يمكن اعتبار الكيمياء الفراغية فرعًا من فروع الكيمياء. بل هو جانب من جوانب كل الكيمياء، أو بعبارة أخرى، وجهة نظر أصبحت ذات أهمية متزايدة، كما أنها ضرورية لفهم التركيب والوظيفة الكيميائية.

لماذا تعتبر الكيمياء الفراغية ذات أهمية خاصة لعلماء الكيمياء الحيوية؟

 

الكيمياء الفراغية ذات أهمية خاصة لعلماء الكيمياء الحيوية؛ لأنّ تفاعل وسمية الجزيئات تتغير مع الكيمياء الفراغية الخاصة بهم. تكون معظم تفاعلات الجسم محددة الفراغ، ممّا يعني أنّ مواقع المستقبلات في الخلايا تقبل فقط الجزيئات ذات الترتيبات المكانية المحددة لذراتها. التكوينات الأخرى لنفس المادة الكيميائية إما أنّها لن تتفاعل أو قد تكون سامة للكائن الحي.

عندما يكون لجزيئين نفس البنية الجزيئية، ولكن مع تكوينات ثلاثية الأبعاد مختلفة، يمكن تعريفهما على أنّهما أيزومرات. يمكن تعريف الأيزومرات أيضًا على أنّها متشابهة و(diastereomers وepimers) ومركبات متوسطة. 

تحتوي بعض الجزيئات على مركزين مجسمين أو أكثر. تعتمد الكيمياء الفراغية الناتجة على ما إذا كانت هذه المراكز معادلة أم لا. مراكز ستيروجينيك المكافئة لها مجموعات متطابقة من البدائل. بالنسبة للمراكز غير المتكافئة، يوجد 2 ن من الأيزومرات الفراغية. بعض هذه الايزومرات عبارة عن أزواج من المتشاكلات، وهذه الأيزومرات لها تكوينات معاكسة في كل مركز، وبالتالي فهي صور معكوسة.

يطلق على جميع الأيزومرات الفراغية الأخرى دياستيريومرات. يتم تحديد تكوين كل مركز مجسم بشكل مستقل. بعد ذلك، تتم كتابة تكوين كل مركز على شكل R أو S. على سبيل المثال: متماثل الجزيء مع مركز مجسم 2S ،3R هو 2R ، 3S. أي مجموعة أخرى – 2S ، 3S أو 2R ، 3R هي دياستيريومير.

تحتوي المركبات التي تحتوي على مركزين مجسمين مكافئين أو أكثر على عدد أقل من الأيزومرات الفراغية مقارنةً بالصيغة 2n. تحتوي بعض الإيزومرات الفراغية على مستوى من التناظر وليست نشطة بصريًا؛ إنّها مركبات متوسطة. بالنسبة إلى مركزين مراوان، تكون التكوينات هي R،S، والتي هي نفسها S،R بسبب مستوى التناظر. حيث إن الأيزومرات R وR وS وS نشطة بصريًا وهي متشابهة.

التفاعلات الكيميائية في مراكز ستيروجينيك:

 

نأخذ في الاعتبار بعض تفاعلات الجزيئات اللولبية، والتي غالبًا ما تكون ذات قيمة عالية في دراسة آليات التفاعل. كما أنّها ذات أهمية كبيرة في دراسة التحفيز الإنزيمي، حيث تتفاعل جميع الإنزيمات تقريبًا مع الجزيئات الكيرالية. تفاعلات الجزيئات اللولبية التي لا تحدث في مركز ستيروجينيك.

إذا كان تفاعل المركب اللولبي لا يتشكل أو يشق أي روابط إلى المركز المجسم، فإنّ تكوين المنتج هو نفسه تكوين المادة المتفاعلة، لذلك يمكننا إنشاء التكوين المطلق لجزيئات معينة باستخدام جزيئات مرجعية ذات تكوين مطلق معروف. على سبيل المثال: يتم تحويل (2-methyl-l-butanol) إلى (1-bromo-2-methylbutane) بواسطة (HBr). لا يحدث التفاعل في المركز المجسم، لذلك، ينتج (S-2-methyl-l-butanol S-1-bromo-2-methylbutane).

يتم تحفيز العمليات الكيميائية الحيوية بواسطة الإنزيمات التي تحتوي على عدة مراكز مجسمة، وبالتالي تكون مراوان. توفر الإنزيمات بيئة مراوان تكون فيها مراكز مجسمة، وهكذا يتشكل متشاكل واحد فقط من تفاعل محفز بالإنزيم، حتى لو كان المتفاعل متفاعلًا. على سبيل المثال: يتفاعل حمض الفوماريك مع الماء في تفاعل إضافة يحفزه إنزيم فوماريز في دورة حمض الستريك ليعطي فقط (S) حمض ماليك. نعرض الأحماض الكربوكسيلية كقواعد مترافقة لها لأنّها تتأين عند درجة الحموضة، وتسمى هذه المركبات الأيونية “فومارات” و”مالات”، كما أن هذا التفاعل يحول الفومارات إلى (S) مالات.

يتشكل متماثل واحد فقط في التفاعل، ويتفاعل الأيزومر الهندسي العابر فقط في وجود فوماراس. لا يتم تحويل أيزومر (cis) غير المشبع إلى منتج رطب بواسطة (fumarase). في الواقع، لا يرتبط بالإنزيم على الإطلاق.

"