Энантиомер - Enantiomer

( S ) - (+) - молочная кислота (слева) и ( R ) - (-) - молочная кислота (справа) являются несуществующими зеркальными отображениями друг друга.

В химии , энантиомер ( / ɪ п æ н т я ə м ər , ɛ -, - т я - / ə- NAN -tee-ə-mər , от греческого ἐνάντιος (enántios)  '' противоположного, и μέρος ( méros)  'часть') (также называемый оптическим изомером , антиподом или оптическим антиподом) является одним из двух стереоизомеров, которые являются зеркальными отображениями друг друга, которые не могут быть совмещены (не идентичны), так же как левая и правая руки являются зеркальными отражениями друг друга, которые не могут казаться идентичными просто путем переориентации. Один хиральный атом или подобная структурная особенность в соединении приводит к тому, что это соединение имеет две возможные структуры, которые не могут быть совмещены, каждая из которых является зеркальным отображением другой. Каждый член пары называется энантиоморфом ( энантио = противоположность; морф = форма); структурное свойство называется энантиомерией. Наличие нескольких хиральных элементов в данном соединении увеличивает количество возможных геометрических форм, хотя все еще могут существовать пары идеального зеркального отображения.

Образец химического вещества считается энантиочистым (также называемым энантиомерно чистым), если он имеет в пределах обнаружения молекулы только одной хиральности .

Когда они присутствуют в симметричной среде, энантиомеры имеют одинаковые химические и физические свойства за их способность вращать кроме плоскости - поляризованный света (+/-) на равных количествах , но в противоположных направлениях (хотя поляризованный свет можно считать асимметричную среду). Таким образом, такие соединения описываются как оптически активные со специальными терминами для каждого энантиомера в зависимости от направления: правовращающее соединение вращает свет по часовой стрелке (+), тогда как левовращающее соединение вращает свет против часовой стрелки (-). Смесь равного количества обоих энантиомеров называется рацемической смесью или рацематом . В рацемической смеси количеству положительного вращения точно противодействует равное количество отрицательного вращения, поэтому чистое вращение равно нулю (смесь не является оптически активной).

Члены энантиомера часто вступают в различные химические реакции с другими энантиомерными веществами. Поскольку многие биологические молекулы являются энантиомерами, иногда наблюдается заметное различие в действии двух энантиомеров на биологические организмы. В лекарствах , например, часто только один из энантиомеров лекарства отвечает за желаемые физиологические эффекты (называемый эутомером), в то время как другой энантиомер менее активен, неактивен или иногда даже вызывает побочные эффекты (называемый дистомером). . Благодаря этому открытию, лекарства, состоящие только из одного энантиомера («энантиопер»), могут быть разработаны, чтобы улучшить действие лекарства, а иногда и устранить некоторые побочные эффекты. Примером является эзопиклон (Lunesta), который представляет собой всего лишь единственный энантиомер более старого рацемического препарата под названием зопиклон . Это типичный пример хирального переключателя . Один энантиомер отвечает за все желаемые эффекты, в то время как другой энантиомер кажется неактивным, поэтому доза эзопиклона вдвое меньше, чем зопиклона.

При химическом синтезе энантиомерных веществ неэнантиомерные предшественники неизбежно образуют рацемические смеси. В отсутствие эффективного энантиомерного окружения ( предшественник , хиральный катализатор или кинетическое разделение) разделение рацемической смеси на ее энантиомерные компоненты невозможно, хотя некоторые рацемические смеси спонтанно кристаллизуются в виде рацемического конгломерата , в котором кристаллы энантиомеры разделены физически и могут быть разделены механически (например, энантиомеры винной кислоты, кристаллизованные энантиомеры которых были разделены пинцетом по Пастеру ). Однако большинство рацематов кристаллизуются в кристаллы, содержащие оба энантиомера в соотношении 1: 1 и образующие правильную решетку.

Соглашения об именах

Система R / S является важной системой номенклатуры, используемой для обозначения различных энантиомеров. Другая система именования использует префиксы (+) - и (-) - для обозначения оптической активности энантиомера. (Префиксы d - и l - устаревшие синонимы для (+) - и (-) -). Латинские слова, обозначающие левый, - это laevus и зловещий , а слово, обозначающее право, - dexter (или rectus в смысле «правильный» или «добродетельный»). Английское слово right является родственным от rectus . Это происхождение L / D и S / R обозначений, а также применение префиксов левовращающие и право- в общих именах .

Приставка ent- к химическому названию может использоваться для обозначения химического вещества, которое является энантиомером того, что указано в названии.

Центры хиральности

Проекция Фишера мезо-винной кислоты

Молекула является хиральной и, следовательно, обладает энантиомером, если она не имеет симметрии отражения и неправильной симметрии вращения ( вращательного отражения). Общей характеристикой хиральности является наличие асимметричного атома углерода , который связан с четырьмя разными атомами или группами, так что эти группы могут быть расположены двумя разными способами, которые не могут быть совмещены. Наличие энантиомера благодаря асимметричному атому углерода (или асимметрично связанному атому любого элемента) представляет собой общий тип хиральности, называемый точечной хиральностью или центральной хиральностью . Асимметричный атом называется центром хиральности , разновидностью стереоцентра . Соединения, содержащие ровно один (или любое нечетное число) асимметричных атомов, всегда хиральны. Тем не менее, соединение , которые содержат четное число асимметрических атомов иногда не имеет хиральность , потому что они расположены в зеркально-симметричных парах, и известны как мезо соединения . Так , например, мезо винной кислоты (показано справа) имеет два асимметрических атома углерода, но он не проявляет enantiomerism , потому что существует плоскость зеркальной симметрии. И наоборот, существуют формы хиральности, которые не требуют асимметричных атомов, такие как аксиальная , планарная и спиральная хиральность.

Несмотря на то, что хиральная молекула не обладает симметрией отражения (C s ) и вращательного отражения (S 2 n ), она может иметь другие симметрии молекулы , и ее симметрия описывается одной из хиральных точечных групп : C n , D n , T, O, или I. Например, перекись водорода хиральна и имеет симметрию C 2 (двукратную вращательную). Обычным хиральным случаем является точечная группа C 1 , что означает отсутствие симметрии, как в случае молочной кислоты.

Примеры

Структуры двух энантиомерных форм ( S слева, R справа) мекопропа
Энантиомеры циталопрама . Верхняя часть - ( R ) -циталопрам, а нижняя - ( S ) -циталопрам .

Примером такого энантиомера является седативный талидомид , который продавался в ряде стран по всему миру с 1957 по 1961 год. Он был снят с продажи, когда было обнаружено, что он вызывает врожденные дефекты. Один энантиомер вызвал желаемый седативный эффект, тогда как другой, неизбежно присутствующий в равных количествах, вызвал врожденные дефекты.

Гербицид мекопроп представляет собой рацемическую смесь, с ( R ) - (+) - энантиомера ( «мекопроп-Р», «Duplosan К.В.») , обладающие гербицидной активностью.

Другой пример - антидепрессанты эсциталопрам и циталопрам . Циталопрам представляет собой рацемат [смесь ( S ) -циталопрама и ( R ) -циталопрама, 1: 1 ]; эсциталопрам [( S ) -циталопрам] представляет собой чистый энантиомер. Дозировки эсциталопрама обычно составляют 1/2 дозировки циталопрама. Здесь (S) -циталопрам называется хиральным переключателем циталопрама.

Энантиоселективные препараты

Есть две основные стратегии получения энантиочистых соединений. Первый известен как хиральное разрешение. Этот метод включает получение соединения в рацемической форме и разделение его на его изомеры. В своей новаторской работе Луи Пастер смог выделить изомеры винной кислоты, потому что они кристаллизуются из раствора в виде кристаллов, каждый с разной симметрией. Менее распространенный метод - самодиспропорционирование энантиомеров .

Вторая стратегия - асимметричный синтез: использование различных методик для получения желаемого соединения в высоком энантиомерном избытке . Охватываемые методы включают использование хиральных исходных материалов ( синтез хирального пула ), использование хиральных вспомогательных веществ и хиральных катализаторов и применение асимметричной индукции . Использование ферментов ( биокатализ ) также может дать желаемое соединение.

Третья стратегия - это энантиоконвергентный синтез , синтез одного энантиомера из рацемического предшественника с использованием обоих энантиомеров. При использовании хирального катализатора оба энантиомера реагента приводят к единственному энантиомеру продукта.

Энантиомеры не могут быть выделены, если существует доступный путь рацемизации (взаимное превращение между энантиоморфами с образованием рацемической смеси) при данной температуре и временном масштабе. Например, амины с тремя различными заместителями являются хиральными, но за некоторыми исключениями (например, замещенные N- хлоразиридины) они быстро претерпевают « зонтичное переворачивание » при комнатной температуре, что приводит к рацемизации. Если рацемизация происходит достаточно быстро, молекулу часто можно рассматривать как ахиральную усредненную структуру.

Лекарства Enantiopure

Достижения в области промышленных химических процессов сделали для фармацевтических производителей экономически выгодным принимать лекарства, которые первоначально продавались как рацемические смеси, и продавать индивидуальные энантиомеры. Эта стратегия маркетинга хирального специфического лекарственного средства из уже одобренного и существующего рацемического лекарственного средства обычно применяется для повышения терапевтической эффективности. Такой вид переключения с рацемического препарата на энантиочистое лекарство называется хиральным переключением, а процесс называется хиральным переключением. В некоторых случаях энантиомеры действительно обладают разными эффектами. Интересен случай пропоксифена. Энантиомерная пара пропоксифена продается отдельно Eli Lilly и компанией. Один из партнеров - декстропропоксифен, анальгетик (Дарвон), а другой - левопропоксифен, эффективное противокашлевое средство (Новрад). Интересно отметить, что торговые наименования препаратов, ДАРВОН и НОВРАД, также отражают химическое зеркальное отношение. В других случаях клиническая польза для пациента может отсутствовать. В некоторых юрисдикциях одноэнантиомерные препараты могут быть запатентованы отдельно от рацемической смеси. Возможно, активен только один из энантиомеров. Или может оказаться, что оба активны, и в этом случае разделение смеси не дает объективных преимуществ, но увеличивает патентоспособность лекарственного средства.

Нарушение четности

Во всех смыслах и целях каждый энантиомер в паре имеет одинаковую энергию. Однако, теоретическая физика предсказывает , что из - за нарушение четности в слабых ядерных силах (единственной силой в природе , которая может «Говорите слева справа»), есть на самом деле минуты разница в энергии между энантиомерами (порядка 10 -12 эВ или 10 -10 кДж / моль или меньше) из-за механизма слабого нейтрального тока . Эта разница в энергии намного меньше, чем изменения энергии, вызванные даже небольшими изменениями в молекулярной конформации, и слишком мала, чтобы ее можно было измерить с помощью современных технологий, и поэтому химически несущественна. В смысле, используемом физиками элементарных частиц, «истинный» энантиомер молекулы, который имеет точно такое же массово-энергетическое содержание, что и исходная молекула, является зеркальным отражением, которое также построено из антивещества (антипротонов, антинейтронов и позитронов). . В этой статье термин «энантиомер» используется только в химическом смысле соединений обычного вещества, которые не могут быть совмещены с их зеркальным отображением.

Квази- энантиомеры

Квази- энантиомеры представляют собой молекулярные разновидности, которые не являются строго энантиомерами, но ведут себя так же, как если бы они были. Квази- энантиомеры находят применение в параллельном кинетическом разрешении .

Смотрите также

использованная литература

внешние ссылки