Энантиомеры
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/1/12/Milchs%C3%A4ure_Enantiomerenpaar.svg/298px-Milchs%C3%A4ure_Enantiomerenpaar.svg.png)
Энантиомеры (др.-греч. ἐνάντιος «противоположный» + μέρος «мера, часть») — пара стереоизомеров, представляющих собой зеркальные отражения друг друга, не совмещаемые в пространстве[1]. Классической иллюстрацией двух энантиомеров могут служить правая и левая ладони: они имеют одинаковое строение, но различную пространственную ориентацию.
Существование энантиомерных форм связано с наличием у молекулы хиральности — свойства не совпадать в пространстве со своим зеркальным отражением.
Энантиомеры имеют одинаковые химические свойства, если остальные задействованные вещества — реагенты, катализатор, растворитель — имеют симметричные молекулы. Физические свойства также одинаковы, кроме способности вращать плоскость поляризации плоскополяризованного света на одинаковую величину угла, но в противоположных направлениях. Данное свойство энантиомеров получило название оптической активности (оптической изомерии, а сами вещества — оптических изомеров).
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 код]Свойством энантиомерии обладают хиральные соединения, то есть содержащие элемент хиральности (хиральный атом и др.). Однако встречаются молекулы (так называемые мезоформы), содержащие несколько симметрично расположенных элементов хиральности, но в целом не являющиеся хиральными. Примером может служить мезовинная кислота, не имеющая энантиомеров.
Номенклатура
[править | править код]По оптической активности (+/-)
[править | править код]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 код]![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/7/70/Absolute_configuration.svg/370px-Absolute_configuration.svg.png)
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, нужно 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 код]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», левовращающий изомер), если же она располагается справа, то это d-энантиомер (лат. dexter — «правый», правовращающий изомер)[4][5]. Примеры отображения L- и D- изомеров в структурных химических формулах:
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/c/cc/DL_Nomenclature_of_Sugars.png/400px-DL_Nomenclature_of_Sugars.png)
В биологии, биохимии и медицине чаще используются обозначения D- и L- из-за традиционного использования латыни.
Физические свойства энантиомеров
[править | править код]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.
Химические свойства энантиомеров
[править | править код]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.
Биохимические свойства энантиомеров
[править | править код]В человеческом организме большинство изомеров является L-изомерами. Точные причины этого неизвестны, однако ряд экспертов склонны связывать это с циклом Кребса и особенностями L и D изомеров винной кислоты[источник не указан 189 дней].
Этот раздел статьи ещё не написан. |
Рацематы
[править | править код]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 код]![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/9/95/Ibuprofen-Enantiomere_Strukturformeln.png/200px-Ibuprofen-Enantiomere_Strukturformeln.png)
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 код]Примечания
[править | править код]- ↑ IUPAC Gold Book - enantiomer . Дата обращения: 4 февраля 2013. Архивировано 13 февраля 2013 года.
- ↑ Кан, Дермер, 1983, с. 156—159.
- ↑ Потапов, 1988, с. 21—23.
- ↑ Потапов, 1988, с. 28—30.
- ↑ Rosanoff M. A. On Fischer's classification of stereo-isomers (англ.) // J. Am. Chem. Soc. — 1906. — Vol. 28, no. 1. — P. 114–121. — doi:10.1021/ja01967a014.
- ↑ Илиел и др., 2007, с. 46.
- ↑ Трофимова Т. И. Курс физики. — М.: Высшая школа, 1990. — С. 315. — 478 с. — ISBN 5-06-001540-8.
- ↑ Сивухин Д. В. Общий курс физики. — 3-е. — М.: Физматлит, 2005. — Т. IV. Оптика. — С. 608—611. — 792 с. — ISBN 5-9221-0228-1.
- ↑ Потапов, 1988, с. 35.
- ↑ IUPAC Gold Book - racemate . Дата обращения: 5 февраля 2013. Архивировано 11 октября 2012 года.
- ↑ Tracy T. S., Hall S. D. Metabolic inversion of (R)-ibuprofen. Epimerization and hydrolysis of ibuprofenyl-coenzyme A (англ.) // Drug Metab. Dispos. — 1992. — Vol. 20, no. 2. — P. 322—327. — PMID 1352228.
- ↑ Azorin J. M., Llorca P. M., Despiegel N., Verpillat P. Escitalopram is more effective than citalopram for the treatment of severe major depressive disorder (фр.) // L'Encephale. — 2004. — Vol. 30, no 2. — P. 158—166. — doi:10.1016/S0013-7006(04)95427-9. — PMID 15107719.
Литература
[править | править код]- 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.