هي دراسة البنية الثلاثية الأبعاد للجزيئات. الإيزوميرات المقرونة والمفروقة هي أشكال مختلفة للإيزوميرات، تختلف بنيويا فقط بموضع الذرة في الجزيئة في الفضاء الثلاثي الأبعاد، بعض الإيزوميرات يمكن أن يكون لها خصائص فيزيائية وكيميائية مختلفة. على سبيل المثال، الأشكال المقرونة والمفروقة لحمض البوتينيدويك تظهر تغيرات كبيرة في خصائصها الفيزيائية والكيميائية.

الكيمياء الفراغية

الكيمياء الفراغية هي علم مهم في الكيمياء الحيوية لأن التفاعل والسمية للجزيئات تتغير مع تركيبتها الفراغية. أغلب التفاعلات في الجسم تعتمد على التركيبة الفراغية، هذا يعني أن المواقع المستقبلة في الخلايا تقبل فقط جزيئات بترتيبات مكانية فقط للذرات. الترتيبات الأخرى لنفس العناصر الكيميائية يمكن ألا تتفاعل أو تكون سامة للكائن الحي.

هناك أنواع أخرى للإيزوميرات غير الشكل المقرون والمفروق. لفهم هذه الإيزوميرات، يجب فهم البنية الثلاثية الأبعاد للجزيئات.[1]

الكيمياء الفراغية للتفاعلات

العديد من التفاعلات البسيطة تتضمن الكيمياء الفراغية. التفاعل الذي يتضمن فقط المواد المتفاعلة والكواشف يمكن أن ينتج فقط محاليل أو مخاليط كيرالية. هكذا ينتج المونومروماتين من البوتان مزيجا من 1-بروموبوتان و2-بروموبوتان. 1-بروموبوتان ليس لديه مركز تجسيمي وبذلك كيرالي. 2-بروموبوتان ، الذي لديه مركز تجسيمي.

هو مزيج من الإنانتومير (

R

)‐2‐bromobutane and (

S

)‐2‐bromobutane. ينتج هذا المزيج التفاعلي لأن التفاعل يستمر عبر آلية الجذور الحرة. الجذور الحرة تكون مستوية، هذه الاستواء يجعلها تنتج مزيجا كيراليا لأن هناك احتمالية متساوية لمهاجمة جذر راديكالي خالي من البروم من جانبي الوسط الجذري الخالي من الكربون.

إضافة ذرة هالوجين إلى ألكين تتم عبر إضافة متحولة. يحدث هذا بسبب العائق المجسم الناتج عن تكون أيون الهالونيوم.

تحدث الهدرجة للألكينات و

الألكينات

عن طريق إضافة رابطة مقرونة لأن امتصاص الهيدروجين على سطح المحفز الصلب يسمح لذرات الهيدروجين ان تصل وتضاعف الرابطة من جانب فقط من الألكين.

إزالة الهيدروجين من الكلورو إيثان لصناعة الإيثين عن طريق إزالة مفروقة بسبب الشكل الرباعي السطوح لذرة الكربون المرتبطة مع ذرة الكلور. لحويل الكلور إلى أيون الكلور ، زوج الإلكترون يجب أن يقترب من

الإلكترون

الآخر من الجانب غير الممنوع لذرة الكلور.[2]

حقائق عن الكيمياء الفراغية

بنية الجزيئات تتعلق بالبنية ثلاثية الأبعاد للذرات وترتيبها. الكيمياء الفراغية أيضا تتعلق بالتلاعب بترتيب هذه الذرات.
هذا الفرع من الكيمياء غالبا ما يتم الإشارة إليه بأنه الكيمياء الثلاثية الأبعاد لأنه يركز على المتصاوغات (وهي مركبات كيميائية تحتوي نفس التركيب الكيميائي ولكن تختلف بالترتيب في الفراغ الثلاثي الأبعاد)
إحدى فروع الكيمياء الفراغية يتعامل مع دراسة الجزيئات التي تظهر الكيرالية، وهي خاصية هندسية للجزيئات تجعلها غير قابلة للتطبيق على صور المرآة.
فرع آخر من فروع هذه الكيمياء الثلاثية الأبعاد تعرف بالمصاوغات الديناميكية وتتضمن دراسة تأثيرات الترتيب الفراغي للذرات في جزئ ما عل معدل التفاعل الكيميائي.[3]

أنواع الكيمياء الفراغية

التصاوغ الضوئي هي خاصية أي جزيء أو شيء غير قابل للتركيب على صورة المرآه، على سبيل المثال، ذرة كربون مرتبط بها أربع ذرات أو أربع مجموعات ذرية مختلفة، يمكن لهذه الذرة أن تشكل جزيئين هما مصاوغين ضوئيين لبعضهما البعض. أي أن الجزيئة الأولى هي خيال للأخرى بالمرآه ولا يمكن أن ينطبقا فوق بعضهما البعض.
الإيزومير المقرون والمفروق: الإيزومير المفروق والمقرون يشارك بنفس الذؤات التي ترتبط مع بعضها بنفس الطريقة لكن بتكوين مختلف.
الإيزوميرات المتطابقة: هو نوع من الإيزوميرات حيث لا يمكن تحويل أيزوميرات إلا من خلال دورات رابطة مفردة رسمية.
مصاوغ فراقي: هي نوع فعال من الإيزوميرات الذي ليس
مصاوع مرآتي:. هو زوج من الإيزوميرات البصرية التي لا يمكن تركيبها على صور المرآة.

الكيمياء الفراغية تشير إلى المتصاوغات التي تتسبب بترتيب غير متشابه للذرات أو المجموعات الوظيفية التي تتعلق بالذرات في الفراغ. هذه المتصاوغات لديها نفس التركيب، لكن ترتيب مختلف للذرات. الكيمياء الفراغية يمكن أن ترتب في صنفين أساسيين وهما المصاوغ الفراقي والمصاوغ المرآتي

المصاوغ المرآتي Enantiomers

عندما تكون المصاوغات صورة في المرآة لبعضها البعض يطلق عليها مفهوم المصاوغ المرآتي.

هي مركبات ثابتة ومعزولة تختلف عن بعضها بالترتيب المكاني في الفراغ ثلاثي الأبعاد.
خصائص المصاوغات متطابقة، لكن، تفاعلهم مع الضوء المستقطب يمكن أن يختلف.
يختلف الاتجاه الذي يدور فيه الضوء المستقطب في الهواء، أي أنه إذا كان يدور باتجاه اليمين، فالآخر يدور باتجاه اليسار.

المصاوغ الفراقي Diastereomers

عندما لا تكون المصاوغات صورة لبعضها في المرآة يطلق عليها المصاوغات الفراقية.

يمكن أن يحتوي الجزيء الذي يحتوي على عدد “n” من ذرات الكربون غير المتناظرة يمكن أن يحوي ما يصل إلى 2n مصاوغات فرقية.
عندما يختلف اثنين من المصاوغات الفرقية في مركز واحد فقط، يشار إليها بالإيبيمرات.
هذه المصاوغات تختلف بخصائصها الفيزيائية والكيميائية.

الكيمياء الفراغية وعقار الثاليدموميد

ترتيب الذرات في فراغ ثلاثي الأبعاد يلعب دورا مهما في خصائص الجزيئات.
مثال عن أهمية الكيمياء الفراغية يمكن أن يلاحظ في كارثة الثاليدوميد الذي أصاب ألمانيا في عام1957.
دواء الثاليدوميد تم بيعه كعقار لا يستلزم وصفة طبية، لمحاربة الغثيان، في البداية تم استخدامه من قبل النساء الحوامل للتخلص غثيان الصباح.
لكن، اكتشف أن هذا العقار قد سبب مزيج من المصاوغات المرآتية في جسم الإنسان بسبب الاستقلاب.
إحدى هذه المصاوغات اعتقد بأنه قد سبب ضرر جيني في تطوير الأجنة وقاد إلى عيوب ولادية عند الأجنة.
البيانات تشير إلى أن أكثر من خمسة آلاف طفل قد ولدوا بعيوب خلقية بعدما تم بيع الثاليدوميد كعقار بدون وصفة طبية.
هذه الجائحة غير المتوقعة قد قادت إلى فرض قوانين صارمة لتنظيم الأدوية. (حوالي 40% من الأطفال المولودين بعيوب خلقية قد نجوا)
الكارثة قد سببت أشارت إلى أهمية الكيمياء الفراغية.

أهمية الكيمياء الفراغية

الشكل الثلاثي الأبعاد لجزئية معينة يحدد خصائصها الفيزيائية، كدرجة الحرارة التي يتحول عندها السائل إلى غاز ودرجة الحرارة التي تتحول عندها الصلب إلى سائل. البنية الثلاثية الأبعاد أيضا مسؤولة عن الخصائص الكيميائية، كدرجة الحموضة أو القلوية. يمكن أن يكون له تأثير أيضا في مذاق الجزيء وكيفية وظيفته كعقار. أحد البنى الثلاثية الأبعاد لذرات تصبح عقارا ، البنية الأخرى للذرات تكون غير فعالة او حتى مؤذية، في أغلب الأحيان طاقة الجزئ أو المركب تعتمد على ترتيب الذرا في الجزيء أو المركب. يمكنك التحكم بنتائج تفاعل كيميائي بالتحكم بترتيب الذرات ضمنه.[4]

مؤسس علم الكيمياء الفراغية

لويس باستور المولود في فرنسا عام 1882. أول مساهمة له في

تطوير الكيمياء

عندما كان عمره 26سنة. الشيء الأكثر أهمية في تطوير الكيمياء، هذه التجارب التي قام بها باستور أثبتت أن المكونات وحدها لا تكفي لفهم كيفية تصرف الجزيئات الكيميائية. عمله قاد الكيميائيين للبدء بالتفكير حول بنية الجزيئات ومن هنا أتي مفهوم الكيمياء الفراغية ، وهو حقل مهم في البحث الكيميائي.

باستور أيضا قدم العديد من الأبحاث في علم الاحياء المجهري. وهو أيضا أدرك أهمية جعل العلوم مسعى دوليا وسخر لنفسه لخدمة العلوم من أجل توفير نمط حياتي أفضل وكان لا يؤمن بأي شيء ما لم يتم برهانه عن طريق التجارب. توفي باستور عام 1893.[5]