לצורך הגדרת התצורה המוחלטת של מולקולות בעלות מרכזים כיראליים, כלומר הבחנה בין שני אננטיומרים, הוגדרה בשנת 1956 שיטה הקרויה כלל קהאן-אינגולד-פרלוג , שלפיה מסמנים כל מרכז כיראלי באות R או באות S. בשיטה זו, יש לסדר את האטומים הקשורים לפחמן האסימטרי לפי המספר האטומי, כאשר האטום שמספרו האטומי הוא הגבוה ביותר יקבל את הסימון 1, הבא יסומן בתור 2, השלישי ייקרא 3, וזה שמספרו האטומי הוא הנמוך ביותר ייוצג על ידי המספר 4. כעת, יש לסובב את הארבעון (טטרהדר) כך שאטום 4 יהיה מאחור, ולבדוק את כיוון הסיבוב מאטום 1 לאטום 2. אם הסיבוב מ-1 ל-2 (בלי לעבור דרך 3) הוא עם כיוון השעון, אז המרכז הכיראלי ייקרא R (מהמילה rectus - ימין בלטינית), אחרת הוא ייקרא S (מהמילה sinister - שמאל בלטינית).
כך למשל, באיור מוצג מרכז כיראלי הקשור לארבעה אטומים. כל אטום מקבל מספר בהתאם למספר האטומי שלו; ברום (Br) שמספרו האטומי 35 מקבל את הסימון 1, כלור (Cl) שמספרו האטומי 17 מקבל את הסימון 2, פלואור (F) שמספרו האטומי 9 מקבל את הסימון 3, ומימן (H) שמספרו האטומי 1 מוצב מאחור ומקבל את הסימון 4. המרכז הכיראלי באיור יסומן בתור S, משום שכיוונו של הסיבוב שעובר בדרך הקצרה ביותר מ-1 ל-2 הוא נגד כיוון השעון. הסימון נועד לעזור בהבחנה בין מולקולה זו ובין תמונת המראה שלה שתסומן בהכרח ב-R. הוספת האות S או R לשם המולקולה מסייעת לזהות אותה באופן מוחלט.
מרכז כיראלי ללא פחמן אסימטרי.
ניתן למצוא גם מולקולות כיראליות שלא מכילות פחמן אסימטרי, כמו למשל ביפנילים; במולקולות אלו, הכיראליות או חוסר הסימטריה נגרמת כתוצאה מקשיחות מבנית במולקולה שלא מאפשרת לאטומים להסתדר במבנה סימטרי. קשיחות מבנית זו היא בעצם אפקט סטרי והיא נובעת מכך שאטומים תופסים נפח מסוים ואם האטומים יתקרבו יתר על המידה זה לזה אז עלולה להיווצר ביניהם דחייה כתוצאה מחפיפה בין ענני האלקטרונים שלהם. הדחיה לא מאפשרת למולקולה להסתדר במבנה סימטרי וגורמת לה להיות מולקולה כיראלית.
חלוקת האננטיומרים ל-R ו-S במקרה זה היא מורכבת מעט יותר, ונקבעת גם היא בכלל קהאן-אינגולד-פרלוג.
פעילות אופטית.
גל אלקטרומגנטי שמתקדם בכיוון מסוים מאופיין על ידי שדה חשמלי ושדה מגנטי שניצבים זה לזה וגם לכיוון התקדמות הגל. לפי הגדרה זו וקטור השדה החשמלי ווקטור השדה המגנטי הניצב לו, נמצאים תמיד במישור המאונך לכיוון ההתקדמות, אך עדיין יש חופש בבחירת הכיוון שלהם על גבי מישור זה. צורת השינוי של כיוון וקטור השדה החשמלי מגדירה את קיטוב האור של הגל. כך למשל, אור בעל קיטוב ליניארי מוגדר כגל שווקטור השדה החשמלי שלו (מסומן בכחול באיור) נמצא תמיד על קו ישר (מסומן בסגול באיור) במישור המאונך לכיוון התנועה (כלפי מעלה באיור).
אור בעל קיטוב ליניארי, שעובר דרך חומר כיראלי נוזלי, או חומר כיראלי בתמיסה, משנה את כיוון הקיטוב. לחומר כיראלי יש מקדם שבירה שונה לגבי אור בעל קיטוב מעגלי ימני (RHC) יחסית לאור בעל קיטוב מעגלי שמאלי (LHC). הואיל ואור מקוטב ליניארית ניתן להצגה כצירוף ליניארי של אור מקוטב RHC ושל אור מקוטב LHC, הבדל זה במקדם השבירה גורם לסיבוב של כיוון הקיטוב.
אם הסיבוב של כיוון הקיטוב הוא עם כיוון השעון אז החומר הכיראלי מכונה (+) או d (דקסטרורוטטורי), ואם כיוון השינוי הוא נגד כיוון השעון אז החומר הכיראלי מכונה (-) או l (לבורוטטורי). אם אננטיומר מסוים מסובב את הקיטוב בכיוון (+), אז בן-זוגו יסובב את הקיטוב בכיוון (-) באותה מידה.
נהוג להגדיר גודל שנקרא סיבוב סגולי, אשר מאפיין את זווית הסיבוב:
כאשר "α" היא זווית הסיבוב של כיוון הקיטוב הליניארי הנמדדת בניסוי, "l" הוא המרחק שהאור עבר בתווך הכיראלי, "c" מייצג את ריכוז הדוגמה, "T" היא הטמפרטורה, ואילו "λ" מסמל את אורך הגל.
בהקשר זה, קיומו של מרכז כיראלי לא בהכרח מצביע על פעילות אופטית. ייתכנו מולקולות, המכילות יותר מפחמן אסימטרי אחד, שניתן למצוא בהן מישור סימטריה, ועל כן הן א-כיראליות וחסרות פעילות אופטית. דוגמאות בולטות הן תרכובות מזו, כאשר הקידומת "מזו-" מציינת חוסר פעילות אופטית. כך למשל לחומצה טרטרית יש 3 איזומרים אופטיים (סטריאואיזומרים) - שני אננטיומרים בעלי פעילות אופטית, בעוד שהאיזומר השלישי, הדיאסטריאומר הקרוי חומצה מזוטרטרית, אינו פעיל אופטית.
כיראליות בביולוגיה.
חומרים רבים המעורבים בפעילות ביולוגית הם כיראליים, למשל סוכרים, חומצות אמינו (מלבד גליצין) והורמונים. לשני האננטיומרים של חומרים אלו יכולה להיות פעילות ביולוגית שונה, הנובעת מהתגובה שלהם עם חומרים כיראליים אשר נמצאים במערכות ביולוגיות, כמו קולטנים, אנזימים ונוגדנים, שהם עצמם חלבונים כיראליים. חוסר ההתאמה המבני בין מולקולה הנכנסת לתא ובין חומרים כיראליים המגיבים עמה יכול להתבטא כחוסר פעילות, כפעילות לא תקינה או כפעילות במהירות איטית.
הגדרת התצורה המוחלטת של מולקולות כיראליות ביולוגיות נעשית ביחס לגליצראלדהיד. באופן שרירותי נקבע, כי המופע הטבעי של מולקולה זו יסומל באות D, ואילו האננטיומר שלה יסומל באות L. על מנת לקבוע את התצורה של סוכר אחר, משרטטים את היטל פישר של הסוכר ומשווים את מיקומה של קבוצת OH הקשורה לפחמן האסימטרי האחרון (הפחמן השני מלמטה בהיטל פישר) בסוכר זה יחסית למיקומה בגליצראלדהיד. ניתן ליישם שיטה זו למולקולות כיראליות אחרות, שאינן סוכרים, על ידי בחינת מיקומה של קבוצה פונקציונלית אשר מכילה את קבוצת OH, וקשורה לפחמן האסימטרי האחרון. שיטת סימון זו לא ניתנת ליישום עבור מולקולות שאין בהן קבוצה כזאת.
ככל הידוע, הסוכרים מופיעים בטבע כמעט תמיד בתצורה D, ואילו חומצות האמינו הכיראליות מופיעות בטבע כמעט תמיד בתצורה L. למעשה, יצורים ביולוגיים לא מסוגלים לזהות ולנצל סוכרים בעלי תצורה L וחומצות אמינו בעלות תצורה D. עם זאת, תהליכי רצמיזציה, שבהם אננטיומר אחד הופך לבן זוגו בצורה ספונטנית, יכולים להתרחש גם בגופם של יצורים חיים, ולהביא ליצירתם של אננטיומרים שהגוף אינו יכול להשתמש בהם. כך למשל, נמצא שקיים אחוז קטן של חומצה אספרטית בתצורה D ברקמות של אנשים מבוגרים.
הומוכיראליות.
אחת הבעיות המרכזיות אשר עולות בעת ניסיון להבין את מוצא החיים על פני כדור הארץ היא הבנת מקורו של ההבדל בשכיחות של אננטיומרים של מולקולות ביולוגיות הקרוי הומוכיראליות. כך למשל, ניסוי מילר-יורי, שהדגים יצירה ספונטנית של מולקולות יסוד ביולוגיות מחומרי מוצא פשוטים, לא הצליח לייצר תגובה סטריאוסלקטיבית, כלומר לייצר עודף משמעותי של אננטיומר אחד.
מטאוריט מורצ'יסון שנפל באוסטרליה בשנת 1969 עורר עניין רב לאחר שהתגלו בו חומצות אמינו שונות, כמו למשל אלנין. מספר מדידות הראו עודף של חומצות אמינו בתצורה L, אולם לא הייתה הסכמה לגבי מידת העודף, ובנוסף הועלו חששות שמקור העודף הוא בזיהום שמקורו בכדור הארץ. מדידה חשובה נוספת בהקשר דומה היא מדידת קיטוב האור של ערפילית אוריון. האור שמקורו באזור בו נוצרים כוכבים חדשים עובר בדרכו דרך חומר בין-כוכבי, ובאזורים מסוימים כיוון הקיטוב שלו משתנה. הדבר מעיד על קיומן של מולקולות כיראליות באזורים אלו.
דוגמאות.
בתעשיית המזון, תכונת הכיראליות יכולה להשפיע על הטעם ועל הריח של המוצר. כך למשל המולקולה אספרטיים ידועה כממתיק מלאכותי, ואילו האננטיומר שלה מר. דוגמה נוספת היא המולקולה לימונן שמופיעה בפירות הדר. הריח של לימונן בתצורה R הוא ריח תפוז, ואילו האננטיומר S-לימונן הוא בעל ריח של לימון. בגוף האדם נמצאים קולטנים שמזהים את שני האננטיומרים ומבדילים ביניהם.
במחקר שנערך על זבוב פירות התגלה שהזבוב הזכר מפריש פרומון, בעל תצורה מסוימת, שאליו נמשכות הנקבות. בו בזמן, הנקבות מפרישות את המולקולה האננטיומרית, ולפרומון זה נמשכים הזכרים.
בתעשיית התרופות ידועות מולקולות כיראליות שונות, שרק גרסה אחת שלהן מבצעת את פעולת הריפוי, ואילו הגרסה השנייה אינה מועילה, ולעיתים אפילו מזיקה. כדוגמה ניתן לציין את התלידומיד שאננטיומר אחד שלו מקל על בחילות בוקר של נשים בהריון, ואילו לאננטיומר השני יש אפקט טרטוגני, כלומר פוגע בהתפתחות העובר. מולקולת התלידומיד היא גם דוגמה לאננטיומר שבקלות יכול להפוך בגוף לאננטיומר השני, כך שאפילו תרופה אשר תכיל רק את האננטיומר המקל על בחילות בוקר לא תהיה בטוחה.
התרופות נוגדות הדיכאון ציטלופרם (Citalopram, ציפרמיל) ואסציטלופרם (Escitalopram, ציפרלקס) יכולות לשמש כדוגמה לשימוש בכיראליות באסטרטגיית הפיתוח של חברות התרופות. ציטלופרם, המהווה תערובת רצמית של האננטיומרים S-(+)-citalopram ו-R-(−)-citalopram, פותחה על ידי חברת התרופות "לונדבק" ואושרה לשווק על ידי מנהל המזון והתרופות האמריקאי בשנת 1989. הפטנט על התרופה פג ב-2003 ומיד החלו להופיע גרסאות גנריות זולות שלה. "לונדבק" צפתה את אובדן ההכנסות ולכן השיקה ב-2001 תרופה חדשה, אסציטלופרם, המכילה רק את האננטיומר הפעיל S-(+)-citalopram. התרופה אושרה בזמן שיא, תוך שלוש וחצי שנים מרישום הפטנט, ובעלות מחקר ופיתוח נמוכה במיוחד משום שהיא הייתה חלק מהתרופה המקורית. בשנת 2006, עוד לפני שפג תוקפו של הפטנט על אסציטלופרם, אישר ה-FDA גרסה גנרית שלה שפותחה על ידי חברת "טבע". אולם, האישור בוטל עוד באותה שנה על ידי בית המשפט האמריקאי שקבע בכך את מעמדו המשפטי של האננטיומר הספציפי כחומר שונה מהתערובת הרצמית שבה הוא כלול.
דרכמא
קודייראת א-צאנע
קודייראת א-צאנע הוא שבט בדואי בנגב, שהוכר על ידי מדינת ישראל כיישוב ושמו קודייראת א-צאנע (שבט). ליישוב עדיין אין מעמד מוניציפלי.
שפה פרוצדורלית