Энантиомеры

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
(S)-(+)-Молочная кислота (слева) и (R)-(–)-молочная кислота (справа) являются несовпадающими в пространстве зеркальными отражениями друг друга

Энантиомеры (др.-греч. ἐνάντιος + μέρος — противоположный + часть, мера) — пара стереоизомеров, представляющих собой зеркальные отражения друг друга, не совмещаемые в пространстве[1]. Классической иллюстрацией двух энантиомеров могут служить ладони, имеющие одинаковую структуру, но различную пространственную ориентацию.

Существование энантиомерных форм связано с наличием у молекулы хиральности — свойства не совпадать в пространстве со своим зеркальным отражением.

В ахиральной (симметричной) среде энантиомеры имеют одинаковые химические и физические свойства, кроме способности вращать плоскость поляризации плоскополяризованного света на одинаковую величину угла, но в противоположных направлениях. Данное свойство энантиомеров получило название оптической активности.

Большинство хиральных природных соединений (аминокислоты, моносахариды) существует в виде одного энантиомера. Понятие энантиомерии играет важную роль в фармацевтике, поскольку разные энантиомеры лекарственных веществ, как правило, имеют различную биологическую активность.

Критерий существования энантиомеров[править | править вики-текст]

Свойством энантиомерии обладают хиральные соединения, то есть содержащие элемент хиральности (хиральный атом и др.). Однако, встречаются исключения, когда молекула содержит несколько элементов хиральности, но в целом хиральной не является. Примером может служить мезовинная кислота, не имеющая энантиомеров.

Номенклатура[править | править вики-текст]

По оптической активности (+/–)[править | править вики-текст]

Энантиомер именуется по направлению, в котором его раствор вращает плоскость поляризации света. Если вращение происходит по часовой стрелке, то такой энантиомер называется (+), или правовращающим. Его оптический антипод именуется (–), или левовращающим. Данная номенклатура появилась до того, как были открыты методы установления абсолютной конфигурации энантиомеров. Она является эмпирической и напрямую не связана с расположением атомов в пространстве.

По абсолютной конфигурации (R/S)[править | править вики-текст]

R/S-номенклатура является наиболее широко используемой в данное время, поскольку позволяет охарактеризовать энантиомер по его абсолютной конфигурации. Это стало возможным благодаря открытию рентгеноструктурного анализа, позволяющего установить точное пространственное расположение атомов в молекуле.

Данный вид номенклатуры основывается на присвоении хиральному атому углерода обозначения R или S на основании взаимного расположения четырёх связанных с ним заместителей. При этом для каждого из заместителей определяют старшинство в соответствии с правилами Кана — Ингольда — Прелога, затем молекулу ориентируют так, чтобы младший заместитель был направлен в сторону от наблюдателя, и устанавливают направление падения старшинства остальных трёх заместителей. Если старшинство уменьшается по часовой стрелке, то конфигурацию атома углерода обозначают R (лат. rectus — правый). В противоположном случае конфигурацию обозначают S (лат. sinister — левый)[2][3].

Если соединение содержит лишь один хиральный центр, то его конфигурация указывается в названии в виде приставки. Если в соединении находится несколько стереоцентров, необходимо обозначить конфигурацию каждого.

R/S-номенклатура не имеет непосредственной связи с (+/–)-обозначениями. Например, R-изомер может быть как правовращающим, так и левовращающим, в зависимости от конкретных заместителей при хиральном атоме.

По относительной конфигурации (D/L)[править | править вики-текст]

d/l-номенклатура была введена Э. Фишером для описания относительной конфигурации моносахаридов. Она основана на конфигурации глицеринового альдегида, существующего в виде двух энантиомеров, из которых путём последовательных реакций наращивания углеродной цепи можно получить производные моносахариды (тетрозы, пентозы, гексозы и т. д.). Поскольку в ходе наращивания углеродной цепи стереоцентр глицеринового альдегида не затрагивается, все производные сахара, по Фишеру, получают то же обозначение относительной конфигурации, что и исходный глицериновый альдегид. Обозначения для энантиомеров глицеринового альдегида были присвоены Фишером произвольно.

В настоящее время современные методы установления структуры соединений позволяют характеризовать конфигурацию моносахаридов, не сравнивая их с глицериновым альдегидом. Однако, d/l-номенклатура традиционно сохраняется в названиях сахаров и аминокислот. Обозначения d или l связаны с расположением функциональной группы (гидроксильной для сахаров и аминогруппы для аминокислот) нижнего стереоцентра в проекции Фишера для данного соединения. Если функциональная группа располагается слева от углеродного скелета, то такой энантиомер обозначают символом l (лат. lævus — левый), если же она располагается справа, то это d-энантиомер (лат. dexter — правый)[4][5].

DL Nomenclature of Sugars.png

Физические свойства энантиомеров[править | править вики-текст]

Энантиомеры идентичны по физическим свойствам, например, они имеют одинаковую температуру кипения или плавления, показатель преломления, плотность и т. д.[6] Они могут быть различены лишь при взаимодействии с хиральной средой, например, световым излучением. Световая волна может быть представлена в виде левой и правой циркулярно поляризованных составляющих, которые в среде энантиомера распространяются с различными фазовыми скоростями, за счёт чего возникает вращение плоскости поляризации. В противоположных энантиомерах (оптических антиподах) бо́льшую скорость имеет та или иная циркулярно поляризованная составляющая, поэтому направление вращения плоскости поляризации для энантиомеров противоположно[7][8].

Энантиомеры характеризуют величиной удельного вращения, которая рассчитывается как величина вращения, делённая на длину оптического пути и концентрацию раствора энантиомера.


[\alpha]_D^t = \frac{\alpha}{l \cdot C} \cdot 100%

Химические свойства энантиомеров[править | править вики-текст]

Энантиомеры одинаково ведут себя в химических реакциях с ахиральными реагентами в ахиральной среде. Однако, если реагент, катализатор либо растворитель хиральны, реакционная способность энантиомеров, как правило, различается[9]. Типичным примером являются лекарственные соединения, взаимодействующие с хиральными компонентами организма (белки, ферменты, рецепторы). Обычно, активность проявляет лишь один энантиомер лекарства, в то время как другой энантиомер активности не проявляет.

Рацематы[править | править вики-текст]

Рацемат (рацемическая смесь) — эквимолярная смесь энантиомеров. Поскольку оптическое вращение является аддитивной величиной, вращение одного энантиомера компенсируется вращением второго энантиомера, и суммарное вращение рацемической смеси равно 0. По номенклатуре ИЮПАК рацематы обозначают приставками (±)-, rac- (или racem-) или символами RS и SR[10].

В результате химического синтеза, как правило, образуются именно рацемические смеси. Для получения индивидуальных энантиомеров или энантиомерно обогащённых продуктов необходимо использовать методы стереоселективного синтеза либо расщепления рацематов.

Примеры[править | править вики-текст]

Энантиомеры ибупрофена

Молекула противовоспалительного препарата ибупрофена имеет один стереоцентр в α-положении к карбоксильной группе, поэтому она существует в виде двух энантиомеров. Ибупрофен, производимый в промышленности, является рацемической смесью. Установлено, что биологической активностью обладает лишь один энантиомер — (S)-(+)-ибупрофен. В то время как его оптический антипод (R)-(–)-ибупрофен в организме неактивен. В связи с этим стало коммерчески доступно аналогичное лекарственное средство, представляющее собой энантиомерно чистый (S)-(+)-ибупрофен, т. н. дексибупрофен. В ходе дальнейших исследований было обнаружено, что в организме человека присутствует изомераза, способная превращать неактивный (R)-(–)-ибупрофен в активный (S)-(+)-ибупрофен[11].

Другим примером могут служить антидепрессанты циталопрам и эсциталопрам. Циталопрам является рацемической смесью (R)-циталопрама и (S)-циталопрама. Эсциталопрам является индивидуальным (S)-энантиомером. Было показано, что эсциталопрам более эффективен при лечении депрессивных состояний, чем аналогичная доза циталопрама[12].

См. также[править | править вики-текст]

Примечания[править | править вики-текст]

  1. IUPAC Gold Book - enantiomer. Проверено 4 февраля 2013. Архивировано из первоисточника 11 февраля 2013.
  2. Кан, Дермер, 1983, с. 156-159
  3. Потапов, 1988, с. 21-23
  4. Потапов, 1988, с. 28-30
  5. Rosanoff M. A. On Fischer's classification of stereo-isomers (англ.) // J. Am. Chem. Soc. — 1906. — Т. 28. — № 1. — С. 114–121. — DOI:10.1021/ja01967a014
  6. Илиел и др., 2010, с. 46
  7. Трофимова Т. И. Курс физики. — М: Высшая школа, 1990. — С. 315. — 478 с. — ISBN 5-06-001540-8.
  8. Сивухин Д. В. Общий курс физики. — 3-е. — М: Физматлит, 2005. — Т. IV. Оптика. — С. 608-611. — 792 с. — ISBN 5-9221-0228-1.
  9. Потапов, 1988, с. 35
  10. IUPAC Gold Book - racemate. Проверено 5 февраля 2013. Архивировано из первоисточника 11 февраля 2013.
  11. Tracy T. S., Hall S. D. Metabolic inversion of (R)-ibuprofen. Epimerization and hydrolysis of ibuprofenyl-coenzyme A (англ.) // Drug Metab. Dispos. — 1992. — Т. 20. — № 2. — С. 322-327. — PMID 1352228.
  12. Azorin J. M., Llorca P. M., Despiegel N., Verpillat P. Traitement des épisodes dépressifs sévères: escitalopram est plus efficace que citalopram (фр.) // Encephale. — 2004. — Т. 30. — № 2. — С. 158-166. — DOI:ENC-4-2004-30-2-0013-7006-101019-ART8 — PMID 15107719.

Литература[править | править вики-текст]

  • Илиел Э., Вайлен С., Дойл М. Основы органической стереохимии = Basic Organic Stereochemistry / Пер. с англ. З. А. Бредихиной, под ред. А. А. Бредихина. — М.: Бином. Лаборатория знаний, 2007. — 703 с. — ISBN 978-5-94774-370-8.
  • Кан Р., Дермер О. Введение в химическую номенклатуру = Introduction to Chemical Nomenclature / Пер. с англ. Н. Н. Щербиновской, под ред. В. М. Потапова, Р. А. Лидина. — М: Химия, 1983. — 224 с.
  • Потапов В. М. Стереохимия. — М: Химия, 1988. — ISBN 5-7245-0376-X.