Enantiomerer

Den aktuella versionen av sidan har ännu inte granskats av erfarna bidragsgivare och kan skilja sig väsentligt från versionen som granskades den 22 oktober 2021; kontroller kräver 14 redigeringar .

Enantiomerer ( forngrekiska ἐνάντιος "motsatt" + μέρος "mått, del") är ett par stereoisomerer som är spegelbilder av varandra, inte kompatibla i rymden [1] . Den högra och vänstra handflatan kan fungera som en klassisk illustration av två enantiomerer: de har samma struktur, men olika rumslig orientering.

Förekomsten av enantiomera former är förknippad med närvaron av kiralitet i en molekyl  - egenskapen att inte sammanfalla i rymden med dess spegelbild.

I ett akiralt (symmetriskt) medium har enantiomerer samma kemiska och fysikaliska egenskaper, förutom förmågan att rotera polarisationsplanet för planpolariserat ljus med samma vinkel, men i motsatta riktningar. Denna egenskap hos enantiomerer kallas optisk aktivitet (optisk isomerism, och själva ämnena kallas optiska isomerer).

De flesta kirala naturliga föreningar ( aminosyror , monosackarider ) existerar som en enda enantiomer. Begreppet enantiomerer spelar en viktig roll i läkemedel , eftersom olika enantiomerer av medicinska substanser som regel har olika biologiska aktiviteter .

Kriterier för förekomsten av enantiomerer

Egenskapen för enantiomerism ägs av kirala föreningar, det vill säga innehåller ett element av kiralitet (kiral atom, etc.). Det finns dock molekyler (de så kallade mesoformerna) som innehåller flera symmetriskt placerade element av kiralitet, men som i allmänhet inte är kirala. Ett exempel är mesovinsyra , som inte har några enantiomerer.

Nomenklatur

Enligt optisk aktivitet (+/-)

En enantiomer är uppkallad efter den riktning i vilken dess lösning roterar ljusets polariseringsplan. Om rotationen sker medurs, kallas en sådan enantiomer (+), eller högervridande. Dess optiska antipod kallas (-), eller vänsterhänt. Denna nomenklatur dök upp innan metoder för att bestämma den absoluta konfigurationen av enantiomerer upptäcktes. Det är empiriskt och är inte direkt relaterat till arrangemanget av atomer i rymden.

Genom absolut konfiguration ( R / S )

R / S -nomenklaturen är den mest använda vid denna tidpunkt eftersom den tillåter enantiomeren att karakteriseras av sin absoluta konfiguration . Detta möjliggjordes av upptäckten av röntgendiffraktionsanalys , som gör det möjligt att fastställa det exakta rumsliga arrangemanget av atomer i en molekyl.

Denna typ av nomenklatur är baserad på att tilldela beteckningen R eller S till en kiral kolatom baserat på den relativa positionen för de fyra substituenterna som är associerade med den. Samtidigt, för var och en av substituenterna, bestäms senioriteten i enlighet med Kahn-Ingold-Prelog-reglerna , sedan orienteras molekylen så att juniorsubstituenten riktas bort från observatören, och riktningen för minskande senioritet för var och en av substituenterna. de återstående tre substituenterna är etablerade. Om senioriteten minskar medurs, betecknas kolatomens konfiguration med R ( engelska  höger  - höger). I det motsatta fallet betecknas konfigurationen S ( Latin  sinister  - vänster) [2] [3] .

Om föreningen endast innehåller ett kiralt centrum, så anges dess konfiguration i namnet som ett prefix. Om det finns flera stereocenter i anslutningen måste konfigurationen för var och en anges.

R / S - Nomenklatur har inget direkt samband med (+ / -) - beteckningar. Till exempel kan R -isomeren vara antingen högervridande eller vänstervridande, beroende på de specifika substituenterna på den kirala atomen.

Genom relativ konfiguration (D/L)

D/L-nomenklaturen introducerades av E. Fisher för att beskriva den relativa konfigurationen av monosackarider. Den är baserad på konfigurationen av glyceraldehyd, som existerar i form av två enantiomerer, från vilka monosackaridderivat ( tetroser , pentoser, hexoser, etc.) kan erhållas genom successiva kolkedjeförlängningsreaktioner. Eftersom stereocentret av glyceraldehyd inte påverkas under förlängningen av kolkedjan, får alla sockerderivat, enligt Fischer, samma relativa konfigurationsbeteckning som den ursprungliga glyceraldehyden. Beteckningarna för enantiomererna av glyceraldehyd tilldelades godtyckligt av Fischer.

För närvarande gör moderna metoder för att fastställa strukturen av föreningar det möjligt att karakterisera konfigurationen av monosackarider utan att jämföra dem med glyceraldehyd. Emellertid är d/l -nomenklaturen traditionellt bibehållen i namnen på sockerarter och aminosyror. Beteckningarna d eller l är associerade med platsen för den funktionella gruppen (hydroxyl för sockerarter och amino för aminosyror) i det nedre stereocentret i Fischer-projektionen för en given förening. Om den funktionella gruppen är belägen till vänster om kolskelettet, så betecknas en sådan enantiomer med symbolen l ( lat.  lævus - "vänster", vänsterhänt isomer), om den är belägen till höger, så är detta d - enantiomeren ( lat.  dexter - "höger", högerhänt isomer ) [4] [5] . Exempel på visning av L- och D-isomerer i strukturella kemiska formler:

Inom biologi, biokemi och medicin används traditionellt sett beteckningarna D- och L- oftare på grund av användningen av det historiska latinska språket i deras terminologi.

Fysikaliska egenskaper hos enantiomerer

Enantiomerer är identiska i fysikaliska egenskaper, till exempel har de samma kokpunkt eller smältpunkt , brytningsindex , densitet , etc. [6] De kan endast särskiljas när de interagerar med ett kiralt medium, till exempel genom ljusstrålning. En ljusvåg kan representeras som vänster och höger cirkulärt polariserade komponenter, som fortplantar sig i enantiomermediet med olika fashastigheter , på grund av vilka polarisationsplanet roterar . I motsatta enantiomerer (optiska antipoder) har en eller annan cirkulärt polariserad komponent en högre hastighet, så rotationsriktningen för polarisationsplanet för enantiomerer är motsatt [7] [8] .

Enantiomerer kännetecknas av mängden specifik rotation, vilken beräknas som mängden rotation dividerat med längden på den optiska vägen och koncentrationen av lösningen av enantiomeren.

Kemiska egenskaper hos enantiomerer

Enantiomerer beter sig på liknande sätt i kemiska reaktioner med akirala reagenser i en akiral miljö. Men om reaktanten, katalysatorn eller lösningsmedlet är kiralt, skiljer sig reaktiviteten hos enantiomererna som regel [9] . Ett typiskt exempel är läkemedelsföreningar som interagerar med de kirala komponenterna i kroppen ( proteiner , enzymer , receptorer ). Vanligtvis är endast en enantiomer av ett läkemedel aktiv medan den andra enantiomeren är inaktiv.

Biokemiska egenskaper hos enantomerer

Racemates

Ett racemat är en ekvimolär blandning av enantiomerer. Eftersom den optiska rotationen är en additiv kvantitet, kompenseras rotationen av en enantiomer av rotationen av den andra enantiomeren, och den totala rotationen av den racemiska blandningen är 0. Enligt IUPAC-nomenklaturen betecknas racemat med prefixen (±) -, rac - (eller racem -) eller symbolerna RS och SR [10] .

Som ett resultat av kemisk syntes bildas som regel racemiska blandningar. För att erhålla individuella enantiomerer eller enantiomeriskt berikade produkter är det nödvändigt att använda metoder för stereoselektiv syntes eller splittring av racemat .

Exempel

Det antiinflammatoriska läkemedlet ibuprofenmolekylen har ett stereocenter i α-positionen till karboxylgruppen , så den existerar som två enantiomerer. Kommersiellt producerat ibuprofen är en racemisk blandning . Det har fastställts att endast en enantiomer, ( S )-(+)-ibuprofen, har biologisk aktivitet. Medan dess optiska antipod ( R )-(–)-ibuprofen är inaktiv i kroppen. I detta avseende har ett liknande läkemedel blivit kommersiellt tillgängligt, vilket är enantiomeriskt rent ( S )-(+)-ibuprofen, det så kallade. dexibuprofen. Under ytterligare forskning visade det sig att ett isomeras finns i människokroppen , som kan omvandla inaktivt ( R )-(–)-ibuprofen till aktivt ( S )-(+)-ibuprofen [11] .

Ett annat exempel är antidepressiva läkemedlen citalopram och escitalopram . Citalopram är en racemisk blandning av ( R )-citalopram och ( S )-citalopram. Escitalopram är den individuella ( S )-enantiomeren. Escitalopram har visat sig vara mer effektivt vid behandling av depression än samma dos av citalopram [12] .

Se även

• Chiralitet
• Konfiguration (kemi)
• diastereomerer
• Regler för Kahn - Ingold - Prelog
• Racemate
• optisk aktivitet

Anteckningar

1. ↑ IUPAC Gold Book - enantiomer . Hämtad 4 februari 2013. Arkiverad från originalet 13 februari 2013. (obestämd)
2. ↑ Kahn, Dermer, 1983 , sid. 156-159.
3. ↑ Potapov, 1988 , sid. 21-23.
4. ↑ Potapov, 1988 , sid. 28-30.
5. ↑ Rosanoff MA Om Fischers klassificering av stereoisomerer  //  J. Am. Chem. soc. - 1906. - Vol. 28 , nr. 1 . — S. 114–121 . - doi : 10.1021/ja01967a014 .
6. ↑ Iliel et al., 2007 , sid. 46.
7. ↑ Trofimova T. I. Fysikkurs . - M . : Högre skola, 1990. - S.  315 . — 478 sid. - ISBN 5-06-001540-8 .
8. ↑ Sivukhin D.V. Allmän kurs i fysik. - 3:a. - M. : Fizmatlit, 2005. - T. IV. Optik. — S. 608-611. — 792 sid. — ISBN 5-9221-0228-1 .
9. ↑ Potapov, 1988 , sid. 35.
10. ↑ IUPAC guld- bok - racemate . Hämtad 5 februari 2013. Arkiverad från originalet 11 oktober 2012. (obestämd)
11. ↑ Tracy TS, Hall SD Metabolisk inversion av (R)-ibuprofen. Epimerisering och hydrolys av ibuprofenyl-koenzym A  (engelska)  // Drug Metab. Dispos. - 1992. - Vol. 20 , nej. 2 . - s. 322-327 . — PMID 1352228 .
12. ↑ Azorin JM , Llorca PM , Despiegel N. , Verpillat P. Escitalopram är effektivare än citalopram för behandling av svår egentlig depression  (fr.)  // L'Encephale. - 2004. - Vol. 30 , nr 2 . - S. 158-166. - doi : 10.1016/S0013-7006(04)95427-9 . — PMID 15107719 .

Litteratur

• Eliel E., Vylen S., Doyle M. Fundamentals of organic stereochemistry = Basic Organic Stereochemistry / Per. från engelska. Z. A. Bredikhina, red. A. A. Bredikhina. - M . : Binom. Kunskapslaboratoriet, 2007. - 703 sid. — ISBN 978-5-94774-370-8 .
• Kahn R., Dermer O. Introduction to Chemical Nomenclature = Introduction to Chemical Nomenclature / Per. från engelska. N.N. Shcherbinovskaya, red. V.M. Potapova, R.A. Lidina. - M . : Chemistry, 1983. - 224 sid.
• Potapov V. M. Stereokemi. - M .: Chemistry, 1988. - ISBN 5-7245-0376-X .

Stereokemi
Kirala molekyler	Chiralitet stereoisomerer Enantiomerer diastereomerer Mesoföreningar Racemate Geometriska isomerer
Nomenklatur	Regler för Kahn - Ingold - Prelog
Visa	Fisher projektion Haworth-projektion Newman projektion
Stereokemiska modeller	Krums styre Felkin-Ana regel
Analys	Kiropraktiska metoder Kiralt derivatiseringsmedel
Racemate klyvning	Omkristallisation Kinetisk splittring Kiral kromatografi Omkristallisation av diastereomerer
Reaktioner	Asymmetrisk induktion Kiralt hjälpreagens Stereoselektiv syntes