В химии , энантиомер ( / ɪ п æ п т I ə м ər , ɛ -, - т я oʊ - / [1] ə- NAN -tee-ə-mər , от греческого ἐνάντιος (enántios) 'противоположность', и μέρος (méros) 'часть') (также называемый оптическим изомером , [2] антиподом, [3] или оптическим антиподом [4] ) является одним из двух стереоизомеров, которые являютсязеркальные изображения друг друга, которые не могут быть совмещены (не идентичны), так же как левая и правая руки являются зеркальными отображениями друг друга, которые не могут казаться идентичными просто путем переориентации. [5] Один хиральный атом или подобная структурная особенность в соединении приводит к тому, что это соединение имеет две возможные структуры, которые не могут быть совмещены, каждая из которых является зеркальным отображением другой. Каждый член пары называется энантиоморфом ( энантио = противоположность; морф = форма); [6] структурное свойство называется энантиомерией. Наличие нескольких хиральных элементов в данном соединении увеличивает количество возможных геометрических форм, хотя все еще могут существовать пары идеального зеркального отображения.
Образец химического вещества считается энантиочистым (также называемым энантиомерно чистым), если он имеет в пределах обнаружения молекулы только одной хиральности . [7]
Когда они присутствуют в симметричной среде, энантиомеры имеют одинаковые химические и физические свойства за их способность вращать кроме плоскости - поляризованный света (+/-) на равных количествах , но в противоположных направлениях (хотя поляризованный свет можно считать асимметричную среду). Таким образом, такие соединения описываются как оптически активные со специальными терминами для каждого энантиомера в зависимости от направления: правовращающее соединение вращает свет по часовой стрелке (+), тогда как левовращающее соединение вращает свет против часовой стрелки (-). Смесь равного количества обоих энантиомеров называется рацемической смесью или рацематом . [8] В рацемической смеси количеству положительного вращения точно противодействует равное количество отрицательного вращения, поэтому чистое вращение равно нулю (смесь не является оптически активной). Во всех смыслах пары энантиомеров имеют одинаковую свободную энергию Гиббса. Однако, теоретическая физика предсказывает , что из - за нарушение четности в слабых ядерных силах (единственной силой в природе , которая может «Говорите слева справа»), есть на самом деле минуты разница в энергии между энантиомерами (порядка 10 -12 эВ или 10 -10 кДж / моль или меньше) из-за механизма слабого нейтрального тока . Эта разница в энергии намного меньше, чем изменения энергии, вызванные даже незначительным изменением молекулярной конформации, и слишком мала, чтобы ее можно было измерить с помощью современных технологий, и поэтому химически несущественна. [9] [10] [11]
Члены энантиомера часто вступают в различные химические реакции с другими энантиомерными веществами. Поскольку многие биологические молекулы являются энантиомерами, иногда наблюдается заметное различие в действии двух энантиомеров на биологические организмы. В лекарствах , например, часто только один из энантиомеров лекарства отвечает за желаемые физиологические эффекты (называемые эутомерами) [12], в то время как другой энантиомер менее активен, неактивен или иногда даже вызывает побочные эффекты (называемые как дистомер). [13] Благодаря этому открытию, лекарства, состоящие только из одного энантиомера («энантиопер»), могут быть разработаны, чтобы улучшить действие лекарства, а иногда и устранить некоторые побочные эффекты. Примером является эзопиклон (Lunesta), который представляет собой всего лишь единственный энантиомер более старого рацемического препарата под названием зопиклон . Это типичный пример хирального переключателя . Один энантиомер отвечает за все желаемые эффекты, в то время как другой энантиомер кажется неактивным, поэтому доза эзопиклона вдвое меньше, чем зопиклона.
При химическом синтезе энантиомерных веществ неэнантиомерные предшественники неизбежно образуют рацемические смеси. В отсутствие эффективного энантиомерного окружения ( предшественник , хиральный катализатор или кинетическое разделение) разделение рацемической смеси на ее энантиомерные компоненты невозможно, хотя некоторые рацемические смеси спонтанно кристаллизуются в виде рацемического конгломерата , в котором кристаллы энантиомеры разделены физически и могут быть разделены механически (например, энантиомеры винной кислоты, кристаллизованные энантиомеры которых были разделены пинцетом по Пастеру ). Однако большинство рацематов кристаллизуются в кристаллы, содержащие оба энантиомера в соотношении 1: 1 и образующие правильную решетку.
Соглашения об именах
Система R / S является важной системой номенклатуры, используемой для обозначения различных энантиомеров. Другая система основана на префиксных обозначениях оптической активности: (+) - и (-) - или d- и l-. Латинские слова, обозначающие левый, - это laevus и зловещий , а слово, обозначающее право, - dexter (или rectus в смысле правильного или добродетельного). Английское слово right является родственным от rectus . Это происхождение L / D и S / R обозначений, а также применение префиксов левовращающие и право- в общих именах .
Префикс ent- к химическому названию может использоваться для обозначения химического вещества, которое является энантиомером того, что указано в названии. [14]
Критерий энантиомерии
Асимметричный атом углерода - это атом углерода, который имеет связи с четырьмя разными атомами или группами, так что эти связи могут быть расположены двумя разными способами, которые не могут быть совмещены. Большинство соединений, которые содержат один или несколько асимметричных атомов углерода (или другого элемента с тетраэдрической геометрией), демонстрируют энантиомерию, но это не всегда так. Соединения, которые содержат два или более асимметричных атома углерода, но имеют плоскость симметрии относительно всей молекулы, известны как мезосоединения . Мезо соединение не имеет стереоизомера зеркального отображения , потому что это его собственное зеркальное изображение (т.е. он и его зеркальное отражение тот же молекула). Так , например, мезо винная кислота (показано справа) имеет два асимметрических атом углерода, но он не проявляет enantiomerism , потому что каждый из двух половин молекулы равен и противоположен к другим и , таким образом, superposable на его геометрическом зеркальном изображении. И наоборот, существуют формы хиральности, которые не требуют отдельных асимметричных атомов. Фактически, существует четыре различных типа хиральности: центральная, осевая, плоская и спиральная. Наличие энантиомера благодаря асимметричному атому углерода представляет собой наиболее распространенный тип центральной хиральности. Другие три типа хиральности не связаны с асимметричными атомами углерода, и даже центральная хиральность не требует, чтобы центр хиральности располагался у атома углерода или любого другого атома. Следовательно, хотя наличие асимметричного атома углерода является удобной характеристикой, которую нужно искать при определении того, будет ли молекула иметь энантиомер, его недостаточно и не нужно в качестве критерия.
В качестве строгого критерия, молекула является хиральной, и , следовательно , будет обладать энантиомером, тогда и только тогда , когда она принадлежит к одному из хиральных точечных групп: C п , D п , Т , О , и я . Однако в качестве предостережения следует отметить, что энантиомеры не обязательно выделяются, если существует доступный путь рацемизации при данной температуре и времени. Например, амины с тремя различными заместителями являются хиральными, но за исключением нескольких нетипичных случаев (например, замещенные N- хлоразиридины), они быстро выравниваются и инвертируются («зонтичная инверсия») при комнатной температуре, что приводит к рацемизации. Если рацемизация происходит достаточно быстро, молекулу часто можно рассматривать как ахиральную усредненную структуру.
Примеры
Примером такого энантиомера является седативный талидомид , который продавался в ряде стран по всему миру с 1957 по 1961 год. Он был снят с продажи, когда было обнаружено, что он вызывает врожденные дефекты. Один энантиомер вызвал желаемый седативный эффект, в то время как другой, неизбежно [15] присутствующий в равных количествах, вызвал врожденные дефекты. [16]
Гербицид мекопроп представляет собой рацемическую смесь, с ( R ) - (+) - энантиомера ( «мекопроп-Р», «Duplosan К.В.») , обладающие гербицидной активностью. [17]
Другой пример - антидепрессанты эсциталопрам и циталопрам . Циталопрам представляет собой рацемат [смесь ( S ) -циталопрама и ( R ) -циталопрама, 1: 1 ]; эсциталопрам [( S ) -циталопрам] представляет собой чистый энантиомер. Дозировки эсциталопрама обычно составляют 1/2 дозировки циталопрама. Здесь (S) -циталопрам называется хиральным переключателем циталопрама.
Энантиоселективные препараты
Есть две основные стратегии получения энантиочистых соединений. Первый известен как хиральное разрешение. Этот метод включает получение соединения в рацемической форме и разделение его на его изомеры. В своей новаторской работе Луи Пастер смог выделить изомеры винной кислоты, потому что они кристаллизуются из раствора в виде кристаллов, каждый с разной симметрией. Менее распространенный метод - самодиспропорционирование энантиомеров .
Вторая стратегия - асимметричный синтез: использование различных методик для получения желаемого соединения в высоком энантиомерном избытке . Охватываемые методы включают использование хиральных исходных материалов ( синтез хирального пула ), использование хиральных вспомогательных веществ и хиральных катализаторов и применение асимметричной индукции . Использование ферментов ( биокатализ ) также может дать желаемое соединение.
Энантиоконвергентный синтез - это синтез одного энантиомера из рацемической молекулы-предшественника с использованием обоих энантиомеров. Таким образом, два энантиомера реагента образуют единственный энантиомер продукта.
Лекарства Enantiopure
Достижения в области промышленных химических процессов сделали для фармацевтических производителей экономически выгодным принимать лекарства, которые первоначально продавались как рацемические смеси, и продавать индивидуальные энантиомеры. Эта стратегия маркетинга хирального специфического лекарственного средства из уже одобренного и существующего рацемического лекарственного средства обычно применяется для повышения терапевтической эффективности. Такой вид переключения с рацемического препарата на энантиочистое лекарство называется хиральным переключением, а процесс называется хиральным переключением. В некоторых случаях энантиомеры действительно обладают разными эффектами. Интересен случай пропоксифена. Энантиомерная пара пропоксифена продается отдельно Eli Lilly и компанией. Один из партнеров - декстропропоксифен, анальгетик (Дарвон), а другой - левопропоксифен, эффективное противокашлевое средство (Новрад). [18] [19] Интересно отметить, что торговые названия препаратов, DARVON и NOVRAD, также отражают химическое зеркальное отношение. В других случаях клиническая польза для пациента может отсутствовать. В некоторых юрисдикциях одноэнантиомерные препараты могут быть запатентованы отдельно от рацемической смеси. [20] Возможно, активен только один из энантиомеров. Или может оказаться, что оба активны, и в этом случае разделение смеси не дает объективных преимуществ, но увеличивает патентоспособность лекарственного средства. [21]
Квази- энантиомеры
Квази -энантиомеры являются молекулярными частицами, которые не являются строго энантиомерами, но ведут себя так , как будто они есть. Квази- энантиомеры находят применение в параллельном кинетическом разрешении . [22]
Смотрите также
- Хиральный переключатель
- Enantiopure препарат
- Атропоизомерия
- Хиротехнология
- Диастереомеры
- Динамическая стереохимия
- Стереохимия
- Стереогенный
Рекомендации
- ^ "энантиомер - определение энантиомера на английском языке из Оксфордского словаря" . OxfordDictionaries.com . Проверено 20 января 2016 .
- ^ ИЮПАК , Сборник химической терминологии , 2-е изд. («Золотая книга») (1997). Исправленная онлайн-версия: (2006–) « оптические изомеры ». DOI : 10,1351 / goldbook.O04308
- ^ ИЮПАК , Сборник химической терминологии , 2-е изд. («Золотая книга») (1997). Онлайн исправленная версия: (2006–) « Антипод ». DOI : 10,1351 / goldbook.A00403
- ^ ИЮПАК , Сборник химической терминологии , 2-е изд. («Золотая книга») (1997). Онлайн-исправленная версия: (2006–) " оптические антиподы ". DOI : 10,1351 / goldbook.O04304
- ^ ИЮПАК , Сборник химической терминологии , 2-е изд. («Золотая книга») (1997). Онлайн-исправленная версия: (2006–) « энантиомер ». DOI : 10,1351 / goldbook.E02069
- ^ ИЮПАК , Сборник химической терминологии , 2-е изд. («Золотая книга») (1997). Исправленная онлайн-версия: (2006–) « энантиоморф ». DOI : 10,1351 / goldbook.E02079
- ^ ИЮПАК , Сборник химической терминологии , 2-е изд. («Золотая книга») (1997). Онлайн-исправленная версия: (2006–) « энантиомерно чистый (энантиочистый) ». DOI : 10,1351 / goldbook.E02072
- ^ ИЮПАК , Сборник химической терминологии , 2-е изд. («Золотая книга») (1997). Исправленная онлайн-версия: (2006–) " racemate ". DOI : 10,1351 / goldbook.R05025
- ^ Элиэль, Эрнест Л .; Wilen, Samuel H .; Мандер, Льюис Н. (1994). Стереохимия органических соединений . Нью-Йорк: Вили. ISBN 0471016705. OCLC 27642721 .
- ^ Альберт, Гихарро (2008). Происхождение хиральности в молекулах жизни: переход от осознания к текущим теориям и перспективам этой нерешенной проблемы . Юс, Мигель. Кембридж, Великобритания: Королевское химическое общество. ISBN 9781847558756. OCLC 319518566 .
- ^ В смысле, используемом физиками элементарных частиц (см. Ссылку 6), «истинный» энантиомер молекулы, который имеет точно такое же массово-энергетическое содержание, что и исходная молекула, является зеркальным отражением, но также построен из антивещества ( антипротоны, антинейтроны и позитроны). Тем не менее, в этой статье «энантиомер» будет использоваться в химическом смысле и по-прежнему будет относиться к неидентичному, зеркально отображаемому изомерному соединению, состоящему, в частности, из элементарных частиц обычного вещества.
- ^ Ариенс, EJ (1984). «Стереохимия - основа изощренной чепухи в фармакокинетике и клинической фармакологии» . Европейский журнал клинической фармакологии . 26 (6): 663–668. DOI : 10.1007 / bf00541922 . ISSN 0031-6970 . PMID 6092093 . S2CID 30916093 .
- ^ Ариэнс, Эверардус Дж. (1986). «Стереохимия: источник проблем медицинской химии» . Обзоры медицинских исследований . 6 (4): 451–466. DOI : 10.1002 / med.2610060404 . ISSN 0198-6325 . PMID 3534485 . S2CID 36115871 .
- ^ «P-101.8.1 Инверсия конфигурации» (PDF) , Предварительные рекомендации IUPAC - предпочтительные имена IUPAC , стр. 48
- ^ Knoche, B; Блашке, Г. (1994). «Исследования рацемизации талидомида in vitro с помощью высокоэффективной жидкостной хроматографии». Журнал хроматографии A . Эльзевир. 666 (1–2): 235–240. DOI : 10.1016 / 0021-9673 (94) 80385-4 .
- ^ Воет, Дональд; Voet, Judith G .; Пратт, Шарлотта В. (2006). Основы биохимии . п. 89 . ISBN 0-471-21495-7.
- ^ Г. Смит; КХЛ Кеннард; AH White; П.Г. Ходжсон (апрель 1980 г.). «(±) -2- (4-Хлор-2-метилфенокси) пропионовая кислота (мекопроп)». Acta Crystallogr. B . 36 (4): 992–994. DOI : 10.1107 / S0567740880005134 .
- ^ Драйер, Деннис Э (1986). «Фармакодинамические и фармакокинетические различия между лекарственными энантиомерами у человека: обзор» . Клиническая фармакология и терапия . 40 (2): 125–133. DOI : 10.1038 / clpt.1986.150 . ISSN 0009-9236 . PMID 3731675 . S2CID 33537650 .
- ^ Ариенс, EJ (1989). Хиральное разделение с помощью ВЭЖХ . Чичестер: Эллис Хорвуд, Чичестер. С. 31–68.
- ^ «Европейское агентство по лекарственным средствам - Sepracor Pharmaceuticals Ltd отзывает свою заявку на регистрацию препарата Lunivia (эзопиклон)» . www.ema.europa.eu .
- ^ Меррил Гузнер (2004). Таблетка за 800 миллионов долларов: правда о стоимости новых лекарств (отрывок) . Калифорнийский университет Press. ISBN 0-520-23945-8.
- ^ GS Coumbarides, M. Dingjan, J. Eames, A. Flinn, J. Northen и Y. Yohannes, Tetrahedron Lett. 46 (2005), стр. 2897er
Внешние ссылки
- СМИ, связанные с энантиомерами, на Викискладе?
- Chemwiki: стереоизомерия