4.10 : 질소, 인, 황의 키랄성

키랄성은 탄소 기반 사면체 화합물에서 가장 널리 퍼져 있지만 분자 대칭의 이 중요한 측면은 고립 쌍을 갖는 3가 분자를 포함하여 sp³ 혼성화된 질소, 인 및 황 중심까지 확장됩니다. 여기서 고립전자쌍은 다른 3개의 치환체에 추가하여 작용기로 작용하여 키랄이 될 수 있는 유사한 사면체 중심을 형성합니다.

키랄성의 결과로 광학 이성질체 분해가 필요합니다. 이는 이론적으로 모든 키랄 아민에 대해 가능하지만 실제로는 대부분의 키랄 아민의 거울상 이성질체를 분리하는 것이 어렵습니다. 이는 상호 전환에 대한 장벽이 ~25 kJ/mol이므로 거울상 이성질체가 실온에서 한 형태에서 다른 형태로 쉽게 전환될 수 있는 피라미드형 또는 질소 반전 때문입니다. 이 전환의 메커니즘을 간략하게 요약하면 광학 이성질체가 반전을 위한 전이 상태를 통과할 때 중심 질소 원자가 sp2 혼성화되고 비공유 전자쌍이 p 궤도를 차지합니다. 따라서 고립전자쌍이 없는 암모늄염은 이러한 현상을 나타내지 않으며, 이러한 4차 키랄염은 개별적인(상대적으로 안정한) 광학 이성질체로 분리될 수 있습니다. 또한 sp3 인과 황 화합물은 고립 쌍에도 불구하고 상호 전환에 대한 높은 장벽을 가지고 있습니다. 따라서 광학 이성질체 분해가 가능합니다.

광학 이성질체는 겹쳐질 수 없으므로 뚜렷한 정체성을 지닌 서로 다른 화합물이라는 점을 기억하세요. 키랄 질소, 인 및 황 중심의 명명법은 키랄 탄소 센터의 명명법과 유사합니다. 거울상 이성질체의 이름을 지정하는 과정은 세 단계를 포함하는 칸-인골드-프렐로그 규칙 또는 R-S 시스템을 따릅니다. 세 단계는 탄소 중심과 동일합니다. 치환기에 우선순위를 할당하고, 관찰자로부터 가장 우선순위가 낮은 치환기의 방향을 결정하고, 카이랄 중심에 있는 다른 세 그룹의 우선순위가 시계 방향인지 반시계 방향인지 결정하는 것입니다. 그러나 외쌍이 있는 키랄 중심에서는 외쌍이 없는 시스템의 수소와 비교하여 외쌍이 항상 가장 낮은 우선순위로 지정됩니다. 따라서 분자는 고립된 쌍이 먼 쪽을 향하도록 회전됩니다. 탄소와 마찬가지로 키랄 중심은 1-2-3 순서가 시계 방향인 경우 R 배열이고 순서가 시계 반대 방향인 경우 S 배열입니다.