Відмінності між версіями «Енантіомери»

4669 байтів додано ,  6 років тому
попереднє доопрацювання (вікіфікація, вичитка, доповнення)
(взял и перевел русское вики)
(попереднє доопрацювання (вікіфікація, вичитка, доповнення))
[[Зображення:Enantiomer.png|300px|right|Неідентичні дзеркальні відображення молекули]]
У [[хімія|хімії]], '''енантіомери''' — це [[стереоізомер]]и, які є неідентичними повними [[дзеркальне відображення|дзеркальними відображеннями]] один одного (як права і ліва рука). У симетричному ([[хіральність|нехіральному]]) оточенні енантіомери мають ідентичні хімічні і фізичні властивості за винятком їх здатності обертати [[площина (математика)|площину]] [[поляризація світла|поляризації]] світла, яка у двох енантіомерів ідентична за модулем і протилежна за напрямком. СумішЦю рівнихздатність частинназивають [[оптичноОптична активні речовиниактивність|оптичнооптичною активногоактивністю]] ізомеру і його енантіомеру називається [[рацемічна суміш|рацемічною сумішшю]] і оптично неактивна.
 
== Причина існування енантіомерів ==
Існування енантіомерно форм пов'язано з наявністю у молекули хиральности - властивості не збігатися в просторі зі своїм дзеркальним відображенням.
{{main|Хіральність}}
Існування енантіомерних форм обумовлено наявністю у деяких молекул [[хіральність|хіральності]] - властивості не збігатися в просторі зі своїм дзеркальним відображенням. <!--З погляду симетрії молекули, необхідною і достатньою причиною є визначення повної точкової групи симетрії молекули як ''Cn'', ''Dn'', ''T'', ''O'', ''I'' (в позначеннях Шьонфліса).--> Така властивість надається певними елементами просторової будови молекули, такими як:
*хіральний центр, яким може бути асиметричний атом (найчастіше) карбону. Атом карбону, з'єднаний із чотирма різними замісниками, є хіральним центром;
*вісь хіральності — такий елемент симетрії, як дзеркально-оборотна вісь, як у 1,3-дифенілаллені;
*площина хіральності;
*спіральність.
 
== Випадки відсутності оптичної активності ==
Еквімолекулярна суміш енантіомерів називається [[рацемічна суміш|рацемічною сумішшю]] і є оптично неактивною. Саме така суміш утворюється в реакціях, у яких не беруть участь оптично активні речовини, навіть як розчинник чи каталізатор. За номенклатурою ІЮПАК рацемати позначають приставками (±)-, rac- (чи racem-) або символами RS чи SR.
 
Можлива також внутрішньомолекулярна компенсація обертання площини поляризації світла двома хіральними елементами за наявності в молекули додаткової симетрії. Найпростіший приклад дає молекула [[Винна кислота|винної кислоти]], ''мезо''-форма якої містить два хіральних атоми карбону протилежної конфігурації; тут додатковим елементом симетрії є площина, проведена через середину зв'язку між хіральними центрами, тобто половини молекули є дзеркальним відображенням одна одної.
 
== Короткі історичні відомості ==
В ахіральной (симетричною) середовищі енантіомери мають однакові хімічні і фізичні властивості, крім здатності обертати площину поляризації плоскополярізованного світла на однакову величину кута, але в протилежних напрямках. Дана властивість енантіомерів отримало назву оптичної активності. 
Вперше розділення рацемічної суміші на її складові енантіомери здійснив [[Луї Пастер]] в 1848 році, коли за допомогою мікроскопа та голки розділив саме кристали енантіомерів винної кислоти. Теоретичне підґрунтя з'явилося в 1874 р. в роботах [[Якоб Гендрік Вант-Гофф|Вант-Гоффа]] та [[Жозеф Ашіль Ле Бель|Ле Беля]] у вигляді ідеї про тетраедричне розташування атомів навколо атома карбону, з яким вони з'єднані. Значний поштовх розвитку поняття енантіомерії надало пізніше вивчення [[Вуглеводи|вуглеводів]].
 
== Номенклатура ==
Систематичну номенклатуру енантіомерів (R,S-номенклатуру) було розроблено вже в XX ст. Вона ґрунтується на [[правило послідовності|правилі послідовності]] (Р. Кан, К. Інгольд, В. Прелог, 1951, 1966). До того часу існували інші, дуже неповні, системи.
 
=== Класифікація за оптичною активністю (+/-) ===
Енантіомер іменується за напрямком, в якому його розчин в певному розчиннику (зазвичай у воді) обертає площину поляризації світла. Якщо обертання відбувається за годинниковою стрілкою, то такий енантіомер називається (+), або правообертальним. Його оптичний антипод іменується (-), або лівообертальним. Дана номенклатура з'явилася до того, як були відкриті методи встановлення абсолютної конфігурації енантіомерів. Вона є емпіричною і безпосередньо не пов'язана з розташуванням атомів у просторі.
 
=== Класифікація за відносною конфігурацією (D/L) ===
Більшість хіральних природних сполук (амінокислоти, моносахариди) існує у вигляді одного енантіомеру. Поняття Енантіомери грає важливу роль в фармацевтиці, оскільки різні енантіомери лікарських речовин, як правило, мають різну біологічну активність. 
D,L-номенклатура була введена [[Герман Еміль Фішер|Е. Фішером]] для опису відносної конфігурації моносахаридів. Вона визначає конфігурацію гліцеринового альдегіду, існуючого у вигляді двох енантіомерів, з яких шляхом послідовних реакцій нарощування карбонового ланцюга можна отримати похідні моносахариди (тетрози, пентози, гексози тощо). Оскільки в ході такого нарощування конфігурація хірального центру гліцеринового альдегіду не зачіпається, всі похідні, за Фішером, отримують те ж позначення відносної конфігурації, що й вихідний гліцериновий альдегід. Позначення для вихідних енантіомерів гліцеринового альдегіду були призначені Фішером довільно, питання про абсолютну конфігурацію на той час було нерозв'язним.
 
Сучасні методи встановлення структури сполук дозволяють встановлювати абсолютну конфігурацію молекул, і необхідності її порівняння з гліцериновим альдегідом більше немає. Однак D,L-номенклатура традиційно зберігається в назвах [[Вуглеводи|вуглеводів]] і [[Амінокислота|амінокислот]]. Позначення пов'язано з розташуванням функціональної групи (гідроксильної для вуглеводів і аміногрупи для амінокислот) нижнього хірального центру в [[проекція Фішера|проекції Фішера]] для даної сполуки. Якщо функціональна група розташовується ліворуч від карбонового скелету, то такий енантіомер позначають символом L ({{lang-la|lævus}} - лівий), якщо ж вона розташовується праворуч, то це D-енантіомер ({{lang-la|dexter}} - правий).
 
=== Класифікація за абсолютною конфігурацією (R/S) ===
R,S-номенклатура є найширше використовуваною, оскільки дозволяє вказати абсолютну конфігурацію кожного хірального центру, наявного в молекулі. Експериментальне визначення абсолютної конфігурації стало можливим завдяки розвитку [[рентгеноструктурний аналіз|рентгеноструктурного аналізу]], який дозволяє встановити точне просторове розташування атомів в молекулі.
 
Даний вид номенклатури ґрунтується на привласненні атому вуглецю позначення R або S на підставі взаємного розташування чотирьох пов'язаних з ним [[Замісник (хімія)|замісників]]. При цьому для кожного із замісників визначають старшинство відповідно до правил Кана - Інгольда - Прелога, потім молекулу орієнтують так, щоб молодший заступник був направлений в сторону від спостерігача, і встановлюють напрямок падіння старшинства інших трьох заступників. Якщо старшинство зменшується за годинниковою стрілкою, то конфігурацію атома вуглецю позначають R (rectus - правий), в протилежному випадку — S (sinister - лівий). 
  Критерій існування енантіомерів 
 
Якщо молекула сполуки містить лише один хіральний центр, то його конфігурація вказується в назві у вигляді приставки. Якщо в молекулі є декілька хіральних центрів, необхідно позначати конфігурацію кожного з них.
Властивістю Енантіомери володіють хіральні сполуки, тобто містять елемент хіральності (хіральний атом і ін.). Однак, трапляються винятки, коли молекула містить кілька елементів хіральності, але в цілому хіральної не є. Прикладом може служити мезовінная кислота, яка не має енантіомерів. 
 
R,S-номенклатура не має безпосереднього зв'язку з (+/-) - позначеннями. Наприклад, R-ізомер може бути як правообертальним, так і лівообертальним, залежно від конкретних заступників при хіральному атомі.
Тим не менше, існує простий і не дуже надійний метод передбачення напрямку обертання площини поляризації за абсолютною конфігурацією хірального центру; він розглядає [[поляризовність]] замісників.
 
== Фізичні властивості енантіомерів ==
Енантіомери ідентичні за фізичними властивостями, наприклад, вони мають однакову температуру кипіння або плавлення, показник заломлення, густину тощо. Вони можуть бути розрізнені лише при взаємодії з хіральної середовищем, наприклад, іншими оптично активними речовинами чи світловим випромінюванням. Світлова хвиля може бути представлена ​​у вигляді лівої і правої циркулярно поляризованих складових, які в середовищі енантіомера поширюються з різними фазовими швидкостями, за рахунок чого виникає обертання площини поляризації. В оптичних антиподах більшу швидкість має та чи інша циркулярно поляризована складова, тому напрямок обертання площини поляризації для енантіомерів протилежно.
 
Енантіомери характеризують величиною питомого обертання, яка розраховується як величина обертання, поділена на довжину оптичного шляху і концентрацію розчину енантіомера. Абсолютну величину обертання &alpha; обчислюють за рівнянням:
  номенклатура 
: &alpha; = <nowiki />[&alpha;] · ''c'' · ''l''
де <nowiki />[&alpha;] — питоме обертання площини поляризації, ''c'' — молярна концентрація оптично активної речовини в розчині, ''l'' — довжина шляху променя крізь розчин. Обертання площини поляризації залежить від розчинника, температури, довжини хвилі світла. Тому питоме обертання площини поляризації зазвичай позначають схоже на <nowiki />[&alpha;]{{su|p=20|b=''D''}} — виміряне у певному розчиннику при 20&nbsp;°C на довжині хвилі ''D''-лінії натрію (589 нм).
 
== Хімічні властивості енантіомерів ==
В результаті [[органічний синтез|хімічного синтезу]], як правило, утворюються саме рацемічні суміші. Для отримання індивідуальних енантіомерів або енантіомерно збагачених продуктів необхідно використовувати методи стереоселективного синтезу або розщеплення рацематів. 
 
Енантіомери однаково поводяться в хімічних реакціях з ахіральними реагентами в ахіральному середовищі. Однак, якщо реагент, каталізатор або розчинник хіральні, реакційна здатність енантіомерів більшою чи меншою мірою розрізняється. Типовим прикладом є лікарські сполуки, які взаємодіють з хіральними речовинами організму (білки, ферменти, рецептори). Зазвичай, активність проявляє лише один енантіомер лікарської речовини.
 
== Енантіомери та біохімія ==
  За оптичної активності (+/-) 
Практично вся хімія життя побудована на хіральних молекулах. Так, оптичну активність виявляють &alpha;-амінокислоти, з яких складаються молекули білка, та вуглеводи, що входять до складу [[ДНК]] та [[Полісахариди|полісахаридів]]. В природі домінують певні енантіомери цих сполук (L-амінокислоти, D-вуглеводи), причина цього корениться в механізмі зародження життя на Землі і досі незрозуміла.
 
=== Приклади лікарських засобів ===
Енантіомер іменується за напрямком, в якому його розчин обертає площину поляризації світла. Якщо обертання відбувається за годинниковою стрілкою, то такий енантіомер називається (+), або правовращающим. Його оптичний антипод іменується (-), або левовращающего. Дана номенклатура з'явилася до того, як були відкриті методи встановлення абсолютної конфігурації енантіомерів. Вона є емпіричної і прямо не пов'язана з розташуванням атомів у просторі. 
Поняття енантіомерії відіграє важливу роль в фармацевтиці, оскільки різні енантіомери лікарських речовин, як правило, мають різну біологічну активність.
 
Так, молекула протизапального препарату ібупрофену має один стерео центр в &alpha;-положенні до карбоксильної групі, тому вона існує у вигляді двох енантіомерів. Ібупрофен, вироблений в промисловості, є рацемічною сумішшю. Встановлено, що біологічну активність має лише один енантіомер - (S)-(+)-ібупрофен. Його оптичний антипод (R)-(-)-ібупрофен в організмі неактивний. У зв'язку з цим лікарський засіб представляє собою енантіомерно чистий (​​S)-(+)-ібупрофен, т. зв. дексібупрофен. В ході подальших досліджень було виявлено, що в організмі людини присутній фермент-ізомераза, здатний перетворювати неактивний (R)-(-)-ібупрофен на активний (S)-(+)-ібупрофен.
 
Іншим прикладом можуть слугувати антидепресанти циталопрам і есциталопрам. Циталопрам є рацемічною сумішшю (R)-циталопрама і (S)-циталопрама. Есциталопрам є індивідуальним (S)-енантіомер. Було показано, що есциталопрам більш ефективний при лікуванні депресивних станів, ніж аналогічна доза циталопраму.
 
  За абсолютною конфігурації (R / S) 
 
R / S-номенклатура є найбільш широко використовуваної в даний час, оскільки дозволяє охарактеризувати енантіомер за його абсолютної конфігурації. Це стало можливим завдяки відкриттю рентгеноструктурного аналізу, що дозволяє встановити точне просторове розташування атомів в молекулі. 
 
 
 
Даний вид номенклатури грунтується на привласненні Хіральність атому вуглецю позначення R або S на підставі взаємного розташування чотирьох пов'язаних з ним заступників. При цьому для кожного із заступників визначають старшинство відповідно до правил Кана - Інгольд - Прелога, потім молекулу орієнтують так, щоб молодший заступник був направлений в сторону від спостерігача, і встановлюють напрямок падіння старшинства інших трьох заступників. Якщо старшинство зменшується за годинниковою стрілкою, то конфігурацію атома вуглецю позначають R (rectus - правий). В протилежному випадку конфігурацію позначають S (sinister - лівий). 
 
 
 
Якщо з'єднання містить лише один хіральний центр, то його конфігурація вказується в назві у вигляді приставки. Якщо в з'єднанні знаходиться кілька стерео центру, необхідно позначити конфігурацію кожного. 
 
 
 
R / S-номенклатура не має безпосереднього зв'язку з (+/-) - позначеннями. Наприклад, R-ізомер може бути як правовращающим, так і левовращающего, залежно від конкретних заступників при хіральні атомі. 
 
 
 
  За відносної конфігурації (D / L) 
 
-номенклатура була введена Е. Фішером для опису відносної конфігурації моносахаридів. Вона заснована на конфігурації гліцеринового альдегіду, існуючого у вигляді двох енантіомерів, з яких шляхом послідовних реакцій нарощування вуглецевого ланцюга можна отримати похідні моносахариди (тетрози, пентози, гексози і т. Д.). Оскільки в ході нарощування вуглецевого ланцюга стерео центру гліцеринового альдегіду не зачіпається, всі похідні цукру, по Фішеру, отримують те ж позначення відносної конфігурації, що й вихідний гліцериновий альдегід. Позначення для енантіомерів гліцеринового альдегіду були привласнені Фішером довільно. 
 
 
 
В даний час сучасні методи встановлення структури сполук дозволяють характеризувати конфігурацію моносахаридів, що не порівнюючи їх з гліцериновим альдегідом. Однак, -номенклатура традиційно зберігається в назвах цукрів і амінокислот. Позначення або пов'язані з розташуванням функціональної групи (гідроксильної для цукрів і аміногрупи для амінокислот) нижнього стерео центру в проекції Фішера для даного з'єднання. Якщо функціональна група розташовується зліва від вуглецевого скелета, то такий енантіомер позначають символом (lævus - лівий), якщо ж вона розташовується праворуч, то це -енантіомер (dexter - правий) [1].
 
 
 
 
 
  Фізичні властивості енантіомерів 
 
Енантіомери ідентичні за фізичними властивостями, наприклад, вони мають однакову температуру кипіння або плавлення, показник заломлення, щільність і т. Д. Вони можуть бути розрізнені лише при взаємодії з хіральної середовищем, наприклад, світловим випромінюванням. Світлова хвиля може бути представлена ​​у вигляді лівої і правої циркулярно поляризованих складових, які в середовищі енантіомера поширюються з різними фазовими швидкостями, за рахунок чого виникає обертання площини поляризації. В протилежних Енантіомери (оптичних антиподах) більшу швидкість має та чи інша циркулярно поляризована складова, тому напрямок обертання площини поляризації для енантіомерів протилежно [2] [3]. 
 
 
 
Енантіомери характеризують величиною питомого обертання, яка розраховується як величина обертання, поділена на довжину оптичного шляху і концентрацію розчину енантіомера. 
 
 
 
 
 
 
 
  Хімічні властивості енантіомерів 
 
Енантіомери однаково поводяться в хімічних реакціях з ахіральнимі реагентами в ахіральной середовищі. Однак, якщо реагент, каталізатор або розчинник хіральні, реакційна здатність енантіомерів, як правило, розрізняється. Типовим прикладом є лікарські сполуки, які взаємодіють з хіральними компонентами організму (білки, ферменти, рецептори). Зазвичай, активність проявляє лише один енантіомер ліки, в той час як інший енантіомер активності не проявляє. 
 
 
 
  рацемати 
 
 
 
Рацемат (рацемічна суміш) - еквімолярної суміш енантіомерів. Оскільки оптичне обертання є адитивною величиною, обертання одного енантіомеру компенсується обертанням другого енантіомера, і сумарне обертання рацемической суміші дорівнює 0 За номенклатурою ІЮПАК рацемати позначають приставками (±) -, rac- (або racem-) або символами RS і SR [4]. 
 
 
 
В результаті хімічного синтезу, як правило, утворюються саме рацемічні суміші. Для отримання індивідуальних енантіомерів або енантіомерно збагачених продуктів необхідно використовувати методи стереоселективного синтезу або розщеплення рацематів. 
 
 
 
  приклади 
 
енантіомери ібупрофену 
 
Молекула протизапального препарату ібупрофену має один стерео центру в α-положенні до карбоксильної групі, тому вона існує у вигляді двох енантіомерів. Ібупрофен, вироблений в промисловості, є рацемической сумішшю. Встановлено, що біологічну активність має лише один енантіомер - (S) - (+) - ібупрофен. У той час як його оптичний антипод (R) - (-) - ібупрофен в організмі неактивний. У зв'язку з цим стало комерційно доступно аналогічне лікарський засіб, що представляє собою енантіомерно чистий (​​S) - (+) - ібупрофен, т. Н. дексібупрофен. В ході подальших досліджень було виявлено, що в організмі людини присутній ізомерази, здатна перетворювати неактивний (R) - (-) - ібупрофен в активний (S) - (+) - ібупрофен [5]. 
 
 
 
Іншим прикладом можуть служити антидепресанти циталопрам і есциталопрам. Циталопрам є рацемической сумішшю (R) -ціталопрама і (S) -ціталопрама. Есциталопрам є індивідуальним (S) -енантіомер. Було показано, що есциталопрам більш ефективний при лікуванні депресивних станів, ніж аналогічна доза циталопраму [6]. 
 
 
 
  Див. Також
== Див. також ==
* [[Енантіомерний надлишок]]
* [[Енантіоморфізм]]
* [[Стереохімія]]
* [[Діастереомери]]
 
== Література ==
* Потапов В.М. Стереохимия: Учеб. пособие для вузов. — 2-е изд, перераб. и доп. — М.:Химия, 1988. — 464 с.:ил. {{ref-ru}}
 
{{chem-stub}}
558

редагувань