दाएँ और बाएँ हाथों की चिरायता। चिरल अणु. औषध विज्ञान में चिरलिटी
अवधारणा दाहिनी ओर- आधुनिक स्टीरियोकेमिस्ट्री में सबसे महत्वपूर्ण में से एक। एक मॉडल चिरल है यदि इसमें घूर्णन के सरल अक्षों को छोड़कर कोई समरूपता तत्व (समतल, केंद्र, दर्पण-घूर्णी अक्ष) नहीं है। ऐसे मॉडल द्वारा वर्णित अणु को हम चिरल कहते हैं (जिसका अर्थ है "हाथ जैसा", ग्रीक से) . हीरो- हाथ) इस कारण से कि, हाथों की तरह, अणु अपनी दर्पण छवियों के साथ असंगत होते हैं। चित्र में। चित्र 1 सरल चिरल अणुओं की एक श्रृंखला दिखाता है। दो तथ्य बिल्कुल स्पष्ट हैं: सबसे पहले, दिए गए अणुओं के जोड़े एक दूसरे की दर्पण छवियों का प्रतिनिधित्व करते हैं, और दूसरी बात, इन दर्पण प्रतिबिंबों को एक दूसरे के साथ जोड़ा नहीं जा सकता है। यह ध्यान दिया जाएगा कि प्रत्येक मामले में अणु में चार अलग-अलग पदार्थों के साथ एक कार्बन परमाणु होता है। ऐसे परमाणुओं को असममित कहा जाता है। एक असममित कार्बन परमाणु एक चिरल या स्टीरियोजेनिक केंद्र है। यह चिरलिटी का सबसे सामान्य प्रकार है। यदि कोई अणु चिरल है, तो यह दो आइसोमेरिक रूपों में मौजूद हो सकता है, एक वस्तु और उसकी दर्पण छवि के रूप में संबंधित और अंतरिक्ष में असंगत। ऐसे आइसोमर्स (पैरा) कहलाते हैं एनंटीओमर.
"चिरल" शब्द स्वतंत्र व्याख्या की अनुमति नहीं देता है। जब कोई अणु चिरल होता है, तो, हाथ के अनुरूप, यह या तो बाएँ हाथ का या दाएँ हाथ का होना चाहिए। जब हम किसी पदार्थ या उसके किसी नमूने को काइरल कहते हैं, तो इसका सीधा सा मतलब है कि इसमें काइरल अणु होते हैं; इसके अलावा, यह बिल्कुल भी आवश्यक नहीं है कि सभी अणु काइरैलिटी (बाएँ या दाएँ, बाएँ या दाएँ) के संदर्भ में समान हों। आर या एस, अनुभाग 1.3 देखें)। दो सीमित मामलों को प्रतिष्ठित किया जा सकता है। पहले में, नमूने में काइरैलिटी (केवल होमोचिरल) के संदर्भ में समान अणु होते हैं आरया केवल एस); ऐसे पैटर्न को कहा जाता है एनैन्टीओमेरिकली शुद्ध. दूसरे (विपरीत) मामले में, नमूने में समान संख्या में अणु होते हैं जो चिरैलिटी (हेटरोचिरल, मोलर अनुपात) के संदर्भ में भिन्न होते हैं आर: एस=1:1); ऐसा नमूना भी चिरल है, लेकिन रेस्मिक. एक मध्यवर्ती मामला भी है - एनैन्टीओमर्स का एक गैर-समकोण मिश्रण। इस मिश्रण को कहा जाता है स्केलेमिकया गैर-रेसेमिक। इस प्रकार, यह कथन कि एक स्थूल नमूना (एक व्यक्तिगत अणु के विपरीत) चिरल है, को पूरी तरह से स्पष्ट नहीं माना जाना चाहिए और इसलिए कुछ मामलों में अपर्याप्त माना जाना चाहिए। अतिरिक्त संकेत की आवश्यकता हो सकती है कि नमूना रेसमिक है या गैर-रेसमिक। इसे समझने में सटीकता की कमी से एक खास तरह की ग़लतफ़हमी पैदा होती है, उदाहरण के लिए, लेखों के शीर्षकों में, जब कुछ चिरल यौगिक के संश्लेषण की घोषणा की जाती है, लेकिन यह स्पष्ट नहीं है कि लेखक केवल इस तथ्य पर ध्यान आकर्षित करना चाहता है या नहीं लेख में चर्चा की गई संरचना की चिरायता, या क्या उत्पाद वास्तव में एक एकल एनैन्टीओमर के रूप में प्राप्त किया गया था (यानी, होमोचिरल अणुओं का एक समूह; हालांकि, इस संयोजन को होमोचिरल नमूना नहीं कहा जाना चाहिए)। इस प्रकार, चिरल गैर-रेसेमिक नमूने के मामले में, यह कहना अधिक सही है "एनेंटिओमेरिक रूप से समृद्ध"या " एनैन्टीओमेरिकली शुद्ध".
ऑप्टिकल आइसोमर्स को चित्रित करने की विधियाँ
छवि विधि को लेखक द्वारा केवल जानकारी संप्रेषित करने की सुविधा के लिए चुना गया है। चित्र 1 में, परिप्रेक्ष्य चित्रों का उपयोग करके एनैन्टीओमर्स की छवियां दी गई हैं। इस मामले में, छवि तल में पड़े कनेक्शनों को एक ठोस रेखा से खींचने की प्रथा है; विमान से परे जाने वाले कनेक्शन बिंदीदार हैं; और प्रेक्षक की ओर निर्देशित कनेक्शनों को एक मोटी रेखा से चिह्नित किया जाता है। चित्रण की यह विधि एक चिरल केंद्र वाली संरचनाओं के लिए काफी जानकारीपूर्ण है। इन्हीं अणुओं को फिशर प्रक्षेपण के रूप में दर्शाया जा सकता है। यह विधि ई. फिशर द्वारा दो या दो से अधिक चिरल केंद्रों वाली अधिक जटिल संरचनाओं (विशेष रूप से, कार्बोहाइड्रेट) के लिए प्रस्तावित की गई थी।
दर्पण विमान
चावल। 1
फिशर प्रक्षेपण सूत्रों का निर्माण करने के लिए, टेट्राहेड्रोन को घुमाया जाता है ताकि क्षैतिज विमान में पड़े दो बंधन पर्यवेक्षक की ओर निर्देशित हों, और ऊर्ध्वाधर विमान में पड़े दो बंधन पर्यवेक्षक से दूर निर्देशित हों। केवल असममित परमाणु ही छवि तल पर पड़ता है। इस मामले में, असममित परमाणु को आमतौर पर छोड़ दिया जाता है, केवल प्रतिच्छेदी रेखाओं और स्थानापन्न प्रतीकों को बरकरार रखा जाता है। प्रतिस्थापनों की स्थानिक व्यवस्था को याद रखने के लिए, एक टूटी हुई ऊर्ध्वाधर रेखा को अक्सर प्रक्षेपण सूत्रों में संरक्षित किया जाता है (ऊपरी और निचले प्रतिस्थापनों को ड्राइंग के विमान से परे हटा दिया जाता है), लेकिन ऐसा अक्सर नहीं किया जाता है। एक विशिष्ट विन्यास के साथ एक ही संरचना को चित्रित करने के विभिन्न तरीकों के उदाहरण नीचे दिए गए हैं (चित्र 2)
फिशर प्रक्षेपण
चावल। 2
आइए हम फिशर प्रक्षेपण सूत्रों के कई उदाहरण दें (चित्र 3)
(+)-(एल)-अलैनिन(-)-2-ब्यूटेनॉल (+)-( डी)-ग्लिसराल्डिहाइड
चावल। 3
चूँकि टेट्राहेड्रोन को विभिन्न पक्षों से देखा जा सकता है, प्रत्येक स्टीरियोइसोमर को बारह (!) विभिन्न प्रक्षेपण सूत्रों के साथ चित्रित किया जा सकता है। प्रक्षेपण सूत्रों को मानकीकृत करने के लिए, उन्हें लिखने के लिए कुछ नियम पेश किए गए हैं। इस प्रकार, मुख्य (नाममात्र) फ़ंक्शन, यदि यह श्रृंखला के अंत में है, आमतौर पर शीर्ष पर रखा जाता है, मुख्य श्रृंखला को लंबवत रूप से दर्शाया जाता है।
"गैर-मानक" लिखित प्रक्षेपण सूत्रों की तुलना करने के लिए, आपको प्रक्षेपण सूत्रों को बदलने के लिए निम्नलिखित नियमों को जानना होगा।
1. सूत्र को आरेखण तल से हटाया नहीं जा सकता और उसे 90° तक घुमाया नहीं जा सकता, हालाँकि इसे उनके त्रिविम रासायनिक अर्थ को बदले बिना आरेखण तल में 180° तक घुमाया जा सकता है (चित्र 4)
चावल। 4
2. एक असममित परमाणु पर प्रतिस्थापनों की दो (या कोई भी सम संख्या) पुनर्व्यवस्था सूत्र के त्रिविम रासायनिक अर्थ को नहीं बदलती है (चित्र 5)
चावल। 5
3. असममित केंद्र पर प्रतिस्थापकों की एक (या कोई विषम संख्या) पुनर्व्यवस्था ऑप्टिकल एंटीपोड के सूत्र की ओर ले जाती है (चित्र 6)
चावल। 6
4. ड्राइंग प्लेन में 90 0 तक घूमने से सूत्र एक एंटीपोडियल में बदल जाता है, जब तक कि उसी समय ड्राइंग प्लेन के सापेक्ष प्रतिस्थापन के स्थान की स्थिति नहीं बदल जाती है, यानी। मान लें कि अब पार्श्व प्रतिस्थापक ड्राइंग तल के पीछे हैं, और ऊपरी और निचले उसके सामने हैं। यदि आप बिंदीदार रेखा वाले सूत्र का उपयोग करते हैं, तो बिंदीदार रेखा का बदला हुआ अभिविन्यास आपको सीधे इसकी याद दिलाएगा (चित्र 7)
चावल। 7
5. क्रमपरिवर्तन के बजाय, प्रक्षेपण सूत्रों को किन्हीं तीन प्रतिस्थापनों को दक्षिणावर्त या वामावर्त घुमाकर रूपांतरित किया जा सकता है (चित्र 8); चौथा स्थानापन्न अपनी स्थिति नहीं बदलता है (यह ऑपरेशन दो क्रमपरिवर्तन के बराबर है):
चावल। 8
फिशर अनुमानों को उन अणुओं पर लागू नहीं किया जा सकता है जिनकी चिरलिटी काइरल केंद्र से नहीं, बल्कि अन्य तत्वों (अक्ष, तल) से संबंधित है। इन मामलों में, 3डी छवियों की आवश्यकता होती है।
डी , एल - फिशर नामकरण
हमने एक समस्या पर चर्चा की - एक समतल पर त्रि-आयामी संरचना को कैसे चित्रित किया जाए। विधि का चुनाव पूरी तरह से स्टीरियो जानकारी प्रस्तुत करने और समझने की सुविधा से तय होता है। अगली समस्या प्रत्येक व्यक्तिगत स्टीरियोआइसोमर के लिए एक नाम लिखने से संबंधित है। नाम में स्टीरियोजेनिक केंद्र के विन्यास के बारे में जानकारी प्रतिबिंबित होनी चाहिए। ऐतिहासिक रूप से, ऑप्टिकल आइसोमर्स के लिए पहला नामकरण था डी, एल- फिशर द्वारा प्रस्तावित नामकरण। 1960 के दशक तक, वर्णनकर्ताओं का उपयोग करके त्रि-आयामी 3डी फ़ार्मुलों के आधार पर समतल प्रक्षेपणों (फिशर) के आधार पर चिरल केंद्रों के विन्यास को निरूपित करना अधिक आम था। डीऔरएल. वर्तमान में डी, एल- प्रणाली का उपयोग सीमित रूप से किया जाता है - मुख्य रूप से अमीनो एसिड, हाइड्रॉक्सी एसिड और कार्बोहाइड्रेट जैसे प्राकृतिक यौगिकों के लिए। इसके अनुप्रयोग को दर्शाने वाले उदाहरण चित्र 10 में दिखाए गए हैं।
चावल। 10
α-अमीनो एसिड के लिए, विन्यास को प्रतीक द्वारा दर्शाया गया है एल, यदि फिशर प्रक्षेपण सूत्र में अमीनो - (या अमोनियम) समूह बाईं ओर स्थित है; प्रतीक डी विपरीत एनैन्टीओमर के लिए उपयोग किया जाता है। शर्करा के लिए, कॉन्फ़िगरेशन पदनाम उच्चतम संख्या वाले ओएच समूह (कार्बोनिल छोर से सबसे दूर) के अभिविन्यास पर आधारित है। यदि OH समूह को दाईं ओर निर्देशित किया गया है, तो यह एक विन्यास है डी; यदि वह बाईं ओर है - कॉन्फ़िगरेशन एल.
एक समय में, फिशर की प्रणाली ने अमीनो एसिड और शर्करा से उत्पन्न होने वाले बड़ी संख्या में प्राकृतिक यौगिकों की एक तार्किक और सुसंगत स्टीरियोकेमिकल वर्गीकरण बनाना संभव बना दिया। हालाँकि, फिशर प्रणाली की सीमाएँ, साथ ही यह तथ्य कि 1951 में एक्स-रे विवर्तन विधि चिरल केंद्र के चारों ओर समूहों की वास्तविक व्यवस्था को निर्धारित करने के लिए प्रकट हुई, जिसके कारण 1966 में एक नई, अधिक कठोर और सुसंगत प्रणाली का निर्माण हुआ। स्टीरियोइसोमर्स का वर्णन करने के लिए प्रणाली, के रूप में जाना जाता है आर, एस - काह्न-इंगोल्ड-प्रीलॉग नामकरण (केआईपी)। इंस्ट्रुमेंटेशन सिस्टम में, सामान्य रासायनिक नाम में विशेष विवरणक जोड़े जाते हैं आर या एस(पाठ में इटैलिक में), पूर्ण विन्यास को सख्ती से और स्पष्ट रूप से परिभाषित करना।
नामपद्धतिकैना-इंगोल्डा-प्रीलोगा
एक हैंडल को परिभाषित करने के लिए आर या एसकिसी दिए गए चिरल केंद्र के लिए, तथाकथित चिरायता नियम.आइए चिरल केंद्र से जुड़े चार प्रतिस्थापनों पर विचार करें। उन्हें स्टीरियोकेमिकल पूर्वता के एक समान क्रम में व्यवस्थित किया जाना चाहिए; सुविधा के लिए, आइए इन प्रतिस्थापनों को प्रतीकों ए, बी, डी और ई द्वारा निरूपित करें और यह मानने पर सहमत हों कि प्राथमिकता के सामान्य अनुक्रम में (दूसरे शब्दों में, प्राथमिकता के आधार पर) ए, बी से बड़ा है, बी, डी से बड़ा है, डी है E(A>B>D>E) से पुराना। सीआईपी चिरैलिटी नियम के लिए आवश्यक है कि मॉडल को सबसे कम प्राथमिकता वाले स्थानापन्न ई या स्टीरियोकेमिकल रूप से कनिष्ठ स्थानापन्न (छवि 11) के विपरीत पक्ष से माना जाए। फिर शेष तीन प्रतिस्थापन एक तिपाई की तरह कुछ बनाते हैं, जिसके पैर दर्शक की ओर निर्देशित होते हैं।
चावल। ग्यारह
यदि पंक्ति A>B>D में प्रतिस्थापकों की वरिष्ठता दक्षिणावर्त गिरती है (जैसा कि चित्र 11 में है), तो केंद्र को एक कॉन्फ़िगरेशन डिस्क्रिप्टर सौंपा गया है आर ( से लैटिन शब्द रेक्टस - सही)। एक अन्य व्यवस्था में, जब प्रतिस्थापकों की स्टीरियोकेमिकल प्राथमिकता वामावर्त घट जाती है, तो केंद्र को एक कॉन्फ़िगरेशन विवरणक सौंपा जाता है एस (लैटिन से भयावह - बाएं)।
फिशर अनुमानों का उपयोग करके कनेक्शन का चित्रण करते समय, स्थानिक मॉडल के निर्माण के बिना कॉन्फ़िगरेशन को आसानी से निर्धारित किया जा सकता है। सूत्र को इस प्रकार लिखा जाना चाहिए कि कनिष्ठ प्रतिस्थापक नीचे या शीर्ष पर हो, क्योंकि फिशर अनुमानों का प्रतिनिधित्व करने के नियमों के अनुसार, ऊर्ध्वाधर कनेक्शन पर्यवेक्षक से दूर निर्देशित होते हैं (चित्र 12)। यदि शेष प्रतिस्थापनों को प्राथमिकता के घटते क्रम में दक्षिणावर्त व्यवस्थित किया जाता है, तो यौगिक को इस प्रकार वर्गीकृत किया जाता है ( आर)-पंक्ति, और यदि वामावर्त, तो ( एस)-पंक्ति, उदाहरण के लिए:
चावल। 12
यदि कनिष्ठ समूह ऊर्ध्वाधर कनेक्शन पर नहीं है, तो इसे निचले समूह के साथ स्वैप किया जाना चाहिए, लेकिन याद रखें कि यह कॉन्फ़िगरेशन को उलट देता है। आप कॉन्फ़िगरेशन को बदले बिना कोई भी दो क्रमपरिवर्तन कर सकते हैं।
इस प्रकार, निर्धारण कारक है स्टीरियोकेमिकल पूर्वता . चलिए अब चर्चा करते हैं प्राथमिकता नियम, अर्थात। नियम जिसके अनुसार समूह ए, बी, डी और ई को प्राथमिकता के क्रम में स्थान दिया गया है।
वरिष्ठता की दृष्टि से अधिक से अधिक परमाणुओं को प्राथमिकता दी जाती है परमाणु संख्या।यदि संख्याएँ समान हैं (आइसोटोप के मामले में), तो उच्चतम परमाणु द्रव्यमान वाला परमाणु पुराना हो जाता है (उदाहरण के लिए, डी>एच)। सबसे छोटा "प्रतिस्थापक" एक अकेला इलेक्ट्रॉन युग्म है (उदाहरण के लिए, नाइट्रोजन में)। इस प्रकार, श्रृंखला में प्राथमिकता बढ़ जाती है: अकेला जोड़ा
एक सरल उदाहरण पर विचार करें: ब्रोमोक्लोरोफ्लोरोमेथेन CHBrCIF (चित्र 13) में एक स्टीरियोजेनिक केंद्र होता है, और दो एनैन्टीओमर्स को निम्नानुसार प्रतिष्ठित किया जा सकता है। सबसे पहले, प्रतिस्थापकों को उनकी स्टीरियोकेमिकल वरिष्ठता के अनुसार क्रमबद्ध किया जाता है: परमाणु संख्या जितनी अधिक होगी, प्रतिस्थापक उतना ही पुराना होगा। इसलिए, इस उदाहरण में, Br > C1 > F > H, जहां ">" का अर्थ है "अधिक पसंदीदा" (या "पुराना")। अगला कदम अणु को सबसे छोटे पदार्थ, इस मामले में हाइड्रोजन, के विपरीत पक्ष से देखना है। यह देखा जा सकता है कि शेष तीन प्रतिस्थापन त्रिभुज के कोनों में स्थित हैं और पर्यवेक्षक की ओर निर्देशित हैं। यदि प्रतिस्थापकों की इस तिकड़ी की वरिष्ठता दक्षिणावर्त घटती है, तो इस एनैन्टीओमर को इस रूप में नामित किया जाता है आर. एक अन्य व्यवस्था में, जब प्रतिस्थापकों की वरिष्ठता वामावर्त घट जाती है, तो एनैन्टीओमर को इस प्रकार नामित किया जाता है एस. पदनाम आर और एस इटैलिक में लिखें और संरचना के नाम से पहले कोष्ठक में रखा गया है। इस प्रकार, जिन दो एनैन्टीओमर्स पर विचार किया गया उनके नाम हैं ( एस)-ब्रोमोक्लोरोफ्लोरोमेथेन और ( आर)-ब्रोमोक्लोरोफ्लोरोमेथेन।
चावल। 13
2. यदि दो, तीन या सभी चार समान परमाणु सीधे एक असममित परमाणु से जुड़े होते हैं, तो वरिष्ठता दूसरे बेल्ट के परमाणुओं द्वारा स्थापित की जाती है, जो अब चिरल केंद्र से नहीं जुड़े हैं, बल्कि उन परमाणुओं से जुड़े हैं जिनकी वरिष्ठता समान थी।
चावल। 14
उदाहरण के लिए, 2-ब्रोमो-3-मिथाइल-1-ब्यूटेनॉल (चित्र 14) के अणु में, उच्चतम और सबसे कम प्रतिस्थापन को पहले बेल्ट द्वारा आसानी से निर्धारित किया जाता है - ये क्रमशः ब्रोमीन और हाइड्रोजन हैं। लेकिन सीएच 2 ओएच और सीएच (सीएच 3) 2 समूहों के पहले परमाणु के आधार पर वरिष्ठता स्थापित करना संभव नहीं है, क्योंकि दोनों ही मामलों में यह एक कार्बन परमाणु है। यह निर्धारित करने के लिए कि कौन सा समूह पुराना है, अनुक्रम नियम फिर से लागू किया जाता है, लेकिन अब अगले बेल्ट के परमाणुओं पर विचार किया जाता है। घटती प्राथमिकता के क्रम में लिखे गए परमाणुओं के दो सेटों (दो त्रिक) की तुलना करें। वरिष्ठता अब पहले बिंदु से निर्धारित होती है जहां अंतर पाया जाता है। समूह साथएच 2 ओएच - ऑक्सीजन, हाइड्रोजन, हाइड्रोजन साथ(के बारे मेंएनएन) या संख्या 6 में( 8 ग्यारह)। समूह साथएच(सीएच 3) 2 - कार्बन, कार्बन, हाइड्रोजन साथ(साथसीएच) या 6( 6 61). अंतर के पहले बिंदु पर जोर दिया गया है: ऑक्सीजन कार्बन (परमाणु संख्या में) से पुराना है, इसलिए सीएच 2 ओएच समूह सीएच (सीएच 3) 2 से पुराना है। चित्र 14 में दिखाए गए एनैन्टीओमर के विन्यास को अब इस प्रकार दर्शाया जा सकता है ( आर).
यदि इस तरह की प्रक्रिया से एक स्पष्ट पदानुक्रम का निर्माण नहीं होता है, तो इसे केंद्रीय परमाणु से बढ़ती दूरी पर जारी रखा जाता है, जब तक कि अंत में, मतभेद सामने नहीं आते हैं और सभी चार प्रतिस्थापनों को उनकी वरिष्ठता प्राप्त नहीं होती है। इस मामले में, वरिष्ठता के समन्वय के चरणों में से किसी एक या किसी अन्य डिप्टी द्वारा अर्जित किसी भी वरीयता को अंतिम माना जाता है और बाद के चरणों में पुनर्मूल्यांकन के अधीन नहीं है।
3. यदि अणु में शाखा बिंदु हैं, तो परमाणुओं की वरिष्ठता स्थापित करने की प्रक्रिया उच्चतम वरिष्ठता की आणविक श्रृंखला के साथ जारी रखी जानी चाहिए। मान लीजिए हमें चित्र 15 में दिखाए गए दो प्रतिस्थापनों की पूर्वता का क्रम निर्धारित करने की आवश्यकता है। यह स्पष्ट है कि समाधान न तो पहले (C), न ही दूसरे (C, C, H) या तीसरे (C, H, F, C, H, Br) परतों में प्राप्त नहीं होगा। इस मामले में, आपको चौथी परत पर जाना होगा, लेकिन यह पथ के साथ किया जाना चाहिए, जिसका लाभ तीसरी परत (बीआर > एफ) में स्थापित होता है। इसलिए डिप्टी की प्राथमिकता पर फैसला मेंडिप्टी के ऊपर एइस आधार पर किया जाता है कि उस शाखा के लिए चौथी परत में Br >CI, जिसमें संक्रमण तीसरी परत में वरिष्ठता द्वारा निर्धारित होता है, न कि इस आधार पर कि चौथी परत में I परमाणु की परमाणु संख्या सबसे अधिक है ( जो कम पसंदीदा है और इसलिए अध्ययन के अंतर्गत शाखा नहीं है)।
चावल। 15
4. एकाधिक कनेक्शनों को संबंधित सरल कनेक्शनों के योग के रूप में दर्शाया जाता है। इस नियम के अनुसार, एकाधिक बंधन से जुड़े प्रत्येक परमाणु को एकाधिक बंधन के दूसरे छोर पर स्थित उसी प्रकार का एक अतिरिक्त "प्रेत" परमाणु (या परमाणु) सौंपा जाता है। पूरक (अतिरिक्त या प्रेत) परमाणु कोष्ठक में संलग्न होते हैं और माना जाता है कि अगली परत में कोई प्रतिस्थापन नहीं होता है। उदाहरण के तौर पर, निम्नलिखित समूहों के प्रतिनिधित्व पर विचार करें (चित्र 16)।
समूह प्रस्तुति
चावल। 16
5. प्रतिस्थापकों की संख्या में कृत्रिम वृद्धि तब भी आवश्यक होती है जब प्रतिस्थापी (लिगैंड) बाइडेंटेट (या ट्राई- या टेट्राडेंटेट) हो, और तब भी जब प्रतिस्थापी में चक्रीय या बाइसिकल टुकड़ा हो। ऐसे मामलों में, चक्रीय संरचना की प्रत्येक शाखा को शाखा बिंदु के बाद काटा जाता है [जहां यह स्वयं में विभाजित होता है], और शाखा बिंदु परमाणु को कट के परिणामस्वरूप श्रृंखला के अंत में (कोष्ठक में) रखा जाता है। चित्र 17 में, टेट्राहाइड्रोफ्यूरान (टीएचएफ) व्युत्पन्न के उदाहरण का उपयोग करते हुए, एक बिडेंटेट (चक्रीय) प्रतिस्थापन के मामले पर विचार किया जाता है। पाँच-सदस्यीय वलय की दोनों भुजाओं को (व्यक्तिगत रूप से) एक चिरल परमाणु के साथ बंधन पर काटा जाता है, जिसे बाद में दो नवगठित श्रृंखलाओं में से प्रत्येक के अंत में जोड़ा जाता है। इसे विच्छेदन के परिणामस्वरूप देखा जा सकता है एएक काल्पनिक प्रतिस्थापी -CH 2 OCH 2 CH 2 -(C) प्राप्त होता है, जो अंत में प्रेत (C) के लाभ के कारण वास्तविक अचक्रीय प्रतिस्थापी -CH 2 OCH 2 CH 3 से पुराना हो जाता है। पहला स्थानापन्न. इसके विपरीत, विच्छेदन के परिणामस्वरूप गठित मेंकाल्पनिक लिगैंड -सीएच 2 सीएच 2 ओसीएच 2 - (सी) वास्तविक प्रतिस्थापन -सीएच 2 सीएच 2 ओसीएच 2 सीएच 3 की तुलना में वरिष्ठता में कम हो जाता है, क्योंकि बाद वाले में टर्मिनल कार्बन से तीन हाइड्रोजन परमाणु जुड़े होते हैं, जबकि इस परत में पूर्व का कोई नहीं है। नतीजतन, प्रतिस्थापकों की पूर्वता के स्थापित क्रम को ध्यान में रखते हुए, किसी दिए गए एनैन्टीओमर के लिए कॉन्फ़िगरेशन प्रतीक प्राप्त होता है एस.
वरिष्ठता निर्धारित करें डिप्टी ए
में>ए
डिप्टी ए
चित्र.17
चावल। 18
चक्रीय प्रतिस्थापन के काटने का एक समान मामला चित्र में यौगिक के उदाहरण से दर्शाया गया है। 18 जहां संरचना मेंसाइक्लोहेक्सिल रिंग (संरचना में) की व्याख्या को दर्शाता है ए). इस मामले में, सही पूर्वता क्रम di- है एन-हेसिलमिथाइल > साइक्लोहेक्सिल > डि- एन-पेंटाइलमिथाइल > एन.
अब हम फिनाइल (चित्र 19 संरचना) जैसे प्रतिस्थापन पर विचार करने के लिए पर्याप्त रूप से तैयार हैं ए). हमने ऊपर प्रत्येक एकाधिक कनेक्शन खोलने की योजना पर चर्चा की। चूँकि (किसी भी केकुले संरचना में) छह कार्बन परमाणुओं में से प्रत्येक दूसरे कार्बन परमाणु से दोहरा बंधा होता है, तो (केआईपी प्रणाली में) रिंग के प्रत्येक कार्बन परमाणु में "प्रतिस्थापन" के रूप में एक अतिरिक्त कार्बन होता है। अंगूठी इस तरह से पूरक है (चित्र 19, संरचना)। में) फिर चक्रीय प्रणालियों के नियमों के अनुसार विस्तारित किया जाता है। परिणामस्वरूप, विच्छेदन का वर्णन चित्र 19, संरचना में दिखाए गए आरेख द्वारा किया गया है साथ.
चावल। 19
6. अब हम चिरल यौगिकों पर विचार करेंगे जिनमें प्रतिस्थापनों के बीच अंतर भौतिक या संवैधानिक प्रकृति का नहीं है, बल्कि विन्यास में अंतर तक कम हो गया है। एक से अधिक किरल केंद्र वाले यौगिकों पर नीचे चर्चा की जाएगी (धारा 1.4 देखें)। यहां हम उन प्रतिस्थापनों पर बात करेंगे जो भिन्न हैं सीआईएस-ट्रांस- आइसोमेरिज्म (ओलेफ़िन प्रकार)। प्रीलॉग और हेल्मचेन के अनुसार, ओलेफिन लिगैंड जिसमें वरिष्ठ स्थानापन्न स्थित होता है उसी तरफओलेफिन के दोहरे बंधन से, जो कि चिरल केंद्र है, लिगैंड पर एक फायदा होता है जिसमें वरिष्ठ प्रतिस्थापन होता है ट्रांस-चिरल केंद्र की ओर स्थिति। इस स्थिति का शास्त्रीय से कोई लेना-देना नहीं है सिस-पार, न तो इ-Z-डबल बॉन्ड कॉन्फ़िगरेशन के लिए नामकरण। उदाहरण चित्र 20 में दिखाए गए हैं।
चावल। 20
एकाधिक चिरल केंद्रों वाले यौगिक
यदि एक अणु में दो चिरल केंद्र हैं, तो चूंकि प्रत्येक केंद्र में हो सकते हैं (आर)- या ( एस)-विन्यास, चार आइसोमर्स का अस्तित्व संभव है - आर.आर., एसएस, आर.एस. और एस.आर.:
चावल। 21
चूँकि अणु में केवल एक दर्पण छवि होती है, यौगिक का एनैन्टीओमर होता है (आर.आर.) केवल एक आइसोमर हो सकता है (एसएस). इसी प्रकार, एनैन्टीओमर्स की एक और जोड़ी आइसोमर्स बनाती है (आर.एस.) और (एस.आर.). यदि केवल एक असममित केंद्र का विन्यास बदलता है, तो ऐसे आइसोमर्स कहलाते हैं डायस्टेरोमर्सडायस्टेरोमर्स स्टीरियोइसोमर्स हैं जो एनैन्टीओमर्स नहीं हैं। तो, डायस्टेरोमेरिक जोड़े (आर.आर.)/(आर.एस.), (आर.आर.)/(एस.आर.), (एसएस)/(आर.एस.) और (एसएस)/(एस.आर.). हालाँकि सामान्य तौर पर दो चिरल केंद्रों का संयोजन चार आइसोमर्स का उत्पादन करता है, एक ही रासायनिक संरचना के केंद्रों का संयोजन केवल तीन आइसोमर्स का उत्पादन करता है: (आर.आर.) और (एसएस), एनैन्टीओमर होना, और (आर.एस.), दोनों एनैन्टीओमर्स के लिए डायस्टेरोमेरिक (आर.आर.) और (एसएस). एक विशिष्ट उदाहरण टार्टरिक एसिड (चित्र 22) है, जिसमें केवल तीन आइसोमर्स हैं: एनैन्टीओमर्स की एक जोड़ी और मेसो फॉर्म.
चावल। 22
मेसो-वाइनएसिड है (आर, एस) आइसोमर, जो ऑप्टिकली निष्क्रिय है, क्योंकि दो दर्पण-सममित टुकड़ों के संयोजन से समरूपता के एक विमान की उपस्थिति होती है (ए)। मेसो-वाइनएसिड मेसो विन्यास के एक अचिरल यौगिक का एक उदाहरण है, जो समान संख्या में चिरल तत्वों से बना है जो संरचना में समान हैं लेकिन पूर्ण विन्यास में भिन्न हैं।
यदि अणु है पीचिरल केंद्रों में, स्टीरियोइसोमर्स की अधिकतम संख्या की गणना सूत्र 2 का उपयोग करके की जा सकती है एन; हालाँकि, कभी-कभी मेसो रूपों की उपस्थिति के कारण आइसोमर्स की संख्या कम होगी।
दो असममित कार्बन परमाणुओं वाले अणुओं के स्टीरियोइसोमर्स के नाम के लिए, जिनमें से प्रत्येक पर दो प्रतिस्थापन समान हैं, और तीसरे भिन्न हैं, उपसर्गों का अक्सर उपयोग किया जाता है एरिथ्रो-और तिकड़ी- शर्करा एरिथ्रोस और थ्रोस के नाम से। ये उपसर्ग पूरे सिस्टम को चित्रित करते हैं, न कि प्रत्येक चिरल केंद्र को अलग से। जोड़े में फिशर अनुमानों का उपयोग करते हुए ऐसे कनेक्शनों को चित्रित करते समय एरिथ्रो-आइसोमर्स, समान समूह एक तरफ स्थित होते हैं, और यदि विभिन्न समूह (नीचे दिए गए उदाहरण में C1 और Br) समान होते, तो मेसो फॉर्म प्राप्त होता। के साथ रखा तीन-आइसोमर्स, समान समूह अलग-अलग पक्षों पर स्थित होते हैं, और यदि अलग-अलग समूह समान होते, तो नई जोड़ी एक एनैन्टीओमेरिक जोड़ी बनी रहती।
चावल। 23
ऊपर चर्चा किए गए यौगिकों के सभी उदाहरणों में चिरायता का केंद्र है। ऐसा केंद्र एक असममित कार्बन परमाणु है। हालाँकि, अन्य परमाणु (सिलिकॉन, फॉस्फोरस, सल्फर) भी चिरायता का केंद्र हो सकते हैं, उदाहरण के लिए, मिथाइलनैफ्थिलफेनिलसिलेन, ओ-एनिसिलमेथिलफेनिलफॉस्फ़ीन, मिथाइल पी-टोलिल सल्फ़ोक्साइड (चित्र 24) में।
चावल। 24
चिरल केंद्रों की कमी वाले अणुओं की चिरलिटी
किसी अणु की चिरलिटी के लिए एक आवश्यक और पर्याप्त शर्त उसकी दर्पण छवि के साथ उसकी असंगति है। एक अणु में एकल (विन्यासात्मक रूप से स्थिर) चिरल केंद्र की उपस्थिति चिरलिटी के अस्तित्व के लिए पर्याप्त, लेकिन बिल्कुल भी आवश्यक नहीं है। आइए हम चिरल अणुओं पर विचार करें जिनमें चिरल केंद्रों की कमी है। कुछ उदाहरण चित्र 25 और 26 में दिखाए गए हैं।
चावल। 25
चावल। 26
ये चिरैलिटी अक्षों वाले यौगिक हैं ( अक्षीय प्रकार की चिरलिटी): एलेन्स; एल्काइलिडेनेसाइक्लोअल्केन्स; स्पाइरेन्स; तथाकथित एट्रोपोइसोमर्स (बाइफेनिल और इसी तरह के यौगिक, जिनकी चिरलिटी एक एकल बंधन के चारों ओर घूमने में बाधा के कारण उत्पन्न होती है)। चिरैलिटी का एक अन्य तत्व चिरैलिटी प्लेन है ( तलीय चिरैलिटी). ऐसे यौगिकों के उदाहरण एएनएसए यौगिक हैं (जिसमें ऐलिसाइक्लिक वलय सुगंधित वलय के घूमने के लिए बहुत छोटा है); पैरासाइक्लोफेन्स; मेटालोसीन। अंत में, एक अणु की चिरलिटी आणविक संरचना के पेचदार संगठन से संबंधित हो सकती है। अणु स्वयं को बाएं हाथ या दाएं हाथ के हेलिक्स में लपेट सकता है। इस मामले में, हम हेलीसिटी (सर्पिल प्रकार की चिरैलिटी) के बारे में बात करते हैं।
किसी अणु के विन्यास को निर्धारित करने के लिए चिरलिटी अक्ष,अनुक्रम नियम में एक अतिरिक्त बिंदु शामिल करना आवश्यक है: पर्यवेक्षक के निकटतम समूहों को पर्यवेक्षक से दूरस्थ समूहों की तुलना में पुराना माना जाता है। यह जोड़ अवश्य किया जाना चाहिए, क्योंकि अक्षीय चिरलिटी वाले अणुओं के लिए अक्ष के विपरीत छोर पर समान प्रतिस्थापन की उपस्थिति स्वीकार्य है। चित्र में दिखाए गए अणुओं पर इस नियम का अनुप्रयोग। 25, चित्र में दिखाया गया है। 27.
चावल। 27
सभी मामलों में, अणुओं को बाईं ओर चिरल अक्ष के साथ देखा जाता है। यह समझना चाहिए कि यदि अणुओं को दाईं ओर माना जाता है, तो कॉन्फ़िगरेशन विवरणक वही रहेगा। इस प्रकार, चार समर्थन समूहों की स्थानिक व्यवस्था आभासी टेट्राहेड्रोन के शीर्षों से मेल खाती है और इसे संबंधित अनुमानों (चित्र 27) का उपयोग करके दर्शाया जा सकता है। उपयुक्त विवरणक निर्धारित करने के लिए हम मानक नियमों का उपयोग करते हैं आर, एस- नामपद्धति। बाइफिनाइल के मामले में, यह ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि मानक अनुक्रम नियमों के उल्लंघन में, रिंग में प्रतिस्थापन को केंद्र (जिसके माध्यम से चिरल अक्ष गुजरता है) से परिधि तक माना जाता है। तो, चित्र में बाइफिनाइल के लिए। 25 दाएँ रिंग में प्रतिस्थापकों का सही क्रम C-OSH 3 >C-H; क्लोरीन परमाणु इतना दूर है कि उसे ध्यान में नहीं रखा जा सकता। यदि अणु को दाहिनी ओर से देखा जाए तो सहायक परमाणु (जिनके द्वारा विन्यास चिन्ह निर्धारित होता है) समान हो जाते हैं। कभी-कभी वर्णनकर्ताओं का उपयोग अक्षीय चिरलिटी को अन्य प्रकारों से अलग करने के लिए किया जाता है एआरऔर जैसा (या आर एऔर एस ए), हालाँकि उपसर्ग का उपयोग " ए»अनिवार्य नहीं है.
वैकल्पिक रूप से, चिरैलिटी अक्ष वाले अणुओं को पेचदार माना जा सकता है, और उनके विन्यास को प्रतीकों द्वारा दर्शाया जा सकता है आरऔर एम. इस मामले में, कॉन्फ़िगरेशन को निर्धारित करने के लिए, संरचना के आगे और पीछे (पर्यवेक्षक से दूर) दोनों हिस्सों में केवल सर्वोच्च प्राथमिकता वाले प्रतिस्थापनों पर विचार किया जाता है (चित्र 27 में प्रतिस्थापन 1 और 3)। यदि सर्वोच्च प्राथमिकता वाले फ्रंट डिप्टी 1 से प्राथमिकता वाले रियर डिप्टी 3 में संक्रमण दक्षिणावर्त है, तो यह कॉन्फ़िगरेशन है आर; यदि वामावर्त, यह विन्यास है एम.
चित्र में. 26 अणुओं को साथ दिखाता है चिरायता के विमान. चिरल तल की परिभाषा चिरलिटी के केंद्र और अक्ष की परिभाषा जितनी आसान और स्पष्ट नहीं है। यह एक ऐसा तल है जिसमें अणु के यथासंभव अधिक परमाणु होते हैं, लेकिन सभी नहीं। वास्तव में, चिरायता इसलिए होती है क्योंकि (और केवल इसलिए) कम से कम एक प्रतिस्थापन (आमतौर पर अधिक) चिरायता के तल में नहीं होता है। इस प्रकार, अनसा-यौगिक का चिरल तल एबेंजीन रिंग का तल है. पैरासाइक्लोफेन में मेंसबसे प्रतिस्थापित (निचली) रिंग को चिरल विमान माना जाता है। समतल चिरल अणुओं के लिए एक विवरणक निर्धारित करने के लिए, एक तल को परमाणु के निकटतम भाग से देखा जाता है, लेकिन समतल में नहीं (यदि दो या अधिक उम्मीदवार हैं, तो सर्वोच्च प्राथमिकता वाले परमाणु के सबसे निकट वाले को चुना जाता है) अनुक्रम नियमों के अनुसार)। यह परमाणु, जिसे कभी-कभी परीक्षण या पायलट परमाणु भी कहा जाता है, चित्र 26 में एक तीर द्वारा दर्शाया गया है। फिर, यदि उच्चतम प्राथमिकता वाले तीन लगातार परमाणु (ए, बी, सी) चिरल विमान में एक टूटी हुई रेखा बनाते हैं, दक्षिणावर्त झुकते हैं, तो यौगिक का विन्यास पीआर (या आर पी), और यदि पॉलीलाइन वामावर्त झुकती है, तो कॉन्फ़िगरेशन डिस्क्रिप्टर पी.एस.(या एस पी). अक्षीय चिरलिटी की तरह समतलीय चिरैलिटी को वैकल्पिक रूप से एक प्रकार की चिरैलिटी माना जा सकता है। हेलिक्स की दिशा (विन्यास) निर्धारित करने के लिए, जैसा कि ऊपर परिभाषित किया गया है, परमाणु ए, बी और सी के साथ पायलट परमाणु पर विचार करना चाहिए। इससे यह स्पष्ट है कि पीआर- कनेक्शन मेल खाता है आर-,ए पी.एस.- सम्बन्ध - एम– हेलीकॉप्टर.
संरचनात्मक आइसोमर्स के साथ-साथ, अल्केन्स की श्रृंखला में स्थानिक आइसोमर्स भी होते हैं। इसे उदाहरण के तौर पर 3-मिथाइलहेक्सेन का उपयोग करके चित्रित किया जा सकता है।
कार्बन परमाणु, जिसे C* नामित किया गया है, चार अलग-अलग समूहों से जुड़ा है। इस हाइड्रोकार्बन में, परमाणुओं के बंधन के समान क्रम के साथ, एल्काइल समूह C* कार्बन परमाणु के आसपास के स्थान में अलग-अलग रूप से स्थित हो सकते हैं। एक समतल पर स्थानिक आइसोमर्स को चित्रित करने के कई तरीके हैं (चित्र 6.1, 6.2)।
चावल। 6.1. "वेजेज़" का उपयोग करके त्रि-आयामी छवि
चावल। 6.2. फिशर प्रक्षेपण सूत्र
चित्र 6.2 में, C* कार्बन परमाणु केंद्र में है, क्षैतिज रेखा C* कार्बन और चित्र तल के सामने उभरे समूहों के बीच के बंधन को इंगित करती है, और C* परमाणु और पीछे स्थित समूहों के बीच ऊर्ध्वाधर रेखा दर्शाती है चित्र विमान. फिशर प्रक्षेपणों को ड्राइंग तल में केवल 180° तक ही घुमाया जा सकता है, लेकिन 90° या 270° तक नहीं। ये सूत्र दो भिन्न यौगिकों का प्रतिनिधित्व करते हैं। वे एक-दूसरे से उसी तरह भिन्न होते हैं जैसे कोई वस्तु और उसकी दर्पण छवि, या बाएँ और दाएँ हाथ की तरह। बाएँ और दाएँ हाथ दो वस्तुएँ हैं जो एक-दूसरे से बहुत मिलती-जुलती हैं, लेकिन उन्हें संयोजित करना असंभव है (बाएँ दस्ताने को दाएँ हाथ पर न रखें), जिसका अर्थ है कि वे दो अलग-अलग वस्तुएँ हैं।
दो यौगिक: एक वस्तु और उसकी दर्पण छवि (I और II), एक दूसरे के साथ असंगत, एनैन्टीओमर्स कहलाते हैं (ग्रीक "एनेंटियो" से - विपरीत)।
किसी यौगिक के एनैन्टीओमर्स के रूप में अस्तित्व में रहने के गुण को चिरैलिटी (ग्रीक "चिरोस" - हाथ से) कहा जाता है, और यौगिक को स्वयं चिरल कहा जाता है।
3-मिथाइलहेक्सेन अणु में समरूपता का तल नहीं होता है और इसलिए यह एनैन्टीओमर्स के रूप में मौजूद हो सकता है (चित्र 6.1 देखें)।
यदि किसी अणु में समरूपता का तल नहीं है तो उसमें चिरत्व होता है। ऐसे कई संरचनात्मक तत्व हैं जो एक अणु को उसकी दर्पण छवि के समान नहीं बना सकते हैं। इनमें से सबसे महत्वपूर्ण है चिरल कार्बन परमाणु।
एक चिरल परमाणु या चिरल केंद्र एक कार्बन परमाणु है जो चार अलग-अलग समूहों से जुड़ा होता है और इसे C* नामित किया जाता है।
एक अणु जिसमें कार्बन परमाणु पर दो या दो से अधिक समान समूह होते हैं, उसमें समरूपता का एक तल होता है और इसलिए, उसमें चिरायता नहीं होती है, क्योंकि अणु और उसकी दर्पण छवि समान होती है। ऐसे अणुओं को कहा जाता है अचिरल .
उदाहरण के लिए, आइसोपेंटेन एनैन्टीओमर्स के रूप में मौजूद नहीं हो सकता है और इसमें चिरलिटी नहीं है।
एक को छोड़कर, एनैन्टीओमर्स समान भौतिक गुण प्रदर्शित करते हैं। उदाहरण के लिए, 2-ब्रोमोब्यूटेन अणु दो एनैन्टीओमर्स के रूप में मौजूद है। उनके क्वथनांक, गलनांक, घनत्व, घुलनशीलता और अपवर्तनांक समान होते हैं। समतल-ध्रुवीकृत प्रकाश के घूर्णन के संकेत से एक एनैन्टीओमर को दूसरे से अलग किया जा सकता है। एनैन्टीओमर्स ध्रुवीकृत प्रकाश के तल को एक ही कोण से, लेकिन अलग-अलग दिशाओं में घुमाते हैं: एक - दक्षिणावर्त, दूसरा - एक ही कोण से, लेकिन वामावर्त।
एनैन्टीओमर्स में समान रासायनिक गुण होते हैं, और उन अभिकर्मकों के साथ उनकी बातचीत की दर जिनमें चिरलिटी नहीं होती है, समान होती है। वैकल्पिक रूप से सक्रिय अभिकर्मक के साथ प्रतिक्रिया के मामले में, एनैन्टीओमर्स की प्रतिक्रिया दरें भिन्न होती हैं। कभी-कभी वे इतने भिन्न होते हैं कि किसी दिए गए अभिकर्मक की किसी एक एनैन्टीओमर्स के साथ प्रतिक्रिया ही नहीं होती है।
जीवन के लिए महत्वपूर्ण और आवश्यक कई अणु दो रूपों में मौजूद हैं। ये दोनों आकृतियाँ चिरल हैं क्योंकि एक आदर्श समतल दर्पण में उनकी छवियाँ आरोपित नहीं की जा सकतीं। वे बाएँ और दाएँ हाथ की तरह एक दूसरे से संबंधित हैं। इसीलिए यह संपत्ति कहलाती है दाहिनी ओर(ग्रीक चेयर से - हाथ)।
अणुओं के दो रूप कहलाते हैं एनंटीओमरया ऑप्टिकल आइसोमर्स. एनैन्टीओमर्स में चिरायता की विपरीत भावना होती है, अर्थात। विपरीत विन्यास. एनैन्टीओमर में से एक समतल-ध्रुवीकृत प्रकाश के ध्रुवीकरण के तल को दाईं ओर घुमाता है, और दूसरा एनैन्टीओमर बाईं ओर बिल्कुल उसी कोण से घूमता है।
किसी क्रिस्टल या अणु की चिरलिटी उसके द्वारा निर्धारित होती है समरूपता. अणु अचिरल (गैर-चिरल), यदि और केवल यदि यह है अनुचित घूर्णन की धुरी, अर्थात्, n-गुना घूर्णन (360°/n द्वारा घूर्णन) जिसके बाद इस अक्ष के लंबवत समतल में परावर्तन होता है, अणु को स्वयं पर प्रतिबिंबित करता है। तो अणु chiral, यदि इसमें ऐसी कोई धुरी नहीं है, अर्थात। यदि पहचान परिवर्तन के अलावा कोई समरूपता संचालन नहीं है जो अणु को स्वयं पर प्रतिबिंबित करेगा। चूँकि काइरल अणुओं में इस प्रकार की समरूपता नहीं होती, इसलिए उन्हें कहा जाता है विषम. वे आवश्यक रूप से असममित नहीं हैं (अर्थात, समरूपता के बिना), क्योंकि उनके अन्य प्रकार भी हो सकते हैं समरूपता. हालाँकि, सभी अमीनो एसिड (ग्लाइसिन को छोड़कर) और कई शर्करा वास्तव में असममित और असममित दोनों हैं।
चिरायता और जीवन
कार्य करने के लिए लगभग सभी जैविक पॉलिमर को होमोचिरल होना चाहिए (उनके सभी घटक मोनोमर्स की दिशा समान होती है। इस्तेमाल किया जाने वाला एक अन्य शब्द ऑप्टिकली शुद्ध या 100% ऑप्टिकली सक्रिय है)। प्रोटीन में सभी अमीनो एसिड बाएं हाथ के होते हैं, जबकि डीएनए, आरएनए और चयापचय मार्गों में सभी शर्करा दाएं हाथ के होते हैं।
50% दाएं और 50% बाएं रूपों से बने मिश्रण को कहा जाता है रेसमेटया मिश्रण का गुच्छा. रेसेमिक पॉलीपेप्टाइड्स एंजाइमों के लिए आवश्यक विशेष आकार नहीं बना सकते क्योंकि उनकी साइड चेन बेतरतीब ढंग से चिपक जाती हैं। इसके अलावा, गलत काइरैलिटी वाला एक अमीनो एसिड प्रोटीन में स्थिर α-हेलिक्स को नष्ट कर देता है। डीएनए एक पेचदार रूप में स्थिर नहीं हो सकता है यदि गलत चिरलिटी वाला एक भी मोनोमर होता - तो उसके लिए लंबी श्रृंखला बनाना असंभव होता। इसका मतलब यह है कि डीएनए अधिक जानकारी संग्रहीत करने और जीवन का समर्थन करने में सक्षम नहीं होगा।
पारंपरिक रसायन विज्ञान रेसमेट पैदा करता है
कार्बनिक रसायन विज्ञान पर एक सम्मानित पाठ्यपुस्तक सार्वभौमिक रासायनिक नियम को साहसपूर्वक बताती है:
"एचिरल अभिकर्मकों से चिरल यौगिकों के संश्लेषण से हमेशा रेसमिक संशोधन होता है।"
"ऑप्टिकल निष्क्रिय अभिकर्मक ऑप्टिकली निष्क्रिय उत्पाद उत्पन्न करते हैं"यह ऊष्मागतिकी के नियमों का परिणाम है। दाएँ हाथ और बाएँ हाथ वाले रूपों में समान मुक्त ऊर्जा (G) होती है, इसलिए मुक्त ऊर्जा अंतर (ΔG) शून्य होता है। रासायनिक संतुलन स्थिरांक (K) एक मात्रा है जो रासायनिक संतुलन प्राप्त होने पर सिस्टम में पदार्थों की सांद्रता के बीच पारस्परिक निर्भरता को व्यक्त करता है। किसी भी प्रतिक्रिया के लिए संतुलन स्थिरांक (K) सक्रिय पदार्थ में उत्पादों की सांद्रता का संतुलन अनुपात है। किसी भी केल्विन तापमान (टी) पर इन दो तत्वों के बीच प्रतिक्रिया को मानक सूत्र का उपयोग करके दर्शाया जाता है:
के = क्स्प (-Δजी/आरटी)
जहां R पूर्ण गैस स्थिरांक है (=एवोगैड्रो संख्या* बोल्ट्जमैन स्थिरांक k) = 8.314 J/K.mol
एक प्रतिक्रिया के लिए "बाएं हाथ" अमीनो एसिड को "दाएं हाथ" (एल → आर), या इसके विपरीत (आर → एल), Δ जी = 0, इसलिए के = 1 में बदलना। इस प्रकार, प्रतिक्रिया संतुलन तक पहुंच जाती है जब एकाग्रता अणुओं के "बाएँ हाथ" और "दाएँ" रूप समान हैं, अर्थात। एक रेसमेट उत्पन्न होता है। यह उपरोक्त पाठ्यपुस्तक नियम की व्याख्या करता है।
बाएँ रूपों को दाएँ से अलग करना
रेसमेट को हल करने के लिए (अर्थात, दो एनैन्टीओमर्स को अलग करें), एक और होमोचिरल पदार्थ पेश किया जाना चाहिए। प्रक्रिया को कार्बनिक रसायन विज्ञान की पाठ्यपुस्तक में समझाया गया है। विचार यह है कि किसी पदार्थ के "बाएं हाथ" और "दाएं हाथ" रूपों में समान गुण होते हैं, सिवाय चिरल घटना से निपटने के। एक सादृश्य: हमारे बाएँ और दाएँ हाथ एक ही वस्तु को पकड़ते हैं, जैसे कि बेसबॉल का बल्ला, लेकिन चिरल वस्तुओं के लिए अलग-अलग तरह से फिट होते हैं, जैसे कि बाएँ हाथ का दस्ताना। इस प्रकार, रेसमेट को हल करने के लिए, एक रसायनज्ञ आमतौर पर जीवित जीवों से तैयार होमोचिरल पदार्थ का उपयोग करता है। आर और एल एनैन्टीओमर्स के प्रतिक्रिया उत्पाद विशेष रूप से दाएं हाथ वाली आर´ प्रजातियों, यानी, आर-आर´ और एल-आर´ (जिन्हें डायस्टेरियोसोमर्स कहा जाता है) के साथ, एक दूसरे की दर्पण छवियां नहीं हैं। इस प्रकार, उनके अलग-अलग भौतिक गुण हैं, जैसे पानी में घुलनशीलता, जिसका अर्थ है कि उन्हें अलग किया जा सकता है।
हालाँकि, यह जीवित जीवों में ऑप्टिकल गतिविधि की मूल उत्पत्ति के रहस्य को नहीं सुलझाता है। हालिया अंतर्राष्ट्रीय सम्मेलन "समलैंगिकता और जीवन की उत्पत्ति"स्पष्ट रूप से पता चला कि इस चिरायता की उत्पत्ति विकासवादियों के लिए एक पूर्ण रहस्य है। एन मोनोमर्स से एक होमोचिरल पॉलिमर के यादृच्छिक गठन की संभावना 2-एन है। 100 अमीनो एसिड के एक छोटे प्रोटीन के लिए, यह संभावना = 2 -100 = 10 -30 है। ध्यान दें कि यह किसी भी होमोचाइरल पॉलीपेप्टाइड के बनने की संभावना है। एक कार्यात्मक होमोचिरल पॉलिमर बनाने की संभावना बेहद कम है, क्योंकि कई स्थानों पर अमीनो एसिड के सटीक अनुक्रम की आवश्यकता होती है। बेशक, कई होमोचाइरल पॉलिमर जीवन के लिए आवश्यक हैं, इसलिए संभावनाओं को कई गुना बढ़ाया जाना चाहिए। इसलिए संभावना कोई विकल्प नहीं है।
एक और समस्या यह है कि होमोचाइरल जैविक पदार्थ समय के साथ रेसमाइज़ हो जाते हैं। यह अमीनो एसिड रेसमाइज़ेशन डेटिंग पद्धति का आधार है। एक डेटिंग पद्धति के रूप में, यह बहुत विश्वसनीय नहीं है, क्योंकि रेसमाइज़ेशन की डिग्री तापमान और पीएच पर अत्यधिक निर्भर है, और अमीनो एसिड के प्रकार पर निर्भर करती है। पेप्टाइड संश्लेषण और हाइड्रोलिसिस में रेसमाइज़ेशन भी एक बड़ी समस्या है। इससे पता चलता है कि निर्जीव रसायन शास्त्र की प्रवृत्ति जीवन की ओर नहीं, बल्कि मृत्यु की ओर है।
थैलिडोमाइड चिरायता के महत्व का एक दुखद अनुस्मारक प्रदान करता है। 1960 के दशक की शुरुआत में, यह दवा मॉर्निंग सिकनेस और उल्टी से पीड़ित गर्भवती महिलाओं को दी जाती थी। हालाँकि, जबकि बाएँ हाथ वाला रूप एक मजबूत ट्रैंक्विलाइज़र है, दाएँ हाथ वाला रूप भ्रूण के विकास को बाधित कर सकता है, जिसके परिणामस्वरूप गंभीर जन्म दोष हो सकते हैं। दुर्भाग्य से, दवा संश्लेषण ने एक रेसमेट का उत्पादन किया जैसा कि उम्मीद की जा सकती थी, और दवा के विपणन से पहले गलत एनैन्टीमोमर को हटाया नहीं गया था।
मेरी अपनी रसायन विज्ञान शिक्षा के दौरान, आवश्यक प्रयोगों में से एक ने इन अवधारणाओं का प्रदर्शन किया। हमने अचिरल अभिकर्मकों से असममित जटिल आयन 3+ 9 को संश्लेषित किया ताकि एक रेसमेट का उत्पादन किया जा सके। हमने इसे पौधे के स्रोत से प्राप्त होमोचिरल एसिड के साथ प्रतिक्रिया करके डायस्टेरियोइसोमर्स बनाकर हल किया, जिसे आंशिक क्रिस्टलीकरण द्वारा हल किया जा सकता है। जब परिणामी होमोचिरल क्रिस्टल को विघटित किया गया और विघटित सक्रिय कार्बन (उत्प्रेरक) को जोड़ा गया, तो पदार्थ तेजी से रेसमाइज़ हो गया क्योंकि उत्प्रेरक ने संतुलन की शुरुआत को तेज कर दिया।
जीवन की उत्पत्ति के क्षेत्र में शोधकर्ताओं ने आवश्यक समरूपता प्राप्त करने के अन्य साधनों के साथ आने का प्रयास किया है। अन्य तरीकों से रेसमेट्स को हल करने के असफल प्रयास किए गए हैं।
गोलाकार ध्रुवीकृत पराबैंगनी प्रकाश
गोलाकार ध्रुवीकृत प्रकाश में, विद्युत क्षेत्र की दिशा किरण के साथ घूमती है, इसलिए यह एक चिरल घटना का प्रतिनिधित्व करती है। होमोचिरल पदार्थों में बाएं और दाएं सीपी प्रकाश की अलग-अलग अवशोषण तीव्रता होती है - इसे कहा जाता है वृत्ताकार द्वैतवाद (सीडी). इसी तरह, सीपी प्रकाश को बाएं और दाएं हाथ के एनैन्टीओमर्स द्वारा अलग-अलग तरीके से अवशोषित किया जाता है। चूंकि फोटोलिसिस (प्रकाश द्वारा विनाश) केवल तब होता है जब प्रकाश के फोटॉन अवशोषित होते हैं, सीपी प्रकाश एक एनैन्टीओमर को दूसरे की तुलना में अधिक तेज़ी से और आसानी से नष्ट कर देता है। हालाँकि, इस तथ्य के कारण कि प्रकाश कुछ हद तक "सही" आकार को भी नष्ट कर देता है, इससे जीवन के लिए आवश्यक 100% समरूपता उत्पन्न नहीं होगी। सर्वोत्तम परिणामों में से एक 20% वैकल्पिक रूप से शुद्ध कपूर प्राप्त करना था, लेकिन यह 99% प्रारंभिक सामग्री के नष्ट हो जाने के बाद हुआ। 99.99% विनाश के बाद 35.5% ऑप्टिकल शुद्धता सामने आएगी। "लगभग वैकल्पिक रूप से शुद्ध मिश्रण (99.99%) ... एसिम्प्टोटिक बिंदु पर प्राप्त किया जाता है जहां बिल्कुल कोई सामग्री नहीं रहती है।"
एक और समस्या यह है कि सीडी का परिमाण और संकेत (यानी, बाएं हाथ या दाएं हाथ के आकार के पक्ष में) सीपी प्रकाश की आवृत्ति पर निर्भर करता है। इसका मतलब है कि रिज़ॉल्यूशन केवल एक संकीर्ण आवृत्ति बैंड पर सीपी प्रकाश के साथ हो सकता है। एक विस्तृत बैंड में, एनेंटियोसेलेक्टिव प्रभाव इसे नष्ट कर देते हैं।
हाल ही में, चिरायता की समस्या के समाधान के रूप में गोलाकार ध्रुवीकृत प्रकाश के विचार को ऑस्ट्रेलियाई खगोलशास्त्री जेरेमी बेली द्वारा प्रकाशित एक पेपर में वापस लाया गया था। विज्ञान, और मीडिया में प्रचार प्राप्त किया। उनकी टीम ने निहारिका में गोलाकार ध्रुवीकृत अवरक्त विकिरण का पता लगाया। वे पेपर में सहमत हैं कि उन्हें न तो आवश्यक गोलाकार ध्रुवीकृत पराबैंगनी प्रकाश मिला और न ही इस बात का सबूत मिला कि नेबुला में अमीनो एसिड बनते हैं। वे सीपी प्रकाश की बेहद सीमित एनेंटियोसेलेक्टिविटी और इस तथ्य से भी अवगत हैं कि पूरे स्पेक्ट्रम में प्रभाव शून्य है। हालाँकि, रासायनिक विकास में उनका विश्वास इस बात को प्रभावित करता है कि वे डेटा की व्याख्या कैसे करते हैं।
सभी विकासवादी बेली की टीम के प्रस्ताव से सहमत नहीं हैं। उदाहरण के लिए, जेफरी बाडा ने कहा: "यह केवल 'शायद' नामक चरणों की एक श्रृंखला है।" मेरे लिए, यह शायद पूरी बड़ी तस्वीर को बड़ा बनाता है।"
एक अन्य प्रस्तावित गोलाकार ध्रुवीकृत प्रकाश स्रोत न्यूट्रॉन स्टार सिंक्रोट्रॉन है, लेकिन यह अटकलें हैं और रासायनिक समस्याओं का समाधान नहीं करता है।
बीटा क्षय और कमजोर परमाणु बल की ताकत
बीटा क्षय रेडियोधर्मी क्षय का एक रूप है और यह प्रकृति के चार मूलभूत बलों में से एक द्वारा नियंत्रित होता है - कमजोर परमाणु बल का बल। इस बल में थोड़ी सी चिरलिटी है जिसे समता गैर-संरक्षण कहा जाता है, इसलिए कुछ सिद्धांतकारों ने सोचा है कि β क्षय जीवित जीवों में चिरलिटी के लिए जिम्मेदार हो सकता है। हालाँकि, कमजोर परमाणु बल के बल को उचित नाम दिया गया है - प्रभाव बहुत छोटा है - आवश्यक 100% समरूपता उत्पन्न करने से बहुत दूर है। चिरैलिटी के एक विशेषज्ञ, कार्बनिक रसायनज्ञ विलियम बोनट, स्टैंडफोस विश्वविद्यालय में प्रोफेसर एमेरिटस, ने कहा: "इनमें से किसी भी अध्ययन ने निर्णायक निष्कर्ष नहीं दिया". एक अन्य शोधकर्ता ने निष्कर्ष निकाला:
"आवश्यक असाधारण प्रीबायोलॉजिकल स्थितियाँ जीवित प्रकृति में ऑप्टिकल गतिविधि के गुणों के चयन कारक के रूप में β-रेडियोलिसिस के विचार का समर्थन नहीं करती हैं"
समता गैर-संरक्षण का एक अन्य पहलू यह है कि एल-अमीनो एसिड और डी-शर्करा की सैद्धांतिक ऊर्जा उनके एनैन्टीओमर्स की तुलना में थोड़ी कम है। लेकिन ऊर्जा अंतर अथाह है - केवल 10-17 kT के बारे में। इसका मतलब यह है कि रेसमिक अमीनो एसिड मिश्रण के प्रत्येक 6x10 17 अणुओं के लिए केवल एक अतिरिक्त एल-एनेंटिओमर होगा!
ऑप्टिकली सक्रिय क्वार्ट्ज पाउडर
क्वार्ट्ज़ एक व्यापक खनिज है और पृथ्वी पर सिलिका (SiO2) का सबसे प्रचुर रूप है। इसके क्रिस्टल षट्कोणीय एवं असममित होते हैं। कुछ शोधकर्ताओं ने एक एनैन्टीओमर को दूसरे की तुलना में अधिक अवशोषित करने के लिए ऑप्टिकली सक्रिय क्वार्ट्ज पाउडर का उपयोग करने का प्रयास किया है। लेकिन उनके प्रयास असफल रहे. इसके अतिरिक्त, पृथ्वी पर दाएं हाथ और बाएं हाथ के क्वार्ट्ज क्रिस्टल समान संख्या में हैं।
स्वयं चयन
कुछ चिरल पदार्थ क्रिस्टलीकृत होकर होमोचिरल क्रिस्टल में बदल जाते हैं। लुई पाश्चर न केवल रोग के रोगाणु सिद्धांत के संस्थापक थे, बल्कि जीवन की "सहज पीढ़ी" के विचार के विध्वंसक और सृजनवादी भी थे। वह रेसमेट को हल करने वाले इतिहास के पहले व्यक्ति भी थे। उन्होंने ऐसे पदार्थ, सोडियम एल्युमिनेट टार्ट्रेट के बाएँ और दाएँ क्रिस्टल को अलग करने के लिए चिमटी का उपयोग किया।
यह विभाजन एक बुद्धिमान शोधकर्ता के बाहरी हस्तक्षेप के कारण हुआ जो विभिन्न पैटर्न को पहचान सकता था। कथित आदिम पृथ्वी पर ऐसा कोई खोजकर्ता नहीं था। इसलिए दोनों रूप, भले ही वे संयोग से अलग हो गए हों, फिर से एक साथ विलीन हो जाएंगे और फिर से एक रेसमेट बन जाएंगे।
पाश्चर उन कुछ पदार्थों में से एक को चुनने में भी भाग्यशाली था जो क्रिस्टलीय रूप में स्वयं विघटित हो जाते हैं। और यहां तक कि इस पदार्थ में यह गुण केवल 23 डिग्री सेल्सियस से नीचे के तापमान पर ही होता है, इसलिए यह भाग्यशाली था कि 19वीं शताब्दी में प्रयोगशालाएं बहुत अच्छी तरह से गर्म नहीं थीं!
सफल प्राइमिंग
कुछ सिद्धांतकारों ने प्रस्तावित किया है कि होमोचिरल क्रिस्टल के साथ सुपरसैचुरेटेड समाधान का सफल बीजारोपण उसी एनैन्टीओमर को क्रिस्टलीकृत कर देगा। हालाँकि, "प्राइमॉर्डियल सूप", यदि अस्तित्व में होता, तो बेहद पतला और अत्यधिक दूषित होता, जैसा कि कई शोधकर्ताओं ने नोट किया है। इसके अलावा, बढ़ते होमोचिरल क्रिस्टल के साथ कुछ भी नहीं किया जा सकता है, क्योंकि इसे शेष गलत एनैन्टीओमर के समाधान में डुबोया जाएगा। घोल को सांद्रित करने से गलत एनैन्टीओमर क्रिस्टलीकृत हो जाएगा। घोल को पतला करने से क्रिस्टल घुल जाएगा, इसलिए इच्छित प्रक्रिया को फिर से शुरू करना होगा।
होमोचिरल पैटर्न
कुछ शोधकर्ताओं ने प्रस्तावित किया है कि होमोचिरल पॉलिमर संयोग से उत्पन्न हुआ और एक टेम्पलेट के रूप में कार्य किया। हालाँकि, यह धारणा गंभीर समस्याओं का सामना करती है। 100% सही पॉलीसिटिडिलिक एसिड (आरएनए जिसमें केवल साइटोसिन मोनोमर्स होते हैं) का एक टेम्पलेट संश्लेषित किया गया था (बुद्धिमान रसायनज्ञों द्वारा!)। यह (सक्रिय) जी (गुआनिन) न्यूक्लियोटाइड से ऑलिगोमेराइजेशन (छोटी श्रृंखलाओं का निर्माण) को निर्देशित कर सकता है। दरअसल, शुद्ध दाएं हाथ वाले जीएस को शुद्ध बाएं हाथ वाले जीएस की तुलना में अधिक कुशलता से ऑलिगोमेराइज़ किया गया था। लेकिन रेसमिक जीएस को ऑलिगोमेराइज़ नहीं किया गया क्योंकि:
"विपरीत चिरलिटी के मोनोमर्स को चेन स्टॉपर्स के रूप में टेम्पलेट में शामिल किया गया है... यह दमन जीवन की उत्पत्ति के कई सिद्धांतों के लिए एक गंभीर समस्या पैदा करता है"
टीआरएनए ने सही एनैन्टीओमर्स का चयन किया
चिरायता की समस्या को हल करने का एक प्रयास सैन डिएगो में कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय में जैव रसायन विज्ञान के प्रोफेसर रसेल डूलिटल द्वारा किया गया था। उन्होंने कहा: "उनके [टीआरएनए सिंथेज़] अस्तित्व की शुरुआत से, वे संभवतः केवल एल-एमिनो एसिड को बांधते थे"उन्होंने यह कभी नहीं बताया कि ऐसे जटिल एंजाइम कैसे कार्य कर सकते थे यदि वे स्वयं होमोचिरल नहीं थे, या आरएनए के होमोचिरल राइबोज से बने होने से पहले वे कैसे संचालित होते थे। डोलिटल का "समाधान" समस्या को ख़ारिज करने के अलावा और कुछ नहीं है। यह शायद ही खंडन के योग्य होगा, यदि यह इस तथ्य के लिए नहीं होता कि यह एक प्रसिद्ध रचना-विरोधी पुस्तक में छपा था, जो उनके संपादन की गुणवत्ता या रचना-विरोधी तर्कों की गुणवत्ता के बारे में कुछ कहता है।
ऐसा लगता है कि डोलिटल बायोकेमिस्ट डुआने गिश के साथ सृजन/विकास के विषय पर अपनी पिछली टेलीविजन बहस को समझाने की कोशिश कर रहे थे, जो 13 अक्टूबर 1981 को लिबर्टी यूनिवर्सिटी में 5,000 लोगों के सामने हुई थी। प्रो-इवोल्यूशन पत्रिका विज्ञानबहस को गिश के पक्ष में "पराजय" बताया। अगले दिन विकास समर्थक वाशिंगटन पोस्ट"विज्ञान ने सृजनवाद के कारण एक शून्य खो दिया" शीर्षक के तहत बहस पर रिपोर्ट दी गई। लेख में डोलिटल को यह कहते हुए उद्धृत किया गया कि "मैं अपनी पत्नी से कैसे मिलूँगा?", यह सुझाव देते हुए कि डोलिटल स्वयं जानता था कि वह असफल हो गया है।
चुंबकीय क्षेत्र
बॉन में इंस्टीट्यूट ऑफ ऑर्गेनिक केमिस्ट्री एंड बायोकैमिस्ट्री के एडहार्ड ब्रैमियर के नेतृत्व में कई जर्मन रसायनज्ञों ने बताया कि एक बहुत मजबूत चुंबकीय क्षेत्र (1.2-2.1 टी) ने अचिरल अभिकर्मकों से 98% होमोचिरल उत्पादों का उत्पादन किया। इसने साउथेम्प्टन विश्वविद्यालय के फिलिप कोसेंस्की जैसे रसायनज्ञों को यह अनुमान लगाने में सक्षम बनाया है कि पृथ्वी का चुंबकीय क्षेत्र जीवन में समरूपता का कारण बन सकता है। हालाँकि पृथ्वी का चुंबकीय क्षेत्र प्रयोग में इस्तेमाल किए गए चुंबकीय क्षेत्र की तुलना में लगभग 10,000 गुना कमज़ोर है, कोसेन्स्की ने परिकल्पना की कि समय की विशाल मात्रा ने उस समरूपता को जन्म दिया होगा जिसे हम आज देखते हैं। वह शायद पुराचुंबकीय क्षेत्र उत्क्रमण के बारे में भूल गया!
इंपीरियल कॉलेज लंदन के टोनी बैरेट जैसे अन्य रसायनज्ञों ने सोचा कि जर्मन प्रयोग "सच्चा होने के लिए बहुत अच्छा लग रहा है।" वह सावधानी लगभग छह सप्ताह पहले काम आई। कोई भी जर्मन टीम के परिणामों को दोहराने में सक्षम नहीं था। यह पता चला है कि टीम के एक शोधकर्ता, गुइडो ज़ेडेल, जिनके शोध प्रबंध पर काम आधारित था, ने अभिकर्मकों को एक होमोचिरल योजक के साथ मिलाया।
[मैग्नेटोचिरल डाइक्रोइज्म - पोस्ट स्क्रिप्ट]
निष्कर्ष
पहले उद्धृत पाठ्यपुस्तक कहती है:
“हम ऑप्टिकली सक्रिय रोटी और मांस खाते हैं, घरों में रहते हैं, कपड़े पहनते हैं और ऑप्टिकली सक्रिय सेलूलोज़ से बनी किताबें पढ़ते हैं। प्रोटीन जो हमारी मांसपेशियों को बनाते हैं, हमारे यकृत और रक्त में ग्लाइकोजन, एंजाइम और हार्मोन... सभी वैकल्पिक रूप से सक्रिय हैं। प्राकृतिक पदार्थ प्रकाशिक रूप से सक्रिय होते हैं, क्योंकि उन्हें बनाने वाले एंजाइम... प्रकाशिक रूप से सक्रिय होते हैं। जहां तक ऑप्टिकली सक्रिय एंजाइमों की उत्पत्ति का सवाल है, हम केवल अनुमान लगा सकते हैं।"
यदि हम जीवन की उत्पत्ति के बारे में केवल "अनुमान" लगा सकते हैं, तो इतने सारे लोग क्यों कहते हैं कि विकास एक "तथ्य" है? गपशप को बार-बार दोहराएँ और लोग इसे खा लेंगे।
लिंक और नोट्स
निर्जीव से जीवित पदार्थ में परिवर्तन स्पष्ट रूप से दो मौलिक जीवन प्रणालियों की शुरुआत के बाद हुआ और उनके पूर्ववर्तियों के आधार पर विकसित हुआ: चयापचय प्रणालीऔर जीवित कोशिका के भौतिक आधार के पुनरुत्पादन की प्रणालियाँ. आधुनिक जीवों में, दोनों जीवन प्रणालियाँ पूर्णता के उच्चतम स्तर पर पहुँच गई हैं।
चयापचय का उद्देश्य- जीवित जीव की संतुलन स्थिति बनाए रखें। यह जटिल कार्य उन पदार्थों का चयन करके हल किया जाता है जिनसे शरीर के लिए आवश्यक यौगिकों को संश्लेषित किया जाता है। दूसरी ओर, यह प्रणाली शरीर से वह सब कुछ निकाल देती है जिसे इसके द्वारा अवशोषित नहीं किया जा सकता है या जो महत्वपूर्ण प्रक्रियाओं से अपशिष्ट के रूप में प्रकट होता है। चयापचय प्रणाली प्रोटीन संश्लेषण और टूटने की पारस्परिक रूप से समन्वित जैव रासायनिक प्रतिक्रियाओं को सुनिश्चित करती है।
प्लेबैक प्रणालीइसमें कोशिका द्वारा संग्रहीत कार्बनिक पदार्थ से वर्तमान में आवश्यक प्रोटीन के निर्माण के लिए एन्कोडेड रूप में पूरी जानकारी शामिल है। यह कार्यक्रम की जानकारी निकालने और लागू करने के तंत्र को भी नियंत्रित करता है। प्रजनन प्रणाली बहुलक यौगिकों - पॉलीन्यूक्लियोटाइड्स के माध्यम से अपना कार्य करती है। यहां, डीऑक्सीराइबोन्यूक्लिक एसिड (डीएनए) और राइबोन्यूक्लिक एसिड (आरएनए) महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। डीएनए आनुवंशिक जानकारी संग्रहीत करता है, और आरएनए इसे पुन: उत्पन्न करता है और प्रोटीन संश्लेषण के लिए आवश्यक प्रारंभिक सामग्रियों वाले माध्यम में स्थानांतरित करता है।
हाल ही में, मौलिक जीवन प्रणालियों के संचालन के तंत्र के अध्ययन में कुछ प्रगति हुई है। लेकिन फिर भी कोई नहीं जानता कि ये दोनों प्रणालियाँ कैसे प्रकट हुईं।
इसके अलावा, जीवित और निर्जीव पदार्थ के भौतिक गुणों में अभी तक अस्पष्ट अंतर है, जो पृथ्वी पर जीवन के उद्भव की प्रक्रिया की ख़ासियत को दर्शाता है। जीवन द्वारा उत्पन्न कार्बनिक यौगिकों की एक विशिष्ट विशेषता उनकी ऑप्टिकल गतिविधि है - विशिष्ट प्रकार के यौगिक के आधार पर, उनके माध्यम से गुजरने वाले प्रकाश के ध्रुवीकरण के विमान को एक दिशा में - बाईं या दाईं ओर घुमाने की क्षमता। इस प्रकार, स्थलीय जीवों के सभी प्रोटीन अणु संचरित प्रकाश के ध्रुवीकरण के विमान को बाईं ओर मोड़ते हैं, जो उनके बाएं हाथ के स्थानिक विन्यास (एल-कॉन्फ़िगरेशन) को इंगित करता है, और न्यूक्लिक एसिड डीएनए और आरएनए के अणु केवल दाईं ओर मुड़ते हैं, अर्थात। उनके पास दाएं हाथ या डी-कॉन्फ़िगरेशन है। साथ ही, समान रासायनिक संरचना का एक निर्जीव पदार्थ दोनों विन्यासों के अणुओं की समान रूप से संभावित सामग्री वाला मिश्रण होता है, इसलिए उनके माध्यम से गुजरने वाले प्रकाश के ध्रुवीकरण के विमान का घूर्णन नहीं होता है। यह माना जाता है कि जीवित जीवों के कार्बनिक यौगिकों की ऑप्टिकल गतिविधि का जीवन की उत्पत्ति से सीधा संबंध है।
केवल दो संभावित स्थानिक संरचनाओं में से एक के जीवन से जुड़ी प्रक्रियाओं में कार्बनिक अणुओं के संरक्षण को कहा जाता है दाहिनी ओर, और संबंधित अणु हैं chiral. दोनों स्थानिक विन्यासों के कार्बनिक अणुओं का अराजक मिश्रण कहलाता है रेसमेट, जो कार्बनिक अणुओं के एबोजेनिक संश्लेषण के दौरान होता है। बिना किसी संदेह के, पृथ्वी पर कार्बनिक यौगिकों के निर्माण के पूर्व-जीवन काल के दौरान, केवल रेसमेट का उदय हुआ। कार्बनिक यौगिकों में जीवन के संक्रमण के दौरान, अणुओं की अचानक छँटाई हुई और चिरायता प्रकट हुई। उत्पत्ति के संबंध में एक राय है: रेसमेट से चिरलिटी में संक्रमण विकास के क्रम में नहीं हुआ, बल्कि पदार्थ के आत्म-संगठन की सभी विशिष्ट विशेषताओं के साथ एक छलांग के परिणामस्वरूप हुआ। देखने का एक अन्य पहलू भी है। इसे एल. पाश्चर (1822-1895) ने सामने रखा था। इसका सार यह है कि जीवित प्रणालियों की दर्पण विषमता ब्रह्मांड की एक निश्चित विषमता का अनुसरण करती है। वैज्ञानिक के विचारों की व्यापकता को श्रद्धांजलि देते हुए, जिन्होंने पिछली शताब्दी में जीवन और अंतरिक्ष को एक पूरे में जोड़ा था, हम ध्यान दें: ब्रह्मांड की विषमता किसी भी कार्बनिक पदार्थ की समरूपता का उल्लंघन करेगी, जो उसकी उत्पत्ति पर निर्भर करता है। उन्होंने जीवों के पदार्थ पर असममित प्रभाव डालने वाले कुछ एजेंटों के अस्तित्व के बारे में धारणाएँ सामने रखकर पाश्चर के दृष्टिकोण को विकसित करने का प्रयास किया। हालाँकि, ऐसे एजेंट अभी तक खोजे नहीं गए हैं।
आनुवंशिक जानकारी का वाहक. न्यूक्लिक एसिड। डीएनए और आरएनए अणुओं की संरचना और संरचना। संपूरकता का सिद्धांत. जीव का जीनोम. आनुवंशिक कोड के गुण. डी एन ए की नकल। जीव के आनुवंशिक गुण.
डीऑक्सीराइबोन्यूक्लिक एसिड (डीएनए)- आनुवंशिक जानकारी का एक भौतिक वाहक। यह जीवित जीवों की कोशिकाओं के नाभिक में निहित एक उच्च आणविक भार प्राकृतिक यौगिक है। डीएनए अणु हिस्टोन प्रोटीन के साथ मिलकर गुणसूत्रों का पदार्थ बनाते हैं। हिस्टोन कोशिका नाभिक का हिस्सा हैं और कोशिका चक्र के विभिन्न चरणों में गुणसूत्रों की संरचना को बनाए रखने और बदलने और जीन गतिविधि को विनियमित करने में शामिल हैं। डीएनए अणुओं के अलग-अलग खंड विशिष्ट जीन से मेल खाते हैं। एक DNA अणु से मिलकर बनता है दो पोलिन्यूक्लियोटाइड शृंखलाएं एक दूसरे के चारों ओर एक सर्पिल में घूम गईं। श्रृंखलाएँ चार प्रकार के बड़ी संख्या में मोनोमर्स से निर्मित होती हैं - न्यूक्लियोटाइड, जिसकी विशिष्टता चार नाइट्रोजनस आधारों में से एक द्वारा निर्धारित की जाती है: एडीनाइन(ए), थाइमिन(टी), साइटोसिन(सी) और गुआनिन(जी)। डीएनए श्रृंखला में तीन आसन्न न्यूक्लियोटाइड का संयोजन आनुवंशिक कोड बनाता है। डीएनए श्रृंखला में न्यूक्लियोटाइड अनुक्रम के उल्लंघन से शरीर में वंशानुगत परिवर्तन होते हैं - उत्परिवर्तन। कोशिका विभाजन के दौरान डीएनए का सटीक पुनरुत्पादन होता है, जो कोशिकाओं और जीवों की पीढ़ियों की एक श्रृंखला में वंशानुगत विशेषताओं और चयापचय के विशिष्ट रूपों के संचरण को सुनिश्चित करता है।
डबल हेलिक्स के रूप में डीएनए का संरचनात्मक मॉडल 1953 में अमेरिकी बायोकेमिस्ट जे. वाटसन और अंग्रेजी बायोफिजिसिस्ट और आनुवंशिकीविद् एफ. क्रिक द्वारा प्रस्तावित किया गया था। आनुवंशिक कोड को समझने के लिए, जे. वाटसन, एफ. क्रिक और अंग्रेजी बायोफिजिसिस्ट एम. विल्किंस, जो डीएनए अणु की उच्च गुणवत्ता वाली एक्स-रे छवि प्राप्त करने वाले पहले व्यक्ति थे, को 1962 के नोबेल पुरस्कार से सम्मानित किया गया था।
डीएनए सर्पिल समरूपता के साथ एक अद्भुत प्राकृतिक संरचना है। डीएनए श्रृंखला संरचना की लंबी आपस में जुड़ी हुई किस्में चीनी और फॉस्फेट अणुओं से बनी होती हैं। नाइट्रोजनस आधार चीनी अणुओं से जुड़े होते हैं, जो दो पेचदार धागों के बीच क्रॉस-लिंक बनाते हैं। एक लम्बा डीएनए अणु एक विकृत सर्पिल सीढ़ी जैसा दिखता है। यह वास्तव में एक मैक्रोमोलेक्यूल है: इसका आणविक भार 109 तक पहुंच सकता है। इन न्यूक्लियोटाइड जोड़े में, ए हमेशा टी के साथ जुड़ा होता है, और सी जी के साथ जुड़ा होता है। यह कनेक्शन मेल खाता है संपूरकता का सिद्धांत.
अपने साथी को पहचानने के लिए नाइट्रोजनस आधारों की क्षमता एक डबल हेलिक्स के रूप में चीनी फॉस्फेट श्रृंखलाओं की तह की ओर ले जाती है, जिसकी संरचना एक्स-रे अवलोकनों के परिणामस्वरूप प्रयोगात्मक रूप से निर्धारित की गई थी।
शुगर फॉस्फेट समूह, नाइट्रोजनस बेस ए, टी, सी या जी में से एक के साथ मिलकर न्यूक्लियोटाइड बनाता है, जिसे एक प्रकार के बिल्डिंग ब्लॉक के रूप में दर्शाया जा सकता है। डीएनए अणु में ऐसे ब्लॉक होते हैं। न्यूक्लियोटाइड्स का अनुक्रम डीएनए अणु में जानकारी को एन्कोड करता है। इसमें आवश्यक जानकारी शामिल है, उदाहरण के लिए, किसी जीवित जीव के लिए आवश्यक प्रोटीन के उत्पादन के लिए।
एक डीएनए अणु को एंजाइम-उत्प्रेरित प्रतिकृति की प्रक्रिया के माध्यम से कॉपी किया जा सकता है, जिसमें इसकी नकल करना शामिल है। प्रक्रिया प्रतिकृति इसमें पुराने को तोड़ना और नए हाइड्रोजन बांड का निर्माण शामिल है। प्रतिकृति की शुरुआत में, दो विरोधी सूत्र खुलने लगते हैं और एक दूसरे से अलग होने लगते हैं। अनवाइंडिंग बिंदु पर, एंजाइम संपूरकता के सिद्धांत के अनुसार दो पुरानी श्रृंखलाओं को नई श्रृंखलाओं से जोड़ता है, जिसके परिणामस्वरूप दो समान डबल हेलिकॉप्टर बनते हैं। आनुवंशिक जानकारी की कोडिंग और डीएनए अणु की प्रतिकृति एक जीवित जीव के विकास के लिए आवश्यक परस्पर जुड़ी आवश्यक प्रक्रियाएं हैं।
आनुवंशिक जानकारी डीएनए न्यूक्लियोटाइड के अनुक्रम द्वारा एन्कोड की गई है। मौलिक डिक्रिप्शन कार्य जेनेटिक कोड अमेरिकी जैव रसायनज्ञ एम. निरेनबर्ग, एक्स. कोराना और आर. होली द्वारा किया गया; नोबेल पुरस्कार विजेता 1968 लगातार तीन न्यूक्लियोटाइड आनुवंशिक कोड की एक इकाई बनाते हैं जिसे कोडन कहा जाता है। प्रत्येक कोडन एक या दूसरे अमीनो एसिड को एन्कोड करता है, जिसकी कुल संख्या 20 है। एक डीएनए अणु को अक्षर-न्यूक्लियोटाइड के अनुक्रम के रूप में दर्शाया जा सकता है जो उनमें से एक बड़ी संख्या से एक पाठ बनाते हैं, उदाहरण के लिए, ASAT-TGGAG... इस तरह के पाठ में ऐसी जानकारी होती है जो प्रत्येक निकाय की विशिष्टताओं को निर्धारित करती है। सभी जीवित चीजों का आनुवंशिक कोड, चाहे वह पौधा हो, जानवर हो या जीवाणु, एक समान है। आनुवंशिक कोड की यह विशेषता, सभी प्रोटीनों की अमीनो एसिड संरचना की समानता के साथ, जीवन की जैव रासायनिक एकता को इंगित करती है, जो स्पष्ट रूप से, एक ही पूर्वज से सभी जीवित प्राणियों की उत्पत्ति को दर्शाती है।
) — किसी कठोर वस्तु (स्थानिक संरचना) का ज्यामितीय गुण एक आदर्श समतल दर्पण में उसकी दर्पण छवि के साथ असंगत होना।
विवरण
एक काइरल वस्तु में दूसरे प्रकार की समरूपता के तत्व नहीं होते हैं, जैसे समरूपता के तल, समरूपता के केंद्र और दर्पण घूर्णन अक्ष। यदि इनमें से कम से कम एक समरूपता तत्व मौजूद है, तो वस्तु अचिरल है। अणु और क्रिस्टल चिरल हो सकते हैं (उदाहरण के लिए,)।
चिरल अणु दो ऑप्टिकल आइसोमर्स (एनेंटिओमर्स) के रूप में मौजूद हो सकते हैं, जो एक दूसरे की दर्पण छवियां हैं और प्रकाश के ध्रुवीकरण के विमान को दक्षिणावर्त (डी-आइसोमर्स) या वामावर्त (एल-आइसोमर्स) (छवि) में घुमाने की उनकी क्षमता में भिन्नता है। अचिरल पदार्थों के साथ बातचीत करते समय एनैन्टीओमर्स को समान भौतिक गुणों के साथ-साथ समान रासायनिक गुणों की विशेषता होती है। उसी समय, एनैन्टीओमर्स का पृथक्करण, उदाहरण के लिए, चिरल विधि, किसी अन्य पदार्थ के विशिष्ट ऑप्टिकल आइसोमर के साथ किसी दिए गए पदार्थ के एनैन्टीओमर्स की बातचीत में अंतर पर आधारित हो सकता है। रसायन विज्ञान में, काइरैलिटी अक्सर चार अलग-अलग प्रतिस्थापन वाले एक असममित कार्बन केंद्र की उपस्थिति से जुड़ी होती है।
यदि किसी अणु में कई असममित केंद्र हैं, तो वे डायस्टेरियोसोमेरिज़्म की बात करते हैं। इस मामले में, एनैन्टीओमर्स के कई जोड़े मौजूद हो सकते हैं (एनैन्टीओमर्स की एक जोड़ी को सभी असममित केंद्रों के परस्पर विपरीत विन्यास द्वारा चित्रित किया जाना चाहिए), और विभिन्न एनैन्टीओमेरिक जोड़े से डायस्टेरोमर्स के गुण काफी भिन्न हो सकते हैं।
लगभग सभी जैव अणु चिरल हैं, जिनमें प्राकृतिक रूप से पाए जाने वाले अमीनो एसिड और शर्करा शामिल हैं। प्रकृति में, इनमें से अधिकांश पदार्थों का एक निश्चित स्थानिक विन्यास होता है: उदाहरण के लिए, अधिकांश अमीनो एसिड स्थानिक विन्यास एल से संबंधित होते हैं, और शर्करा - डी से। इस संबंध में, जैविक रूप से सक्रिय दवाओं के लिए एनैन्टीओमेरिक शुद्धता एक आवश्यक आवश्यकता है।
रेखांकन
लेखक
- एरेमिन वादिम व्लादिमीरोविच
सूत्रों का कहना है
- रासायनिक विश्वकोश. टी. 5. - एम.: ग्रेट रशियन इनसाइक्लोपीडिया, 1998. पी. 538।
- रासायनिक प्रौद्योगिकी का संग्रह. आईयूपीएसी सिफ़ारिशें। - ब्लैकवेल, 1997.
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