Enantiomery

Enantiomery ( starořecky ἐνάντιος „protiklad“ + μέρος „měřit, část“) jsou dvojice stereoizomerů , které jsou navzájem zrcadlovými obrazy, které nejsou ve vesmíru kompatibilní [1] . Pravá a levá dlaň mohou sloužit jako klasická ilustrace dvou enantiomerů: mají stejnou strukturu, ale odlišnou prostorovou orientaci.

Existence enantiomerních forem je spojena s přítomností chirality v molekule  – vlastnost, že se v prostoru neshoduje s jejím zrcadlovým obrazem.

V achirálním (symetrickém) prostředí mají enantiomery stejné chemické a fyzikální vlastnosti, kromě schopnosti otočit rovinu polarizace rovinně polarizovaného světla o stejný úhel, ale v opačných směrech. Tato vlastnost enantiomerů se nazývá optická aktivita (optická izomerie a samotné látky se nazývají optické izomery).

Většina chirálních přírodních sloučenin ( aminokyseliny , monosacharidy ) existuje jako jediný enantiomer. Koncept enantiomerů hraje důležitou roli ve farmacii , protože různé enantiomery léčivých látek mají zpravidla různé biologické aktivity .

Kritéria pro existenci enantiomerů

Vlastnost enantiomerie mají chirální sloučeniny, to znamená, že obsahují prvek chirality (chirální atom atd.). Existují však molekuly (tzv. mezoformy) obsahující několik symetricky umístěných prvků chirality, ale obecně nejsou chirální. Příkladem je kyselina mesovinná , která nemá žádné enantiomery.

Nomenklatura

Podle optické aktivity (+/-)

Enantiomer je pojmenován podle směru, ve kterém jeho roztok otáčí rovinu polarizace světla. Pokud rotace nastává ve směru hodinových ručiček, pak se takový enantiomer nazývá (+) nebo pravotočivý. Jeho optický antipod se nazývá (-), neboli levotočivý. Tato nomenklatura se objevila dříve, než byly objeveny metody pro stanovení absolutní konfigurace enantiomerů. Je to empirické a nesouvisí přímo s uspořádáním atomů v prostoru.

Podle absolutní konfigurace ( R / S )

R / S nomenklatura je v současné době nejrozšířenější, protože umožňuje, aby byl enantiomer charakterizován jeho absolutní konfigurací . To bylo umožněno objevem rentgenové difrakční analýzy , která umožňuje stanovit přesné prostorové uspořádání atomů v molekule.

Tento typ nomenklatury je založen na přiřazení označení R nebo S chirálnímu atomu uhlíku na základě relativní polohy čtyř s ním spojených substituentů. Současně je pro každý ze substituentů stanovena seniorita v souladu s pravidly Kahn-Ingold-Preloga , poté je molekula orientována tak, aby juniorský substituent směřoval pryč od pozorovatele, a směr klesající seniority zbývající tři substituenty jsou stanoveny. Pokud seniorita klesá ve směru hodinových ručiček, pak je konfigurace atomu uhlíku označena R ( anglicky  right  - right). V opačném případě je konfigurace označena S ( latinsky  sinister  - left) [2] [3] .

Pokud sloučenina obsahuje pouze jedno chirální centrum, pak je jeho konfigurace uvedena v názvu jako předpona. Pokud je ve spojení více stereocenter, musí být uvedena konfigurace každého z nich.

R / S - Nomenklatura nemá přímou souvislost s (+ / -) - označení. Například R - izomer může být buď pravotočivý nebo levotočivý, v závislosti na specifických substituentech na chirálním atomu.

Podle relativní konfigurace (D/L)

D/L-Nomenklatura byla zavedena E. Fisherem k popisu relativní konfigurace monosacharidů. Je založen na konfiguraci glyceraldehydu, který existuje ve formě dvou enantiomerů, ze kterých lze postupnými reakcemi prodlužování uhlíkového řetězce získat deriváty monosacharidů ( tetrózy , pentózy, hexózy atd.). Protože stereocentrum glyceraldehydu není během prodlužování uhlíkového řetězce ovlivněno, dostávají všechny deriváty cukru podle Fischera stejné označení relativní konfigurace jako původní glyceraldehyd. Označení pro enantiomery glyceraldehydu byly libovolně přiděleny Fischerem.

V současnosti moderní metody stanovení struktury sloučenin umožňují charakterizovat konfiguraci monosacharidů bez jejich srovnání s glyceraldehydem. V názvech cukrů a aminokyselin je však tradičně zachována nomenklatura d/l . Označení d nebo l jsou spojena s umístěním funkční skupiny (hydroxyl pro cukry a amino pro aminokyseliny) nižšího stereocentra ve Fischerově projekci pro danou sloučeninu. Pokud je funkční skupina umístěna nalevo od uhlíkové kostry, pak se takový enantiomer označuje symbolem l ( lat.  lævus - "levý", levotočivý izomer), pokud je umístěn vpravo, pak je d - enantiomer ( lat.  dexter - "pravý", pravotočivý izomer) [4] [5] . Příklady zobrazení L- a D-izomerů ve strukturních chemických vzorcích:

V biologii, biochemii a medicíně se tradičně častěji používá označení D- a L- kvůli používání historické latiny v jejich terminologii.

Fyzikální vlastnosti enantiomerů

Enantiomery jsou identické ve fyzikálních vlastnostech, např. mají stejnou teplotu varu nebo tání , index lomu , hustotu atd. [6] Lze je rozlišit pouze při interakci s chirálním prostředím, např. světelným zářením. Světelnou vlnu lze reprezentovat jako levou a pravou kruhově polarizovanou složku, které se v enantiomerním prostředí šíří různými fázovými rychlostmi , díky čemuž se polarizační rovina otáčí . U opačných enantiomerů (optických antipodů) má ta či ona kruhově polarizovaná složka vyšší rychlost, takže směr rotace polarizační roviny u enantiomerů je opačný [7] [8] .

Enantiomery jsou charakterizovány velikostí specifické rotace, která se vypočítá jako velikost rotace dělená délkou optické dráhy a koncentrací roztoku enantiomeru.

Chemické vlastnosti enantiomerů

Enantiomery se chovají podobně v chemických reakcích s achirálními činidly v achirálním prostředí. Pokud je však reaktant, katalyzátor nebo rozpouštědlo chirální, reaktivita enantiomerů se zpravidla liší [9] . Typickým příkladem jsou lékové sloučeniny , které interagují s chirálními složkami těla ( proteiny , enzymy , receptory ). Typicky je aktivní pouze jeden enantiomer léčiva, zatímco druhý enantiomer je neaktivní.

Biochemické vlastnosti enantomerů

Racemates

Racemát je ekvimolární směs enantiomerů. Protože optická rotace je aditivní veličina, rotace jednoho enantiomeru je kompenzována rotací druhého enantiomeru a celková rotace racemické směsi je 0. Podle nomenklatury IUPAC se racemáty označují předponami (±) -, rac - (nebo racem -) nebo symboly RS a SR [10] .

V důsledku chemické syntézy se zpravidla tvoří racemické směsi. Pro získání jednotlivých enantiomerů nebo enantiomerně obohacených produktů je nutné použít metody stereoselektivní syntézy nebo štěpení racemátů .

Příklady

Molekula protizánětlivého léčiva ibuprofenu má jedno stereocentrum v poloze a ke karboxylové skupině , takže existuje jako dva enantiomery. Komerčně vyráběný ibuprofen je racemická směs . Bylo zjištěno, že pouze jeden enantiomer, ( S )-(+)-ibuprofen, má biologickou aktivitu. Zatímco jeho optický antipod ( R )-(–)-ibuprofen je v těle neaktivní. V tomto ohledu se stal komerčně dostupný podobný lék, kterým je enantiomerně čistý ( S )-(+)-ibuprofen, tzv. dexibuprofen. V průběhu dalšího výzkumu bylo zjištěno, že v lidském těle je přítomna izomeráza schopná přeměnit neaktivní ( R )-(–)-ibuprofen na aktivní ( S )-(+)-ibuprofen [11] .

Dalším příkladem jsou antidepresiva citalopram a escitalopram . Citalopram je racemická směs ( R )-citalopramu a ( S )-citalopramu. Escitalopram je individuální ( S )-enantiomer. Bylo prokázáno, že escitalopram je v léčbě deprese účinnější než stejná dávka citalopramu [12] .

Viz také

• Chiralita
• Konfigurace (chemie)
• diastereomery
• Pravidla Kahn - Ingold - Prelog
• racemate
• optická aktivita

Poznámky

1. ↑ IUPAC Gold Book - enantiomer . Získáno 4. února 2013. Archivováno z originálu 13. února 2013. (neurčitý)
2. ↑ Kahn, Dermer, 1983 , str. 156-159.
3. ↑ Potapov, 1988 , s. 21-23.
4. ↑ Potapov, 1988 , s. 28-30.
5. ↑ Rosanoff MA O Fischerově klasifikaci stereoizomerů  //  J. Am. Chem. soc. - 1906. - Sv. 28 , č. 1 . — S. 114–121 . - doi : 10.1021/ja01967a014 .
6. ↑ Iliel a kol., 2007 , str. 46.
7. ↑ Trofimova T. I. Kurz fyziky . - M . : Vyšší škola, 1990. - S.  315 . — 478 s. - ISBN 5-06-001540-8 .
8. ↑ Sivukhin D.V. Obecný kurz fyziky. - 3. - M. : Fizmatlit, 2005. - T. IV. Optika. — S. 608-611. — 792 s. — ISBN 5-9221-0228-1 .
9. ↑ Potapov, 1988 , s. 35.
10. ↑ Zlatá kniha IUPAC - racemát . Získáno 5. února 2013. Archivováno z originálu 11. října 2012. (neurčitý)
11. ↑ Tracy TS, Hall SD Metabolická inverze (R)-ibuprofenu. Epimerizace a hydrolýza ibuprofenyl-koenzymu A  (anglicky)  // Drug Metab. Dispos. - 1992. - Sv. 20 , č. 2 . - str. 322-327 . — PMID 1352228 .
12. ↑ Azorin JM , Llorca PM , Despiegel N. , Verpillat P. Escitalopram je účinnější než citalopram při léčbě těžké depresivní poruchy  (fr.)  // L'Encephale. - 2004. - Sv. 30, č . 2 . - S. 158-166. - doi : 10.1016/S0013-7006(04)95427-9 . — PMID 15107719 .

Literatura

• Eliel E., Vylen S., Doyle M. Základy organické stereochemie = Basic Organic Stereochemistry / Per. z angličtiny. Z. A. Bredikhina, ed. A. A. Bredikhina. - M .: Binom. Vědomostní laboratoř, 2007. - 703 s. — ISBN 978-5-94774-370-8 .
• Kahn R., Dermer O. Introduction to Chemical Nomenclature = Introduction to Chemical Nomenclature / Per. z angličtiny. N. N. Shcherbinovskaya, ed. V. M. Potapová, R. A. Lidina. - M .: Chemie, 1983. - 224 s.
• Potapov V. M. Stereochemie. - M .: Chemie, 1988. - ISBN 5-7245-0376-X .