Racemate

Czy z. B. cząsteczka lewa i prawa w mieszaninie 1:1 mówi się o racemacie.

Racemat [ rat͡semaːt ] (również racemat ), albo mieszaniny racemicznej (racemiczny) jest substancja mieszaninę w stereochemii , który składa się z dwóch różnych substancji chemicznych , że cząsteczki, które są tak skonstruowane, jak obraz i odbicie lustrzane (= enancjomery ) (rysunek), i te, w Obecna jest mieszanina równomolowa , tj. w stosunku 1:1. Kolejnym warunkiem jest to, aby obraz i odbicie lustrzane nie pokrywały się. Takie cząsteczki, które są swoimi lustrzanymi odbiciami, nazywane są enancjomerami, a ich odpowiednie związki chemiczne nazywane są chiralnymi (z greckiego: podręcznik ). Przypominają lub różnią się jak rękawiczki dwupalcowe, które należą do siebie, z których każda daje miejsce na kciuk i cztery palce w ten sam sposób, tylko inaczej w odniesieniu do lewego i prawego .

Nazwa „racemat” pochodzi od łacińskiego acidum racemicum = kwas winogronowy , substancja, za pomocą której racemat został po raz pierwszy rozdzielony na dwa enancjomery. Proces ten jest również znany jako rozdzielanie racematu .

Właściwości fizyczne mieszaniny racemicznej mogą znacznie różnić się od właściwości związanych z nią enancjomerów. Na przykład racemat nie obraca płaszczyzny polaryzacji światła spolaryzowanego i jest optycznie nieaktywny , więc wartość skręcenia α wynosi 0 °.

W nazwie substancji stosuje się różne deskryptory do identyfikacji mieszanin racemicznych , na przykład rac- , ( RS )-, DL- lub (±)-.

nieruchomości

Rozróżnienie pomiędzy tym, czy związek występuje jako racemat, czy jako jeden z czystych enancjomerów, jest ważne, ponieważ enancjomery mają te same właściwości fizyczne, ale często zupełnie inne właściwości fizjologiczne . Tak pachnie D - (+) - karwon po kminku , natomiast L - (-) - karwon po zapachu mięty . D - (-) - Leucyna smakuje słodko, podczas gdy L - (+) - Leucyna jest gorzka. Właściwości te są ważne w farmakologii, gdzie na przykład β-bloker o konfiguracji ( S ) (bloker receptorów beta ) może działać 100 razy silniej niż enancjomer ( R ). Jeden z enancjomerów talidomidu , aktywnego składnika tabletki nasennej Contergan , jest teratogenem (ma działanie teratogenne , patrz skandal Contergan ). Rozdzielanie enancjomerów jest tutaj bezużyteczne, ponieważ każdy pojedynczy enancjomer jest przekształcany w mieszaninę enancjomerów ( S ) i ( R ) przy podawaniu doustnym in vivo . Jednym z powodów farmakologicznie odmiennych efektów enancjomerów leku racemicznego w organizmach jest to, że enzymy i receptory same w sobie są chiralne i dlatego specjalizują się w pewnym enancjomerze zgodnie z zasadą blokady i klucza . Racematy substancji czynnych leczniczo lub żywieniowo, jakie zwykle powstają w syntezie chemicznej , są zatem niepożądane, ponieważ często nie są tak skuteczne jak czyste enancjomery. Procesy biotechnologiczne, stosowanie enancjomerycznie czystych substancji wyjściowych lub syntezy enancjoselektywne prowadzą zwykle bezpośrednio do enancjomerycznie czystych substancji leczniczych. Alternatywnie, drogą rozdzielania wytwarza się enancjomerycznie czyste leki. Starsze leki są nadal często stosowane jako racematy do dnia dzisiejszego, nawet jeśli obecnie ogólnie znane są różne efekty farmakologiczne enancjomerów. Ostatnio opracowano leki enancjomeryczne, które zastępują wielkoobjętościowe racematy jako eutomery (patrz także: synteza leków enancjomerycznie czystych ).

Całkowita lub częściowa degradacja istniejącego nadmiaru enancjomerycznego nazywana jest racemizacją . Racemat jest rozdzielany na poszczególne enancjomery przez rozdział racematu .

Temperatura topnienia racematu zwykle odbiega od temperatury topnienia czystych enancjomerów. Temperatura topnienia racematu może być niższa lub wyższa niż w przypadku czystych enancjomerów. Zjawisko to, nieoczekiwane na pierwszy rzut oka, można wyjaśnić: Jeśli racemat krystalizuje jako mieszanina racemiczna (konglomerat), kryształy postaci (+) - i (-) - występują oddzielnie, tj. enancjomer (+) - ma wyższy powinowactwo do (+) - cząsteczek, a (-) - enancjomer ma wyższe powinowactwo do (-) - cząsteczek. Podczas krystalizacji powstają obok siebie czyste kryształy (+) i (-). Temperatura topnienia mieszaniny racemicznej jest znacznie niższa od temperatury topnienia czystych enancjomerów. Przykład: Oba czyste enancjomery (+)- i (-)- leku glutetymid topią się w 102-103 ° C. Natomiast (±) - glutetymid , czyli mieszanina racemiczna, ma temperaturę topnienia 84°C.

Sytuacja jest inna, jeśli (+) - enancjomery podczas krystalizacji preferencyjnie krystalizują razem z (-) - enancjomerami. Wtedy każdy kryształ zawiera taką samą liczbę cząsteczek obu enancjomerów. Ten przypadek nazywa się związkiem racemicznym . Związek racemiczny różni się właściwościami fizycznymi od czystych enancjomerów. Temperatura topnienia może być wyższa, równa lub niższa niż w przypadku czystych enancjomerów. Przykład: Czyste enancjomery leku ibuprofen mają temperaturę topnienia 50-52°C, racemiczny ibuprofen ma temperaturę topnienia 75-77,5 °C. Racemiczny ibuprofen krystalizuje zatem jako związek racemiczny.

historia

Kryształy winianu D i L, które zachowują się jak obraz i odbicie lustrzane

W 1848 roku, w wieku 26 lat, Ludwik Pasteur wykrystalizował wodny roztwór soli sodowo-amonowej kwasu winogronowego i oddzielił od niego pojedyncze kryształy ze względu na ich asymetryczny kształt („powierzchnie półścienne”). Roztwór kryształów jednej odmiany wykazywał aktywność optyczną w jednym kierunku, drugi w przeciwnym – racemat rozdzielono na enancjomery. Dzieło Pasteura budziło wątpliwości i musiał je powtarzać pod okiem Jean-Baptiste Biota , co mu się udało. Pasteur miał szczęście: gdyby w laboratorium było cieplej, eksperyment by się nie powiódł. W przypadku winianu sodowo-amonowego spontaniczne rozszczepianie racematu (krystalizacja w postaci konglomeratu) następuje dopiero poniżej 28°C, powyżej którego mógłby powstać tylko jeden rodzaj kryształu – związek racemiczny.

Działalność badawcza holenderskiego fizykochemika Hendrika Willema Bakhuisa Roozebooma (1854-1907) rozszerzyła się znacząco na dziedzinę termodynamiki i badania układów wielofazowych. Jeszcze przed Pasteurem przyczynił się do zrozumienia termodynamiki mieszanin enancjomerów.

Krystalizacja

Istnieją trzy różne sposoby krystalizacji racematu. Ma to szczególny wpływ na rozdzielanie racematów przez krystalizację. Już w 1899 roku firma HWB Roozeboom jasno określiła sposób rozróżniania między tymi gatunkami.

Związek racemiczny

Krystaliczny racematem, który tworzy pojedynczą fazę, w której występują dwa enancjomery w uporządkowanym stosunku 1: 1 w jednostkowej komórki jest nazywana związkiem racemicznym. W ten sposób krystalizuje większość wszystkich związków chiralnych.

konglomerat

Konglomeratu (mieszanina racemiczna) jest krystalicznym racematem, który składa się z 1: 1 mieszaniną odrębnych kryształów czystych enancjomerów. Komórki elementarne każdego pojedynczego kryształu składają się albo wyłącznie z (+) - enancjomeru, albo z (-) - enancjomeru. Ten typ krystaliczny jest mniej powszechny niż związek racemiczny.

Pseudoracemat

Jest to krystaliczny racemat, w którym dwa enancjomery tworzą mieszane kryształy, tj. enancjomery są statystycznie rozmieszczone w sieci krystalicznej. Nierówne ilości obu enancjomerów mogą kokrystalizować w dowolnym stosunku. W ten sposób krystalizuje bardzo niewiele związków chiralnych.

Rozkład

Procesy rozdzielania racematów na ich enancjomery określane są jako rozdzielanie racematów . Zasady separacji to:

Separacja jako enancjomery

  • ręczne sortowanie oddzielnie hodowanych kryształów. Klasyczną metodą według Louisa Pasteura , która jest praktycznie nieistotna, jest ręczne sortowanie kryształów pod mikroskopem. Warunkiem tego jest to, że racemat tworzy kryształy, które zawierają tylko jeden z enancjomerów (rozszczepienie spontaniczne). Takie kryształy różnią się również makroskopowo, podobnie jak obraz i odbicie lustrzane.
  • Rozdzielanie racematów przez zaszczepienie przesyconych roztworów racematów niewielką ilością enancjomeru tego samego racematu, a następnie krystalizację frakcyjną. Warunek wstępny dla tej metody rozdzielania: krystalizacja jako konglomerat. W międzyczasie został jednak zbadany proces separacji układów tworzących połączenia.

Separacja po utworzeniu diastereoizomerów

  • Tworzenie soli diastereomerycznych przez dodanie enancjomerycznie czystej substancji pomocniczej, a następnie rozdzielanie przez krystalizację frakcyjną z wykorzystaniem ich różnych właściwości fizycznych
  • Zwykłą metodą w laboratoriach chemii organicznej jest ich kontakt z materiałami chiralnymi . Chromatograficznie optycznie aktywna jest faza ruchoma (eluent) lub stacjonarna . Prowadzi to do różnej retencji dwóch enancjomerów. Znane jest również rozdzielanie enancjomerów metodą cienkowarstwowej chromatografii z użyciem enancjoselektywnej fazy stacjonarnej.

Rozdzielczość fermentacyjna

  • Proces ten po raz pierwszy zademonstrował również Pasteur w 1858 r., który pozwolił na wzrost pleśni Penicillium glaucum z racemicznym kwasem winowym jako składnikiem odżywczym. Podczas gdy jeden enancjomer był metabolizowany przez grzyba, drugi enancjomer pozostał w roztworze.

Rozdzielczość kinetyczna

  • Inną metodą jest rozdzielczość kinetyczna. Substancja racemiczna jest połączona z enancjomerycznie czystym odczynnikiem , przy czym jeden enancjomer reaguje szybciej niż drugi. Jeśli różnica w szybkości reakcji jest wystarczająco duża, jeden enancjomer pozostaje niezmieniony; drugi enancjomer jest przekształcany w nowy (prawdopodobnie również chiralny) związek. Ta zasada separacji sprawia, że ​​z. B. w rozdziale enzymatycznym z korzyścią hydrolaz. Częściej stosowany typ rozdziału kinetycznego wykorzystuje katalizę, w której zamiast odczynnika stosuje się enancjomerycznie czysty katalizator , który przekształca jeden enancjomer materiału wyjściowego szybciej niż drugi.

Zobacz też

linki internetowe

Commons : Racemat  - kolekcja obrazów, filmów i plików audio

Źródła i uwagi

  1. ↑ Reguła IUPAC E-4.5 ( PDF )
  2. ↑ Więcej łatwych do zrozumienia przykładów lewicy i prawicy w przyrodzie i gdzie indziej, patrz: Henri Brunner: Rechts oder links - in der Natur und gdzie indziej , Wiley-VCH Verlag GmbH, Weinheim 1999, ISBN 3-527-29974-2 , a także w „galerii chiralnej” Brunnera .
  3. ^ Ernst Mutschler: efekty narkotyków , wydanie 5, Wissenschaftlichen Verlagsgesellschaft Stuttgart, 1986, s. 277, ISBN 3-8047-0839-0 .
  4. ^ EJ Ariëns: Stereochemia, podstawa wyrafinowanych nonsensów w farmakokinetyce i farmakologii klinicznej , W: European Journal of Clinical Pharmacology 26 (1984) 663-668.
  5. ↑ Bernard Testa, Pierre-Alain Carrupt, Joseph Gal: Tak zwana „interkonwersja” leków stereoizomerycznych: próba wyjaśnienia . W: Chiralność . taśma 5 , nie. 3 , 1993, s. 105-110 , doi : 10.1002 / chir.530050302 .
  6. ↑ Wpis dotyczący rozdzielczości racematów. W: Rompp Online . Georg Thieme Verlag, dostęp 25 maja 2014 r.
  7. ^ Hermann J. Roth, Christa E. Müller i Gerd Folkers: Stereochemie & Arzneimittel , Wissenschaftliche Verlagsgesellschaft Stuttgart, 1998, ISBN 3-8047-1485-4 , s. 161-162.
  8. ↑ HD Flack: odkrycie przez Louisa Pasteura chiralności molekularnej i spontanicznej rozdzielczości w 1848 roku, wraz z pełnym przeglądem jego prac krystalograficznych i chemicznych. W: Acta Crystallographica Sekcja A Podstawy Krystalografii. 65, 2009, s. 371-389, doi : 10.1107 / S0108767309024088 .
  9. ^ Robert T. Morrison, Robert N. Boyd: Podręcznik chemii organicznej . Wydanie trzecie, VCH, Weinheim 1986, s. 158, ISBN 3-527-26067-6 .
  10. ↑ Hans Beyer, Wolfgang Walter: Podręcznik chemii organicznej . Wydanie 22, S. Hirzel Verlag, Stuttgart 1991, s. 347, ISBN 3-7776-0485-2 .
  11. ^ Louis Fieser, Mary Fieser: Organische Chemie , Verlag Chemie Weinheim, wydanie 2, 1972, s. 82-83, ISBN 3-527-25075-1 .
  12. ↑ Bernhard Testa: Podstawy stereochemii organicznej , Verlag Chemie, Weinheim, 1983, s. 162-167, ISBN 3-527-25935-X .
  13. ↑ Wejście na Racemate. W: Rompp Online . Georg Thieme Verlag, dostęp 25 maja 2014 r.
  14. ↑ Axel Kleemann i Jürgen Martens : Optical Resolution of Racemic S-(karboksymetylo)cysteina , Liebigs Annalen der Chemie 1982, 1995-1998.
  15. ^ Kurt Günther, Jürgen Martens i Maren Schickedanz: Cienkowarstwowa chromatografia rozdzielania enancjomerów za pomocą wymiany ligandów , Angewandte Chemie 96 (1984) 514-515; Angewandte Chemie International Edition w języku angielskim 23 (1984) 506.
  16. ↑ Bernd Schäfer: Naturalne substancje przemysłu chemicznego , Elsevier GmbH, Spektrum Verlag, 2007, strona 155, ISBN 978-3-8274-1614-8 .
  17. ^ Pasteur, ML (1858): CR Hebd. Seanse Acad. Nauka. t. 46, s. 615-618.