Рацемическая смесь - Racemic mixture

В химия, а рацемическая смесь, или рацемат (/рeɪˈsямeɪт,рə-,ˈрæsɪмeɪт/),[1] тот, который имеет равные суммы левшей и правшей энантиомеры из хиральный молекула. Первая известная рацемическая смесь была рацемическая кислота, который Луи Пастер обнаружено, что это смесь двух энантиомерных изомеры из Винная кислота. Образец только с одним энантиомером является энантиомерно чистый или энантиочистка соединение.[2]

Этимология

От рацемическая кислота содержится в винограде; с латыни кисть, что означает гроздь винограда. Эта кислота, когда естественным образом производится в винограде, является только правой версией молекулы, более известной как Винная кислота. Более того, во многих германских языках рацемическая кислота называется «виноградной кислотой», например traubensaure (GER) или druvsyra (SWE). Карл фон Линне дал красной бузине научное название Sambucus racemosa шведское название druvfläder переводится как виноградная бузина. Это название, в свою очередь, связано с тем, что ягоды растут гроздью, похожей на виноградную ...

Номенклатура

Рацемическая смесь обозначается префиксом (±)- или dl- (для сахаров префикс дл- может использоваться), что указывает на равную (1: 1) смесь правосторонних и лево-изомеров. Также приставка рац- (или кисть) или символы RS и SR (все в курсив буквы).

Если соотношение не 1: 1 (или неизвестно), префикс (+)/(−), д / л- или д / л- (с косой чертой) используется вместо этого.

Использование d и l категорически не рекомендуется ИЮПАК.[3][4]

Свойства

Рацемат оптически неактивный, что означает, что нет чистого вращения плоскости-поляризованный свет. Хотя два энантиомера вращают плоско-поляризованный свет в противоположных направлениях, вращения отменяются, поскольку они присутствуют в равных количествах.

В отличие от двух чистых энантиомеров, которые имеют идентичные физические свойства, за исключением направления вращения плоско-поляризованного света, рацемат иногда имеет свойства, отличные от любого из чистых энантиомеров. Чаще всего встречаются разные точки плавления, но разные растворимости и точки кипения также возможны.

Фармацевтические препараты могут быть доступны в виде рацемата или чистого энантиомера, которые могут иметь различную эффективность. Поскольку биологические системы обладают множеством хиральных асимметрий, чистые энантиомеры часто имеют очень разные биологические эффекты; примеры включают глюкоза и метамфетамин.

Кристаллизация

Существует четыре способа кристаллизации рацемата в зависимости от вещества; три из которых Х. В. Б. Рузебум отличились к 1899 г .:

Конгломерат (иногда рацемический конгломерат)
Если молекулы вещества имеют гораздо большее сродство к одному и тому же энантиомеру, чем к противоположному, в результате получится механическая смесь энантиомерно чистых кристаллов. Смесь энантиомерно чистых кристаллов R и S образует эвтектика смесь. Следовательно, температура плавления конгломерата всегда ниже, чем у чистого энантиомера. Добавление небольшого количества одного энантиомера к конгломерату увеличивает температуру плавления. Примерно 10% рацемических хиральных соединений кристаллизуются в виде конгломератов.[5]
Рацемическое соединение (иногда настоящий рацемат)
Если молекулы имеют большее сродство к противоположному энантиомер чем для того же энантиомера, вещество образует единую кристаллическую фазу, в которой два энантиомера присутствуют в упорядоченном соотношении 1: 1 в элементарной ячейке. Добавление небольшого количества одного энантиомера к рацемическому соединению снижает температуру плавления. Но чистый энантиомер может иметь более высокую или более низкую температуру плавления, чем соединение. Частным случаем рацемических соединений являются крипторацемические соединения (или крипторацетаты ), в котором сам кристалл имеет хиральность (энантиоморфен), несмотря на то, что он содержит оба энантиоморфа в соотношении 1: 1.[6]
Псевдорацемат (иногда рацемический твердый раствор)
Когда нет большой разницы в сродстве между одними и теми же и противоположными энантиомерами, тогда, в отличие от рацемического соединения и конгломерата, два энантиомера будут сосуществовать неупорядоченным образом в кристаллической решетке. Добавление небольшого количества одного энантиомера немного или совсем не изменяет температуру плавления.
Квазирацемат
Квазирацемат - это сокристалл двух похожих, но разных соединений, одно из которых является левым, а другое - правым. Хотя химически они различны, они стерически похожи (изостерические) и все же способны образовывать рацемическую кристаллическую фазу. Один из первых таких рацематов, изученных Пастером в 1853 г., образуется из смеси 1: 2 бис аммониевая соль из (+) -Винная кислота и бисаммониевая соль (-) -яблочная кислота в воде. Повторно рассмотрено в 2008 г.[7] образовавшиеся кристаллы гантель -фигура, в которой центральная часть состоит из (+) - битартрата аммония, а внешние части представляют собой квазирацемическую смесь (+) - битартрата аммония и (-) - бималата аммония.

разрешение

Разделение рацемата на его компоненты, чистые энантиомеры, называется хиральное разрешение. Существуют различные методы, в том числе кристаллизация, хроматография, и использование ферменты. Первое успешное разделение рацемата было выполнено Луи Пастер, которые вручную разделяли кристаллы конгломерата.

Синтез

Без хиральный влияние (например, хиральный катализатор, растворитель или исходный материал), химическая реакция, в результате которой образуется хиральный продукт, всегда будет давать рацемат. Это может сделать синтез рацемата дешевле и проще, чем получение чистого энантиомера, поскольку для этого не требуются специальные условия. Этот факт также приводит к вопросу о том, как биологические гомохиральность развился на том, что считается рацемической первозданной землей.

Реагенты и реакции, в результате которых образуются рацемические смеси, считаются "не стереоспецифический " или нет стереоселективный "за их нерешительность в конкретном стереоизомерия. Часто встречается сценарий плоских видов (например, sp2 атом углерода или карбокатион промежуточный), действующий как электрофил. Нуклеофил с вероятностью 50% «поразит» любую из двух сторон плоской группировки, образуя таким образом рацемическую смесь:

Reaccion-racemato-sin-texto.png

Рацемические фармацевтические препараты

Смотрите также: Энантиопулярный препарат

Немного молекулы лекарства являются хиральными, а энантиомеры по-разному действуют на биологические объекты. Они могут продаваться как один энантиомер или как рацемическая смесь. Примеры включают талидомид, ибупрофен, цетиризин и сальбутамол. Adderall это неравное сочетание обоих амфетамин энантиомеры. Одна доза амфетамина объединяет нейтральные сульфатные соли декстроамфетамин и амфетамин с декстро-изомером сахарата амфетамина и моногидратом D / L-амфетамина аспартата. Рецепт анальгетика трамадол также является рацематом.

В некоторых случаях (например, ибупрофен и талидомид ) энантиомеры взаимопревращаются или рацемизировать in vivo. Это означает, что приготовление чистого энантиомера для лечения в значительной степени бессмысленно. Однако иногда образцы, содержащие чистые энантиомеры, могут быть изготовлены и проданы по более высокой цене в случаях, когда для использования требуется конкретно один изомер (например, для стереоспецифический реагент); сравнить омепразол и эзомепразол.

Хотя часто только один энантиомер лекарства может быть активным, бывают случаи, когда другой энантиомер является вредным, например сальбутамол[8] и талидомид. (R) энантиомер талидомида эффективен против утреннего недомогания, в то время как (S) энантиомер является тератогенным, вызывая врожденные дефекты. Поскольку препарат рацемизируется, препарат нельзя считать безопасным для применения женщинами детородного возраста.[9] и его использование строго контролируется при использовании для лечения других болезней.[10]

Метамфетамин отпускается по рецепту под торговой маркой Desoxyn. Активным компонентом Desoxyn является декстрометамфетамина гидрохлорид. Это правый изомер метамфетамина. Левосторонний изомер метамфетамина, левометамфетамин, является Внебиржевой препарат, действующий в меньшей степени на центральное и более периферическое действие.

Правило Валлаха

Правило Валлаха (впервые предложено Отто Валлах ) утверждает, что рацемический кристаллы имеют тенденцию быть плотнее, чем их хиральный аналоги.[11] Это правило подтверждено кристаллографическим анализом базы данных.[12]

Смотрите также

использованная литература

  1. ^ «рацемат». Словарь Merriam-Webster. Получено 8 июля 2018.
  2. ^ Мосс, Джерри П. (1996). Базовая терминология стереохимии (Рекомендации IUPAC 1996 г.). Департамент химии Лондонского университета королевы Марии: Научные публикации Блэквелла. С. 8, 11.
  3. ^ Г.П. Мох:Базовая терминология стереохимии (Рекомендации 1996 г.); Pure Appl. Chem., 1996, т. 68, № 12, с. 2205-2216; Дои:10.1351 / pac199668122193
  4. ^ Номенклатура углеводов (Рекомендации 1996 г.), 2-Carb-4. - Конфигурационные символы и префиксы
  5. ^ Жак, Жан; Колле, Андре; Вилен, Сэмюэл Х. (1981). Энантиомеры, рацематы и разрешения. Нью-Йорк: Вили. ISBN  0-471-08058-6. OCLC  7174200.
  6. ^ Л. Фабиан и К. П. Брок (2010). «Список органических крипторацематов». Acta Crystallogr. B66 (1): 94–103. Дои:10.1107 / S0108768109053610. PMID  20101089.
  7. ^ Повторное открытие квазирацематов Пастера Крейг А. Уилер, Ребекка С. Гроув, Рэймонд Э. Дэвис и У. Скотт Кассель Энгью. Chem. Int. Эд. 2008, 47, 78 –81 Дои:10.1002 / anie.200704007
  8. ^ (R) -Альбутерол от астмы: Pro, Билл Т. Амередес и Уильям Дж. Калхун
  9. ^ «Использование талидомида при проказе». ВОЗ: устранение проказы. КТО. Получено 22 апреля 2010.
  10. ^ Шерил Гей Столберг (17 июля 1998 г.). «Талидомид, одобренный для лечения проказы, с другими замеченными применениями». Нью-Йорк Таймс. Получено 8 января 2012.
  11. ^ (Wallach, O. (1895). Liebigs Ann. Chem. 286, 90–143.)
  12. ^ Кэролайн Пратт Брок, В. Бернд Швейцер и Джек Д. Дуниц (1991). «О справедливости правила Валлаха: о плотности и стабильности рацемических кристаллов по сравнению с их хиральными аналогами». Варенье. Chem. Soc. 113 (26): 9811–9820. Дои:10.1021 / ja00026a015.CS1 maint: несколько имен: список авторов (ссылка на сайт)