RACEMSKA MEŠANICA: KIRALNOST, PRIMERI - KEMIJA - 2026

Racemna zmes ali racemat je eden sestavljen iz dveh enantiomerov v enakih delih in je zato optično aktiven. Ta optična aktivnost se nanaša na sposobnost vaših rešitev, da se vrtijo, v smeri urinega kazalca ali v nasprotni smeri, snopom polarizirane svetlobe, ki potuje skozi njih v eno smer.

Enantiomer ima sposobnost vrtenja polarizirane svetlobe, recimo, v levo (levo), zato bo njegova čista raztopina optično aktivna. Če pa se vanj začne dodajati enantiomer, ki vrti svetlobo v desno (dekstrorotatorno), se bo njegova optična aktivnost zmanjšala, dokler ne bo inaktivirana.

Grozdi grozdja, ki so v skupnem odnosu z racemičnimi mešanicami, ki presegajo etimologijo. Vir: Pexels.

Ko se to zgodi, rečemo, da obstajajo enake količine levorotatornih in dekstrorotatornih enantiomerov; Če molekula vrti polarizirano svetlobo v levo, se njen učinek takoj prekliče, ko "naleti" na drugo molekulo, ki jo zavrti v desno. In tako naprej. Zato bomo imeli racemsko mešanico.

Prvo videnje enantiomerizma je leta 1848 opravil francoski kemik Louis Pasteur, ki je preučeval mešanico enantiomernih kristalov vinske kisline (v tistem času imenovane racemična kislina). Ker je ta kislina prihajala iz grozdja, ki se uporablja za izdelavo vin, se je ta zmes na splošno uporabljala za vse molekule.

Čevlji in kiralnost

Prvič, da obstajata racemična mešanica, morata biti dva enantiomera (običajno), kar pomeni, da sta obe molekuli kiralni in da njuni zrcalni posnetki nista drug za drugega. Par čevljev to ponazarja odlično: ne glede na to, kako močno se trudiš, da bi levi čevelj nalepil na desni, se ti nikoli ne bodo prilegali.

Desni čevelj, z drugimi besedami, usmerja polarizirano svetlobo v levo; medtem ko se levi čevelj premakne v desno. V hipotetični rešitvi, kjer so čevlji molekule, če obstajajo samo ravni, kiralni čevlji, bo to optično aktivno. Enako se bo zgodilo, če bodo v raztopini le še čevlji.

Če pa je tisoč levih čevljev, pomešanih s tisoč desnimi čevlji, potem obstaja racemska mešanica, ki je prav tako optično neaktivna, saj se odstopanja, ki jih svetloba podleže v njej, odpovedo drug drugemu.

Če bi bili namesto čevljev kroglice, predmeti, ki so ahiralni, ne bi bilo mogoče, da bi obstajali racemične mešanice le-teh, saj sploh ne bi mogle obstajati kot pari enantiomerov.

Primeri

Vinska kislina

Enantiomeri vinske kisline. Vir: Dschanz

Po vrnitvi na vinsko kislino je bila prva znana njegova racemska mešanica. Zgornja slika prikazuje svoja dva enantiomera, od katerih vsak lahko tvori kristale z "levim" ali "desnim" morfološkim obrazom. Pasteur je z mikroskopom in strogim trudom uspel ločiti te enantiomerne kristale drug od drugega.

Kristali enantiomerov L (+) in D (-) ločeno pokažejo optično aktivnost, tako da polarizirano svetlobo odbijemo v desno oz. Če se oba kristala v enakih molarnih razmerjih raztopita v vodi, dobimo optično neaktivno racemično zmes.

Upoštevajte, da imata oba enantiomera dva kiralna ogljika (s štirimi različnimi substituenti). V L (+) OH ležijo za ravnino, ki jo tvorita ogljikov okostnik in skupine COOH; medtem ko so v D (-) ti OH nad omenjeno ravnino.

Tisti, ki sintetizirajo vinsko kislino, bodo dobili racemsko mešanico. Za ločitev L (+) enantiomera od D (-) je potrebna kiralna ločljivost, pri kateri ta zmes reagira s kiralno bazo, da nastanejo diastereoizomerne soli, ki jih je mogoče ločiti s frakcijsko kristalizacijo.

Kinin

Strukturni okostje molekule kinina. Vir: Benjah-bmm27.

V zgornjem primeru je za sklicevanje na racemsko zmes vinske kisline običajno zapisano kot (±) -tarinska kislina. Tako bo v primeru kinina (zgornja slika) to (±) -kinin.

Izomerizem kinina je kompleksen: ima štiri kiralne ogljike, kar povzroča šestnajst diastereoizomerov. Zanimivo je, da sta dva njegova enantiomera (eden z OH nad ravnino in drugi pod njim) pravzaprav diastereoizomeri, saj se razlikujeta v konfiguraciji drugih njihovih kiralnih ogljikov (tistih iz bicikla z atomom N).

Zdaj je težko določiti, kateri od stereoizomerjev kinina bo polarizirano svetlobo usmeril v desno ali levo.

Talidomid

Talidomidni enantiomeri. Vir: Cepljenje

Enantiomeri talidomida so prikazani zgoraj. Ima samo en kiralni ogljik: tisti, ki je vezan na dušik, ki združuje oba obroča (eden iz ftalimida in drugi iz gluteramida).

V R enantiomeru (s sedativnimi lastnostmi) je ftalimidni obroč (tisti na levi) usmerjen nad ravnino; medtem ko v S enantiomerju (z mutagenimi lastnostmi) spodaj.

Oči v odstotku ni znano, kateri od obeh odbija svetlobo levo ali desno. Znano je, da 1: 1 ali 50% zmes obeh enantiomerov tvori racemično zmes (±) -talidomid.

Če želite talidomid tržiti le kot hipnotično pomirjevalo, je treba njegovo racemično mešanico podrediti že omenjeni kiralni resoluciji, in sicer tako, da dobimo čisti R enantiomer.

1,2-epoksipropan

1,2-epoksipropan enantiomeri. Vir: Gabriel Bolívar.

Na zgornji sliki imate par enantiomera 1,2-epoksipropana. R enantiomer usmeri polarizirano svetlobo v desno, S enantiomer pa proti levi; to pomeni, da je prvi (R) - (+) - 1,2-epoksipropan, drugi pa je (S) - (-) - 1,2-epoksipropan.

Racemska mešanica teh dveh znova v razmerju 1: 1 ali 50% postane (±) -1,2-epoksipropan.

1-feniletilamin

Enantiomeri 1-feniletilamina. Vir: Gabriel Bolívar.

Zgoraj je prikazana druga racemična zmes, ki jo tvorita dva enantiomera 1-feniletilamina. R enantiomer je (R) - (+) - 1-feniletilamin, S enantiomer pa (S) - (-) - 1-feniletilamin; ena ima metilno skupino CH ₃ , obrnjena ven iz ravnine aromatskega obroča, in drugi obrnjena pod njo.

Ko je konfiguracija R, včasih sovpada z dejstvom, da enantiomer zasuka polarizirano svetlobo v desno; vendar se ne uporablja vedno in ga ni mogoče sprejeti kot splošno pravilo.

Končni komentar

Njihova kiralna ločljivost je pomembnejša od obstoja ali ne racemičnih mešanic. To velja zlasti za spojine s farmakološkimi učinki, ki so odvisne od omenjene stereoizomerije; to pomeni, da je en enantiomer lahko pacientu koristen, drugi pa lahko vpliva nanj.

Zato se te kiralne ločljivosti uporabljajo za ločevanje racemičnih zmesi na njihove sestavine in jih tako lahko tržijo kot čista zdravila brez škodljivih nečistoč.

Reference

1. Morrison, RT in Boyd, R, N. (1987). Organska kemija. 5. izdaja Uredništvo Addison-Wesley Interamericana.
2. Carey F. (2008). Organska kemija. (Šesta izdaja). Mc Graw Hill.
3. Graham Solomons TW, Craig B. Fryhle. (2011). Organska kemija. Amini. (10. izdaja.). Wiley Plus.
4. Steven A. Hardinger. (2017). Ilustrirani glosar organske kemije: racemična mešanica. Oddelek za kemijo in biokemijo, UCLA. Pridobljeno: chem.ucla.edu
5. Nancy Devino. (2019). Racemska mešanica: definicija in primer. Študij. Pridobljeno: study.com
6. James Ashenhurst. (2019). Stereokemija in kiralnost: kaj je racemska mešanica? Pridobljeno: masterorganicchemistry.com
7. John C. Leffingwell (2003). Kiralnost in bioaktivnost I .: Farmakologija. . Pridobljeno: leffingwell.com