Энантиомер - Enantiomer

Эта статья о концепции в химии. Для обсуждения энантиомеров в математике см. Хиральность (математика).
(S)-(+)-молочная кислота (слева) и (р) - (-) - молочная кислота (справа) являются несуществующими зеркальными отображениями друг друга.

В химия, энантиомер (/ɪˈпæптяəмər,ɛ-,-тяoʊ-/[1] ə-NAN-ти-ə-mər; из Греческий ἐνάντιος (энантиос) 'противоположный' и μέρος (мерос) 'часть') (также называемый оптическим изомером,[2] антипод[3] или оптический антипод[4]) является одним из двух стереоизомеры которые зеркальные изображения друг друга, которые не могут быть совмещены (не идентичны), как левый и правый Руки являются зеркальными отображениями друг друга, которые не могут казаться идентичными просто путем переориентации.[5] 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 энантиоморф (энантио = напротив; превращаться = форма);[6] структурное свойство называется энантиомерией. Наличие нескольких хиральных элементов в данном соединении увеличивает количество возможных геометрических форм, хотя все еще могут быть пары идеального зеркального отображения.

Считается образец химического вещества энантиочистка (также называемый энантиомерно чистым), когда он имеет в пределах обнаружения молекулы только одного хиральность.[7]

Когда энантиомеры присутствуют в симметричной среде, они обладают идентичными химическими и физическими свойствами, за исключением их способности вращаться. самолет -поляризованный свет (+/-) на равные величины, но в противоположных направлениях (хотя поляризованный свет можно рассматривать как асимметричную среду). Поэтому такие соединения описываются как оптически активный, со специфическими условиями для каждого энантиомера в зависимости от направления: правовращающее соединение вращает свет по часовой стрелке (+), тогда как левовращающее соединение вращает свет против часовой стрелки (-). Смесь равный количество обоих энантиомеров называется рацемический смесь или рацемат.[8] В рацемической смеси количеству положительного вращения точно противодействует равное количество отрицательного вращения, поэтому чистое вращение равно нулю (смесь не является оптически активной). Для всех намерений и целей пары энантиомеров имеют одинаковую свободную энергию Гиббса. Однако теоретическая физика предсказывает, что из-за нарушение четности из слабая ядерная сила (единственная сила в природе, которая может «отличать левое от правого»), на самом деле существует минута разница в энергии между энантиомерами (порядка 10−12 эВ или 10−10 кДж / моль или меньше) из-за слабый нейтральный ток механизм. Эта разница в энергии намного меньше, чем изменения энергии, вызванные даже незначительным изменением молекулярной конформации, и слишком мала, чтобы ее можно было измерить с помощью современных технологий, и поэтому химически несущественна.[9][10][11]

Члены энантиомера часто вступают в различные химические реакции с другими энантиомерными веществами. Поскольку многие биологические молекулы являются энантиомерами, иногда наблюдается заметная разница в действии двух энантиомеров на биологические организмы. В наркотики например, часто только один из энантиомеров лекарственного средства отвечает за желаемые физиологические эффекты, в то время как другой энантиомер менее активен, неактивен или иногда даже производит побочные эффекты. Благодаря этому открытию, можно разработать препараты, состоящие только из одного энантиомера («энантиопер»), чтобы улучшить действие препарата и иногда устранить некоторые побочные эффекты. Примером является эзопиклон (Lunesta), который представляет собой всего лишь один энантиомер более старого рацемический наркотик называется зопиклон. Один энантиомер отвечает за все желаемые эффекты, в то время как другой энантиомер, по-видимому, неактивен, поэтому доза эзопиклона составляет половину дозы зопиклона.

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

Соглашения об именах

Основная статья: Абсолютная конфигурация

Система R / S - важная система номенклатуры, используемая для обозначения различных энантиомеров. Другая система основана на префиксных обозначениях оптической активности: (+) - и (-) - или d- и l-. Латинские слова для осталось находятся Laevus и зловещий, и слово для правильно является декстер (или же прямая мышца в смысле правильного или добродетельного). Английское слово правильно это родственный из прямая мышца. Это происхождение обозначений L / D и S / R, а также использование префиксов лево- и право- в общие имена.

Префикс Ent- к химическому названию может быть использовано для обозначения химического вещества, которое является энантиомером того, что указано в названии.[12]

Критерий энантиомерии

Основная статья: Мезо соединение
Проекция Фишера мезо-винной кислоты

Асимметричный атом углерода - это атом, который имеет связи с четырьмя другой атомы или группы, так что эти связи могут быть расположены двумя разными способами, которые не могут быть совмещены. Большинство соединений, которые содержат один или несколько асимметричных атомов углерода (или другого элемента с тетраэдрической геометрией), демонстрируют энантиомерию, но это не всегда так. Соединения, которые содержат два или более асимметричных атома углерода, но имеют плоскость симметрии относительно всей молекулы, известны как мезо соединения. А мезо соединение не имеет стереоизомера зеркального отображения, потому что оно является его собственным зеркальным отображением (т.е. оно и его зеркальное отображение являются одной и той же молекулой). Например, мезо Винная кислота (показан справа) имеет два асимметричных атома углерода, но он не проявляет энантиомерии, потому что каждая из двух половин молекулы равна и противоположна другой и, таким образом, накладывается на ее геометрическое зеркальное изображение. И наоборот, существуют формы хиральности, которые не требуют отдельных асимметричных атомов. Фактически, существует четыре различных типа хиральности: центральная, осевая, плоская и спиральная. Наличие энантиомера благодаря асимметричному атому углерода представляет собой наиболее распространенный тип центральной хиральности. Другие три типа хиральности не связаны с асимметричными атомами углерода, и даже центральная хиральность не требует, чтобы центр хиральности располагался у атома углерода или любого другого атома. Следовательно, хотя наличие асимметричного атома углерода является удобной характеристикой, которую нужно искать при определении того, будет ли молекула иметь энантиомер, его недостаточно и не нужно в качестве критерия.

В качестве строгого критерия молекула является хиральной и, следовательно, будет обладать энантиомером тогда и только тогда, когда она принадлежит одной из хиральных точечных групп: Cп, Dп, Т, О, и я. Однако следует предупредить, что энантиомеры не обязательно выделяются, если существует доступный путь рацемизации при заданной температуре и времени. Например, амины с тремя различными заместителями являются хиральными, но за исключением нескольких нетипичных случаев (например, замещенные N-хлоразиридины), они быстро планаризуются и инвертируются («перевертывание зонтика») при комнатной температуре, что приводит к рацемизации. Если рацемизация происходит достаточно быстро, молекулу часто можно рассматривать как ахиральную усредненную структуру.

Примеры

Структуры двух энантиомерных форм (S осталось, р право) из Mecoprop
Энантиомеры циталопрам. Верх (р) -циталопрам и нижний (S) -циталопрам.

Примером такого энантиомера является успокаивающее 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, в то время как другой неизбежно[13] присутствуют в равных количествах, вызывают врожденные дефекты.[14]

В гербицид Mecoprop представляет собой рацемическую смесь с (р) - (+) - энантиомер («Мекопроп-П», «Дуплосан КВ»), обладающий гербицидной активностью.[15]

Другой пример - антидепрессанты. эсциталопрам и циталопрам. Циталопрам - это рацемат [1: 1 смесь (S) -циталопрам и (р) -циталопрам]; эсциталопрам [(S) -циталопрам] представляет собой чистый энантиомер. Дозировки эсциталопрама обычно составляют 1/2 дозировки циталопрама.

Энантиоселективные препараты

Смотрите также: хиральное разрешение и асимметричный синтез

Существуют две основные стратегии получения энантиочистых соединений. Первый известен как хиральное разрешение. Этот метод включает приготовление соединения в рацемический форме, и разделяя ее на изомеры. В своей новаторской работе Луи Пастер удалось выделить изомеры Винная кислота потому что они кристаллизуются из раствора в виде кристаллов разной симметрии. Менее распространенный метод - самодиспропорционирование энантиомеров.

Вторая стратегия - асимметричный синтез: использование различных методик для получения желаемого соединения с высокой энантиомерный избыток. Охватываемые методы включают использование хиральных исходных материалов (синтез хирального пула ), использование хиральные вспомогательные вещества и хиральные катализаторы, и применение асимметричная индукция. Использование ферментов (биокатализ ) также может давать желаемое соединение.

Энантиоконвергентный синтез представляет собой синтез одного энантиомера из молекулы рацемического предшественника с использованием обоих энантиомеров. Таким образом, два энантиомера реагента образуют один энантиомер продукта.

Лекарства Enantiopure

Основная статья: Энантиопулярный препарат

Достижения в промышленных химических процессах сделали для фармацевтических производителей экономически выгодным принимать лекарства, которые первоначально продавались как рацемическая смесь и продавать индивидуальные энантиомеры. В некоторых случаях энантиомеры действительно имеют разные эффекты. В других случаях клиническая польза для пациента может отсутствовать. В некоторых юрисдикциях одноэнантиомерные лекарства могут быть запатентованы отдельно от рацемической смеси.[16] 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 лекарства.[17]

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 имеют параллельное применение кинетическое разрешение.[18]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ "enantiomer - определение энантиомера на английском языке из Оксфордского словаря". OxfordDictionaries.com. Получено 2016-01-20.
  2. ^ ИЮПАК, Сборник химической терминологии 2-е изд. («Золотая книга») (1997). Исправленная онлайн-версия: (2006–) "оптические изомеры ". Дои:10.1351 / goldbook.O04308
  3. ^ ИЮПАК, Сборник химической терминологии 2-е изд. («Золотая книга») (1997). Исправленная онлайн-версия: (2006–) "антипод ". Дои:10.1351 / goldbook.A00403
  4. ^ ИЮПАК, Сборник химической терминологии 2-е изд. («Золотая книга») (1997). Исправленная онлайн-версия: (2006–) "оптические антиподы ". Дои:10.1351 / goldbook.O04304
  5. ^ ИЮПАК, Сборник химической терминологии 2-е изд. («Золотая книга») (1997). Исправленная онлайн-версия: (2006–) "энантиомер ". Дои:10.1351 / goldbook.E02069
  6. ^ ИЮПАК, Сборник химической терминологии 2-е изд. («Золотая книга») (1997). Исправленная онлайн-версия: (2006–) "энантиоморф ". Дои:10.1351 / goldbook.E02079
  7. ^ ИЮПАК, Сборник химической терминологии 2-е изд. («Золотая книга») (1997). Исправленная онлайн-версия: (2006–) "энантиомерно чистый (enantiopure) ". Дои:10.1351 / goldbook.E02072
  8. ^ ИЮПАК, Сборник химической терминологии 2-е изд. («Золотая книга») (1997). Исправленная онлайн-версия: (2006–) "рацемат ". Дои:10.1351 / goldbook.R05025
  9. ^ 1921-2008 гг., Элиэль, Эрнест Л. (Ernest Ludwig) (1994). Стереохимия органических соединений. Вилен, Сэмюэл Х., Мандер, Льюис Н. Нью-Йорк: Wiley. ISBN  0471016705. OCLC  27642721.CS1 maint: числовые имена: список авторов (ссылка на сайт)
  10. ^ Альберт, Гихарро (2008). Происхождение хиральности в молекулах жизни: переход от осознания к текущим теориям и перспективам этой нерешенной проблемы. Юс, Мигель. Кембридж, Великобритания: Королевское химическое общество. ISBN  9781847558756. OCLC  319518566.
  11. ^ В смысле, используемом физиками элементарных частиц (см. Ссылку 6), «истинный» энантиомер молекулы, который имеет точно такое же массово-энергетическое содержание, что и исходная молекула, является зеркальным отражением, но также построен из антивещества (антипротоны, антинейтроны и позитроны). Тем не менее, в этой статье «энантиомер» будет использоваться в химическом смысле и по-прежнему будет относиться к неидентичному зеркальному отображению. изомерный соединение, состоящее из элементарных частиц обычного вещества, в частности.
  12. ^ «P-101.8.1 Инверсия конфигурации» (PDF), Предварительные рекомендации IUPAC - предпочтительные названия IUPAC, п. 48
  13. ^ Knoche, B; Блашке, Г. (1994). «Исследования рацемизации талидомида in vitro с помощью высокоэффективной жидкостной хроматографии». Журнал хроматографии А. Эльзевир. 666 (1–2): 235–240. Дои:10.1016/0021-9673(94)80385-4.
  14. ^ Воет, Дональд; Voet, Judith G .; Пратт, Шарлотта В. (2006). Основы биохимии. п.89. ISBN  0-471-21495-7.
  15. ^ Г. Смит; К. Х. Л. Кеннард; А. Х. Уайт; П. Г. Ходжсон (апрель 1980 г.). «(±) -2- (4-Хлор-2-метилфенокси) пропионовая кислота (мекопроп)». Acta Crystallogr. B. 36 (4): 992–994. Дои:10.1107 / S0567740880005134.
  16. ^ «Европейское агентство по лекарственным средствам - Sepracor Pharmaceuticals Ltd отзывает свою заявку на получение разрешения на продажу Lunivia (эзопиклона)». www.ema.europa.eu.
  17. ^ Меррилл Гузнер (2004). Таблетка за 800 миллионов долларов: правда о цене новых лекарств (отрывок). Калифорнийский университет Press. ISBN  0-520-23945-8.
  18. ^ Г.С. Кумбаридес, М. Дингджан, Дж. Имс, А. Флинн, Дж. Нортен и Й. Йоханнес, Tetrahedron Lett. 46 (2005), стр. 2897er

внешняя ссылка