Енантіомери

Неідентичні дзеркальні відображення молекули

У хімії, енантіомери — стереоізомери, які є неідентичними повними дзеркальними відображеннями один одного (як права і ліва рука). У симетричному (нехіральному) оточенні енантіомери мають ідентичні хімічні і фізичні властивості за винятком їх здатності обертати площину поляризації світла, яка у двох енантіомерів ідентична за модулем і протилежна за напрямком. Суміш рівних частин оптично активного ізомеру і його енантіомеру називається рацемічною сумішшю і оптично неактивна.

Існування енантіомерно форм пов'язано з наявністю у молекули хиральности - властивості не збігатися в просторі зі своїм дзеркальним відображенням.

В ахіральной (симетричною) середовищі енантіомери мають однакові хімічні і фізичні властивості, крім здатності обертати площину поляризації плоскополярізованного світла на однакову величину кута, але в протилежних напрямках. Дана властивість енантіомерів отримало назву оптичної активності. 

Більшість хіральних природних сполук (амінокислоти, моносахариди) існує у вигляді одного енантіомеру. Поняття Енантіомери грає важливу роль в фармацевтиці, оскільки різні енантіомери лікарських речовин, як правило, мають різну біологічну активність. 

  Критерій існування енантіомерів 

Властивістю Енантіомери володіють хіральні сполуки, тобто містять елемент хіральності (хіральний атом і ін.). Однак, трапляються винятки, коли молекула містить кілька елементів хіральності, але в цілому хіральної не є. Прикладом може служити мезовінная кислота, яка не має енантіомерів. 

  номенклатура 

  За оптичної активності (+/-) 

Енантіомер іменується за напрямком, в якому його розчин обертає площину поляризації світла. Якщо обертання відбувається за годинниковою стрілкою, то такий енантіомер називається (+), або правовращающим. Його оптичний антипод іменується (-), або левовращающего. Дана номенклатура з'явилася до того, як були відкриті методи встановлення абсолютної конфігурації енантіомерів. Вона є емпіричної і прямо не пов'язана з розташуванням атомів у просторі. 

  За абсолютною конфігурації (R / S) 

R / S-номенклатура є найбільш широко використовуваної в даний час, оскільки дозволяє охарактеризувати енантіомер за його абсолютної конфігурації. Це стало можливим завдяки відкриттю рентгеноструктурного аналізу, що дозволяє встановити точне просторове розташування атомів в молекулі. 

Даний вид номенклатури грунтується на привласненні Хіральність атому вуглецю позначення R або S на підставі взаємного розташування чотирьох пов'язаних з ним заступників. При цьому для кожного із заступників визначають старшинство відповідно до правил Кана - Інгольд - Прелога, потім молекулу орієнтують так, щоб молодший заступник був направлений в сторону від спостерігача, і встановлюють напрямок падіння старшинства інших трьох заступників. Якщо старшинство зменшується за годинниковою стрілкою, то конфігурацію атома вуглецю позначають R (rectus - правий). В протилежному випадку конфігурацію позначають S (sinister - лівий). 

Якщо з'єднання містить лише один хіральний центр, то його конфігурація вказується в назві у вигляді приставки. Якщо в з'єднанні знаходиться кілька стерео центру, необхідно позначити конфігурацію кожного. 

R / S-номенклатура не має безпосереднього зв'язку з (+/-) - позначеннями. Наприклад, R-ізомер може бути як правовращающим, так і левовращающего, залежно від конкретних заступників при хіральні атомі. 

  За відносної конфігурації (D / L) 

-номенклатура була введена Е. Фішером для опису відносної конфігурації моносахаридів. Вона заснована на конфігурації гліцеринового альдегіду, існуючого у вигляді двох енантіомерів, з яких шляхом послідовних реакцій нарощування вуглецевого ланцюга можна отримати похідні моносахариди (тетрози, пентози, гексози і т. Д.). Оскільки в ході нарощування вуглецевого ланцюга стерео центру гліцеринового альдегіду не зачіпається, всі похідні цукру, по Фішеру, отримують те ж позначення відносної конфігурації, що й вихідний гліцериновий альдегід. Позначення для енантіомерів гліцеринового альдегіду були привласнені Фішером довільно. 

В даний час сучасні методи встановлення структури сполук дозволяють характеризувати конфігурацію моносахаридів, що не порівнюючи їх з гліцериновим альдегідом. Однак, -номенклатура традиційно зберігається в назвах цукрів і амінокислот. Позначення або пов'язані з розташуванням функціональної групи (гідроксильної для цукрів і аміногрупи для амінокислот) нижнього стерео центру в проекції Фішера для даного з'єднання. Якщо функціональна група розташовується зліва від вуглецевого скелета, то такий енантіомер позначають символом (lævus - лівий), якщо ж вона розташовується праворуч, то це -енантіомер (dexter - правий) [1].

  Фізичні властивості енантіомерів 

Енантіомери ідентичні за фізичними властивостями, наприклад, вони мають однакову температуру кипіння або плавлення, показник заломлення, щільність і т. Д. Вони можуть бути розрізнені лише при взаємодії з хіральної середовищем, наприклад, світловим випромінюванням. Світлова хвиля може бути представлена ​​у вигляді лівої і правої циркулярно поляризованих складових, які в середовищі енантіомера поширюються з різними фазовими швидкостями, за рахунок чого виникає обертання площини поляризації. В протилежних Енантіомери (оптичних антиподах) більшу швидкість має та чи інша циркулярно поляризована складова, тому напрямок обертання площини поляризації для енантіомерів протилежно [2] [3]. 

Енантіомери характеризують величиною питомого обертання, яка розраховується як величина обертання, поділена на довжину оптичного шляху і концентрацію розчину енантіомера. 

  Хімічні властивості енантіомерів 

Енантіомери однаково поводяться в хімічних реакціях з ахіральнимі реагентами в ахіральной середовищі. Однак, якщо реагент, каталізатор або розчинник хіральні, реакційна здатність енантіомерів, як правило, розрізняється. Типовим прикладом є лікарські сполуки, які взаємодіють з хіральними компонентами організму (білки, ферменти, рецептори). Зазвичай, активність проявляє лише один енантіомер ліки, в той час як інший енантіомер активності не проявляє. 

  рацемати 

Рацемат (рацемічна суміш) - еквімолярної суміш енантіомерів. Оскільки оптичне обертання є адитивною величиною, обертання одного енантіомеру компенсується обертанням другого енантіомера, і сумарне обертання рацемической суміші дорівнює 0 За номенклатурою ІЮПАК рацемати позначають приставками (±) -, rac- (або racem-) або символами RS і SR [4]. 

В результаті хімічного синтезу, як правило, утворюються саме рацемічні суміші. Для отримання індивідуальних енантіомерів або енантіомерно збагачених продуктів необхідно використовувати методи стереоселективного синтезу або розщеплення рацематів. 

  приклади 

енантіомери ібупрофену 

Молекула протизапального препарату ібупрофену має один стерео центру в α-положенні до карбоксильної групі, тому вона існує у вигляді двох енантіомерів. Ібупрофен, вироблений в промисловості, є рацемической сумішшю. Встановлено, що біологічну активність має лише один енантіомер - (S) - (+) - ібупрофен. У той час як його оптичний антипод (R) - (-) - ібупрофен в організмі неактивний. У зв'язку з цим стало комерційно доступно аналогічне лікарський засіб, що представляє собою енантіомерно чистий (​​S) - (+) - ібупрофен, т. Н. дексібупрофен. В ході подальших досліджень було виявлено, що в організмі людини присутній ізомерази, здатна перетворювати неактивний (R) - (-) - ібупрофен в активний (S) - (+) - ібупрофен [5]. 

Іншим прикладом можуть служити антидепресанти циталопрам і есциталопрам. Циталопрам є рацемической сумішшю (R) -ціталопрама і (S) -ціталопрама. Есциталопрам є індивідуальним (S) -енантіомер. Було показано, що есциталопрам більш ефективний при лікуванні депресивних станів, ніж аналогічна доза циталопраму [6]. 

  Див. Також

Див. також

• Енантіомерний надлишок
• Енантіоморфізм
• Стереохімія