Alleni: Isomeria ottica senza centro stereogeno

Il fenomeno della chiralità, cioè della non sovrapponibilità di molecole (o oggetti) che siano tra loro immagini speculari, non è confinato al caso del Carbonio Asimmetrico, ad un centro stereogeno, cioè di un carbonio legato a quattro gruppi o atomi differenti. Sappiamo che talvolta si possono presentare molecole achirali, meso, dove sono presenti più di un C asimmetrico. In realtà perché ci siano molecole non sovrapponibili ed immagini speculari l’un dell’altra. Vedremo in questo caso gli alleni e gli alleni sostituiti.
Perché ci possa essere la chiralità devono essere assenti tre condizioni di simmetria particolari:
Il piano di simmetria, il centro di simmetria e l’asse di rotoriflessione. Quest’ultimo è più raro e difficile da trovare e lo trascuriamo in questa fase.

Il Centro di Simmetria è un punto nello spazio per cui se si traccia una linea da una qualunque parte (nel nostro caso un atomo) di una molecola a quel punto ed allungato per una uguale distanza al di là del punto stesso, si incontrerà uno stesso intorno chimico. Da un punto di vist geometrico ad un punto A nello spazio cartesiano a 3 dimensioni di coordinate (x,y,z) corrisponderà un punto A’ di coordinate (-x,-y,-z). Un centro di simmetria viene anche chiamato Centro di Inversione.

I piani, i centri e gli assi alternanti corrispondono ad “operzioni di simmetria di seconda specie” od “operazioni improprie” poichè fanno coincidere punti materiali di un oggetto con la loro immagine speculare.

Un Piano di Simmetria s è un piano di riflessione che fa coincidere un punto di una molecola con un altro atraverso una riflessione speculare. In contrasto col centro di simmetria un piano converte un punto A(x,y,z) in un altro A'(x,-y,z) oppure A'(x,y,-z), a seconda di quale piano di simmetria si consideri dei piani cartesiani.

Esaminiamo ora in Jmol alcune molecole utili allo scopo come gli alleni che non hanno alcun Carbonio asimmetrico e possono però presentare il fenomeno della chiralità. Esaminiamo prima la molecola di un allene monosostituito, e poi quella di un disostituito e cerchiamo gli elementi di simmetria assenti o presenti.
Allene Mono Sostituito
Si può notare che tra gli tomo di H, Cl e C passa un piano che è perpendicolare al piano che passa sull’altra estremità attraverso H-C-H.

Allene 1-2 Di Sostituito
Si può notare che tra gli atomi di H, Cl e C passa un piano che è perpendicolare al piano che passa sull’altra estremità attraverso H-C-Cl.

Qui vediamo insieme i due alleni 1-2 disostituiti.

Si osservino ora queste molecole di allene: il monosostituito ed di sostituito. Sul monosostituito si noti come il piano di simmetria passante per H-C-Cl che divide in due parti uguali l’altro carbonio. Nel disostituito invece si è perso il piano e si possono ottenere due stereoisomeri che sono immagini speculari e non sono sovrapponibili.
Si ha anche in questo caso la chiralità nonostante non ci sia un centro stereogeno

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