Efekty steryczne

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacja, szukaj
tri(t-butylo)amina – przykładowa cząsteczka, która jest niereaktywna ze względu na efekty steryczne

Efekty steryczne – grupa zjawisk obserwowanych w chemii, wynikających z faktu, że atomy w cząsteczkach nie są punktami, lecz mają kształt zbliżony do sfery i zajmują określoną objętość w przestrzeni. Jeśli atomy zbliżają się do siebie na odległość mniejszą niż promienie ich sfer elektronowych to może wówczas dojść do reakcji chemicznej lub tylko oddziaływań odpychających zgodnie z regułą Pauliego. Oddziaływania odpychające prowadzą właśnie do efektów sterycznych[1].

Zrozumienie efektów sterycznych miało kluczowe znaczenie w chemii, zwłaszcza chemii koordynacyjnej, katalizie, chemii polimerów, biochemii i farmakologii. Efekty steryczne są zjawiskiem powszechnym i w zasadzie występują w mniejszym lub większym stopniu w niemal wszystkich reakcjach chemicznych.

Rodzaje efektów sterycznych[edytuj | edytuj kod]

Istnieje kilka podstawowych efektów sterycznych:

Zawada steryczna[edytuj | edytuj kod]

Przykład reakcji Grignarda, która nie zachodzi ze względu na zawadę steryczną grup tert-butylowych
Regioselektywne trytylowanie pierwszorzędowej grupy 5'-hydroksylowej tymidyny w obecności wolnej drugorzędowej grupy 3'-hydroksylowej jako efekt zawady przestrzennej wnoszonej przez grupę trytylową i pierścień deoksyrybozy. Py = pirydyna.
Grupa trimetylosililowa

Zawada steryczna zwana też zawadą przestrzenną ma miejsce wtedy, gdy rozmiar grup funkcyjnych w cząsteczce uniemożliwia zajście reakcji chemicznej ze względu na brak dostępu atakującego indywiduum chemicznego do potencjalnego centrum aktywnego.

Zawada steryczna jest często główną przeszkodą przed zajściem określonej reakcji, jednak nie zawsze jest to zjawisko negatywne. Chemicy często celowo przyłączają grupy funkcyjne o dużej zawadzie przestrzennej po to aby np. ochronić przyszłe centrum reakcji w jednym z etapów syntezy (tzw. grupy ochronne), a także po to aby zwiększyć odporność chemiczną końcowego produktu lub ułatwić jego wyodrębnienie przez zwiększenie lipofilowości. Najczęściej stosowane grupy ochronne o dużej zawadzie sterycznej to mezytyl, grupa tert-butylowa (-C(CH3)3) i izopropylowa (-CH(CH3)2), grupa trimetylosililowa (-SiCH3)3), grupa tris(trimetylosililowa) (-C[Si(CH3)3]3 zwana trisylem) oraz pochodne grupy trifenylometylowej (trytylowej, -CPh3).

Zawadą steryczną tłumaczy się również wymuszanie przez grupy o dużej zawadzie nietypowe kąty wiązań chemicznych, zablokowanie rotacji wokół tych wiązań, wymuszanie ściśle określonej konformacji i inne podobne zjawiska występujące w stereochemii.

Osłona steryczna[edytuj | edytuj kod]

jon K+ osłonięty eterem koronowym

Osłona steryczna ma miejsce wtedy gdy jedna duża cząsteczka lub duży jon osłania inną, mniejszą cząsteczkę lub przeciwnie naładowany jon w taki sposób, że staje się ona częściowo lub całkowicie "niewidoczna" dla otoczenia.

Osłona steryczna występuje często w układach supramolekularnych, zwłaszcza w związkach kompleksowych, np. w układach eterów koronowych i innych kryptandów z jonami metali alkalicznych. Umożliwia to m.in. "przemycanie" tych jonów do środowiska, w którym się normalnie nie rozpuszczają. Zjawisko to jest wykorzystywane m.in. w katalizie przeniesienia fazowego.

Rozpoznawanie steryczne[edytuj | edytuj kod]

Rozpoznawanie steryczne ma miejsce wtedy gdy kształt i geometria jednej cząsteczki jest celowo tak skonstruowana, aby dopuszczać do centrum reakcji tylko takie mniejsze cząsteczki, które mają odpowiedni kształt. Dzięki temu inne cząsteczki występujące w układzie reakcji nie mogą reagować i dlatego nie mogą zakłócić przebiegu planowanej reakcji. Czasami selekcja steryczna wymusza też ściśle określoną izomerię produktu, co prowadzi do reakcji asymetrycznych, czyli prowadzących do otrzymania tylko jednego z wielu możliwych izomerów.

Mechanizm ten jest wykorzystywany szeroko w naturze, gdzie jest podstawą działania wielu enzymów. Jest też stosowany w przemyśle chemicznym, gdzie uwzględnia się go przy projektowaniu katalizatorów wykazujących się dużą sterooselektywnością. Przykładem są m.in. katalizatory Grubbsa III generacji, czy Zieglera-Natty[2].

Krzyżowanie łańcuchów[edytuj | edytuj kod]

Krzyżowanie łańcuchów to efekt steryczny obserwowany w chemii polimerów. Polega na tym, że w pewnym przypadkach zablokowana jest możliwość zmiany konformacji długich cząsteczek polimerów nie zawierających żadnych dużych grup funkcyjnych na skutek tego, że są one splątane z innymi łańcuchami. Uważa się, że efekt ten powoduje wzrost temperatury mięknięcia polimerów oraz znacząco zmienia ich własności mechaniczne[3].

Zobacz też[edytuj | edytuj kod]

Przypisy

  1. Steric effect (ang.) [w:] A.D. McNaught, A. Wilkinson: IUPAC. Compendium of Chemical Terminology („Gold Book”). Wyd. 2. Oksford: Blackwell Scientific Publications, 1997. Wersja internetowa: M. Nic, J. Jirat, B. Kosata: Steric effect (ang.), aktualizowana przez A. Jenkins. doi:10.1351/goldbook.S05997
  2. Samuel H. Gellman, Introduction: Molecular Recognition, Chem. Rev.; 1997; 97(5), 1231-1232.
  3. Steric factor in polymers (ang.) [w:] A.D. McNaught, A. Wilkinson: IUPAC. Compendium of Chemical Terminology („Gold Book”). Wyd. 2. Oksford: Blackwell Scientific Publications, 1997. Wersja internetowa: M. Nic, J. Jirat, B. Kosata: Steric factor in polymers (ang.), aktualizowana przez A. Jenkins. doi:10.1351/goldbook.S05999

Bibliografia[edytuj | edytuj kod]