RACEMICKÁ SMĚS: CHIRALITA, PŘÍKLADY - CHEMIE - 2025

Racemická směs nebo racemát jednoho skládá ze dvou enantiomerů ve stejných částí, a která je tedy opticky aktivní. Tato optická aktivita se týká schopnosti vašich řešení otáčet, ve směru nebo proti směru hodinových ručiček, paprsek polarizovaného světla, který jimi prochází jedním směrem.

Enantiomer má schopnost rotovat polarizované světlo, řekněme, vlevo (vlevo), takže jeho čistý roztok bude opticky aktivní. Pokud se však k němu začne přidávat enantiomer, který točí světlo doprava (pravotočivý), jeho optická aktivita bude klesat, dokud nebude inaktivován.

Shluky hroznů, které sdílejí příbuznost s racemickými směsmi mimo etymologii. Zdroj: Pexels.

Když k tomu dojde, říká se, že existují stejná množství levotočivých a pravotočivých enantiomerů; Pokud molekula otočí polarizované světlo doleva, jeho účinek bude okamžitě zrušen, když „narazí“ na jinou molekulu, která jej otočí doprava. A tak dále. Proto budeme mít racemickou směs.

První pozorování enantiomerismu provedl francouzský chemik Louis Pasteur v roce 1848, který studoval směs enantiomerních krystalů kyseliny vinné (tehdy nazývané racemická kyselina). Protože tato kyselina pocházela z hroznů používaných k výrobě vín, nakonec se tato směs aplikovala obecně na všechny molekuly.

Boty a chiralita

Zaprvé, aby existovala racemická směs, musí existovat dva enantiomery (obvykle), což znamená, že obě molekuly jsou chirální a že jejich zrcadlové obrazy nejsou překrývatelné. Pár bot to dokonale ilustruje: bez ohledu na to, jak těžké se pokusíte překrýt levou botu napravo, nikdy se nevejdou.

Pravá bota, jinými slovy, vychyluje polarizované světlo doleva; zatímco levá bota se pohybuje doprava. V hypotetickém řešení, kde boty jsou molekuly, jsou-li pouze rovné chirální boty, bude to opticky aktivní. Totéž se stane, pokud v roztoku zůstanou pouze boty.

Pokud však existuje tisíc levých bot smíchaných s tisícem pravých bot, pak existuje racemická směs, která je také opticky neaktivní, protože odchylky, které světlo prochází ve svém vnitřku, se navzájem ruší.

Kdyby to byly boty, koule, objekty, které jsou achirální, bylo by nemožné, aby existovaly racemické směsi těchto látek, protože by ani nemohly existovat jako páry enantiomerů.

Příklady

Kyselina vinná

Enantiomery kyseliny vinné. Zdroj: Dschanz

Vrátila se k kyselině vinné a její racemická směs byla první známá. Horní obrázek ukazuje jeho dva enantiomery, z nichž každý je schopen tvořit krystaly s „levou“ nebo „pravou“ morfologickou tváří. Pasteurovi se pomocí mikroskopu a přísného úsilí podařilo tyto enantiomerní krystaly od sebe oddělit.

Krystaly L (+) a D (-) enantiomerů samostatně vykazují optickou aktivitu odkláněním polarizovaného světla doprava nebo doleva. Pokud se oba krystaly ve stejném molárním poměru rozpustí ve vodě, získá se opticky neaktivní racemická směs.

Všimněte si, že oba enantiomery mají dva chirální uhlíky (se čtyřmi různými substituenty). V L (+) leží OH za rovinou tvořenou uhlíkovou kostrou a skupinami COOH; zatímco v D (-) jsou tyto OH nad uvedenou rovinou.

Ti, kdo syntetizují kyselinu vinnou, získají racemickou směs. K oddělení L (+) enantiomeru od D (-) je nutné chirální štěpení, ve kterém tato směs reaguje s chirální bází za vzniku diastereoisomerních solí, které lze oddělit frakční krystalizací.

Chinin

Strukturální kostra molekuly chininu. Zdroj: Benjah-bmm27.

Ve výše uvedeném příkladu se odkazuje na racemickou směs kyseliny vinné obvykle jako kyselina (±) -vínná. V případě chininu (horní obrázek) tedy bude (±) -kinin.

Izomerismus chininu je komplexní: má čtyři chirální uhlíky, což vede k šestnácti diastereoizomerům. Je zajímavé, že dva z jejích enantiomerů (jeden s OH nad rovinou a druhý pod ní) jsou ve skutečnosti diastereoizomery, protože se liší v konfiguracích svých dalších chirálních uhlíků (těch, které jsou bicyklo s atomem N).

Nyní je obtížné určit, který ze stereoisomerů chininu odkloní polarizované světlo doprava nebo doleva.

Thalidomid

Thalidomidové enantiomery. Zdroj: Vakcinační

Enantiomery thalidomidu jsou uvedeny výše. Má pouze jeden chirální uhlík: ten, který je spojen s dusíkem, který spojuje oba kruhy (jeden z ftalimidu a druhý z gluteramidu).

V enantiomeru R (se sedativními vlastnostmi) je ftalimidový kruh (ten vlevo) orientován nad rovinou; zatímco v S enantiomeru (s mutagenními vlastnostmi), níže.

Oci není známo, které z těchto dvou odkloní světlo doleva nebo doprava. Je známo, že 1: 1 nebo 50% směs obou enantiomerů tvoří racemickou směs (±) -talidomid.

Pokud chcete thalidomid uvádět na trh pouze jako hypnotické sedativum, je nutné podrobit jeho racemickou směs již uvedené chirální rezoluci takovým způsobem, že se získá čistý R enantiomer.

1,2-Epoxypropan

1,2-epoxypropanové enantiomery. Zdroj: Gabriel Bolívar.

Na horním obrázku je enantiomerní pár 1,2-epoxypropanu. R enantiomer vychyluje polarizované světlo doprava, zatímco S enantiomer vychyluje doleva; to znamená, že první je (R) - (+) - 1,2-epoxypropan a druhý je (S) - (-) - 1,2-epoxypropan.

Racemická směs těchto dvou látek se opět v poměru 1: 1 nebo 50% stává (±) -1,2-epoxypropanem.

1-fenylethylamin

Enantiomery 1-fenylethylaminu. Zdroj: Gabriel Bolívar.

Nahoře je znázorněna další racemická směs tvořená dvěma enantiomery 1-fenylethylaminu. R enantiomer je (R) - (+) - 1-fenylethylamin a S enantiomer je (S) - (-) - 1-fenylethylamin; jeden má methylovou skupinu, skupinu CH ₃, směřující ven z roviny aromatického kruhu, a na straně směřující pod ním.

Všimněte si, že když je konfigurace R, někdy se časově shoduje se skutečností, že enantiomer otáčí polarizované světlo doprava; to však neplatí vždy a nelze je považovat za obecné pravidlo.

Závěrečný komentář

Důležitější než existence nebo neexistence racemických směsí je jejich chirální rozlišení. To se týká zejména sloučenin s farmakologickými účinky, které závisí na uvedené stereoisomerismu; to znamená, že jeden enantiomer může být prospěšný pro pacienta, zatímco druhý jej může ovlivnit.

To je důvod, proč se tato chirální rozlišení používají k rozdělení racemických směsí na jejich složky, a tak je mohou uvádět na trh jako čistá léčiva bez škodlivých nečistot.

Reference

1. Morrison, RT a Boyd, R., N. (1987). Organická chemie. 5. vydání. Editorial Addison-Wesley Interamericana.
2. Carey F. (2008). Organická chemie. (Šesté vydání). Mc Graw Hill.
3. Graham Solomons TW, Craig B. Fryhle. (2011). Organická chemie. Amines. (10. vydání.). Wiley Plus.
4. Steven A. Hardinger. (2017). Ilustrovaný glosář organické chemie: racemická směs. Katedra chemie a biochemie, UCLA. Obnoveno z: chem.ucla.edu
5. Nancy Devino. (2019). Racemická směs: definice a příklad. Studie. Obnoveno z: study.com
6. James Ashenhurst. (2019). Stereochemie a chiralita: Co je racemická směs? Obnoveno z: masterorganchemistry.com
7. John C. Leffingwell. (2003). Chiralita a biologická aktivita I.: Farmakologie.. Obnoveno z: leffingwell.com