РАЦЕМІЧНА СУМІШ: ХІРАЛЬНІСТЬ, ПРИКЛАДИ - ХІМІЯ - 2025

Рацемічну суміш або рацемат один складається з двох енантіомерів в рівних частинах , і які, отже , оптичний неактивна. Ця оптична активність стосується здатності ваших розчинів обертатися, за годинниковою або проти годинникової стрілки, пучком поляризованого світла, який проходить через них в одному напрямку.

Енантіомер має можливість обертати поляризоване світло, скажімо, вліво (ліворуч), тому його чистий розчин буде оптично активним. Однак якщо енантіомер, який обертає світло вправо (декстроротаторно), почне додаватися до нього, його оптична активність зменшуватиметься до його інактивації.

Кластери винограду, які поділяють споріднення з рацемічними сумішами поза етимологією. Джерело: Пікселі.

Коли це відбувається, говорять про те, що лівий і правий енантіомери є рівними; Якщо молекула обертає поляризоване світло ліворуч, її ефект негайно скасовується, коли вона "стикається" з іншою молекулою, яка обертає її праворуч. І так далі. Тому у нас буде рацемічна суміш.

Перший приціл енантіомеризму здійснив французький хімік Луї Пастер у 1848 р., Який вивчав суміш енантіомерних кристалів винної кислоти (на той час називався рацеміновою кислотою). Оскільки ця кислота надходила з винограду, використовуваного для виготовлення вин, ця суміш в кінцевому підсумку застосовувалася для всіх молекул.

Взуття та хиральність

По-перше, для існування рацемічної суміші повинно бути два енантіомери (як правило), з чого випливає, що обидві молекули є хіральними і що їх дзеркальні зображення не накладаються. Пара взуття чудово ілюструє це: як би ви не намагалися накладати ліве взуття праворуч, вони ніколи не підійдуть.

Праве взуття, іншими словами, відхиляє поляризоване світло вліво; поки ліве взуття рухається праворуч. У гіпотетичному рішенні, де взуття є молекулами, якщо є тільки прямі, хіральні черевики, це буде оптично активно. Те ж станеться, якщо в розчині залишаються лише взуття.

Однак якщо є тисяча лівих черевиків, змішаних з тисячею правого взуття, то існує рацемічна суміш, яка також є оптично неактивною, оскільки відхилення, які зазнає світло всередині неї, скасовують одне одного.

Якби замість взуття вони були кулями, предметами, які є ахіральними, не можна було б існувати рацемічних сумішей, оскільки вони навіть не могли б існувати як пари енантіомерів.

Приклади

Винна кислота

Енантіомери винної кислоти. Джерело: Дшанц

Повертаючись до винної кислоти, її рацемічна суміш була першою відомою. На верхньому зображенні показані два його енантіомери, кожен з яких здатний утворювати кристали з «лівою» або «правою» морфологічними гранями. Пастер, використовуючи мікроскоп і суворі зусилля, зумів відокремити ці енантіомерні кристали один від одного.

Кристали енантіомерів L (+) і D (-) окремо проявляють оптичну активність, відхиляючи поляризоване світло відповідно вправо або вліво. Якщо обидва кристали в однакових мольних пропорціях розчиняються у воді, в результаті вийде оптично неактивна рацемічна суміш.

Зверніть увагу, що обидва енантіомери мають два хіральних вуглецю (з чотирма різними заступниками). У L (+) ОН лежать позаду площини, утвореної карбоновим скелетом та групами СООН; тоді як у D (-) ці ОН знаходяться вище зазначеної площини.

Ті, хто синтезує винну кислоту, отримають рацемічну суміш. Для відокремлення L (+) енантіомеру від D (-) необхідна хіральна роздільна здатність, при якій ця суміш вступає в реакцію з хіральною основою для утворення діастереоізомерних солей, здатних розділятися фракційною кристалізацією.

Хінін

Структурний скелет молекули хініну. Джерело: Benjah-bmm27.

У наведеному вище прикладі для позначення рацемічної суміші винної кислоти зазвичай пишеться як (±) -винної кислоти. Таким чином, у разі хініну (верхнє зображення) це буде (±) -кінін.

Ізомерія хініну є складною: вона має чотири хіральних вуглецю, даючи шістнадцять діастереоізомерів. Цікаво, що два його енантіомери (один з ОН над площиною, а другий під ним) насправді діастереоізомери, оскільки вони відрізняються за конфігурацією інших своїх хіральних вуглеців (таких, як біцикло з атомом N).

Зараз важко визначити, який із стереоізомерів хініну буде відхиляти поляризоване світло вправо чи вліво.

Талідомид

Талідомидні енантіомери. Джерело: Щеплення

Енантіомери талідоміду показані вище. Він має лише один хіральний вуглець: той, який пов'язаний з азотом, що з'єднує обидва кільця (одне з фталіміду, а друге - з глютерамідом).

У енантіомері R (із седативними властивостями) фталімідне кільце (те, що ліворуч) орієнтоване над площиною; в той час як в S енантіомері (з мутагенними властивостями), нижче.

Очному відсотку невідомо, хто з двох відхиляє світло вліво або вправо. Відомо, що суміш 1: 1 або 50% обох енантіомерів утворює рацемічну суміш (±) -талідомид.

Якщо ви хочете продавати талідомід лише як гіпнотичний заспокійливий засіб, обов'язково піддайте його рацемічну суміш хіральній резолюції, про яку вже говорилося, таким чином, щоб отримати чистий R енантіомер.

1,2-епоксипропан

1,2-епоксипропанові енантіомери. Джерело: Габріель Болівар.

На верхньому зображенні показана енантіомерна пара 1,2-епоксипропану. Енантіомер R відхиляє поляризоване світло праворуч, тоді як S енантіомер відхиляє його вліво; тобто перший - (R) - (+) - 1,2-епоксипропан, а другий - (S) - (-) - 1,2-епоксипропан.

Рацемічна суміш двох, знову ж таки, у співвідношенні 1: 1 або 50%, стає (±) -1,2-епоксипропаном.

1-фенілетіламін

Енантіомери 1-фенілетіламіну. Джерело: Габріель Болівар.

Наведено вище - ще одна рацемічна суміш, утворена двома енантіомерами 1-фенілетиламіну. R енантіомер являє собою (R) - (+) - 1-фенілетіламін, а S енантіомер є (S) - (-) - 1-фенілетиламін; одна має метильну групу CH ₃ , що вказує на площину ароматичного кільця, а друга вказує під нею.

Зауважте, що коли конфігурація R, вона іноді збігається з тим, що енантіомер повертає поляризоване світло праворуч; однак це не завжди застосовується і не може сприйматися як загальне правило.

Остаточний коментар

Більш важливим, ніж існування або відсутність рацемічних сумішей, є їх хіральна роздільна здатність. Особливо це стосується сполук з фармакологічними ефектами, які залежать від зазначеної стереоізомерії; тобто один енантіомер може бути корисним для пацієнта, тоді як інший може впливати на нього.

Ось чому ці хіральні дозволи використовуються для розділення рацемічних сумішей на їх компоненти, і, таким чином, мати можливість продавати їх як чисті ліки, що не мають шкідливих домішок.

Список літератури

1. Моррісон, RT та Бойд, R, N. (1987). Органічна хімія. 5-е видання. Редакція Addison-Wesley Interamericana.
2. Кері Ф. (2008). Органічна хімія. (Шосте видання). Mc Graw Hill.
3. Грем Соломон TW, Крейг Б. Фріхле. (2011 р.). Органічна хімія. Аміни. (10-е видання.). Wiley Plus.
4. Стівен А. Хардінгер. (2017). Ілюстрований словник органічної хімії: рацемічна суміш. Кафедра хімії та біохімії, UCLA. Відновлено: chem.ucla.edu
5. Ненсі Девіно. (2019). Рацемічна суміш: визначення та приклад. Вивчення. Відновлено з: study.com
6. Джеймс Ешенхерст. (2019). Стереохімія та хиральність: що таке рацемічна суміш? Відновлено з: masterorganicchemistry.com
7. Джон К. Леффінгвелл. (2003). Хіральність та біоактивність I .: Фармакологія. . Відновлено: leffingwell.com