Racemická směs - Racemic mixture

V chemii , a racemické směsi , nebo racemátu ( / r eɪ s jsem m eɪ t , r ə -, r æ s ɪ m eɪ t / ), je ten, který má stejné množství z levé a praváky enantiomerů z chirální molekuly. První známý Racemická směs byla kyselina hroznová , který Louis Pasteur bylo zjištěno, že směs dvou enantiomerních isomerů z kyseliny vinné . Vzorek pouze s jediným enantiomerem je enantiomerně čistá nebo enantiočistá sloučenina.

Etymologie

Z racemické kyseliny nalezené v hroznech; z latinského racemus , což znamená hrozen. Tato kyselina, je-li přirozeně produkována v hroznech, je pouze pravostrannou verzí molekuly, lépe známou jako kyselina vinná . V mnoha germánských jazycích se racemická kyselina nazývá „kyselina hroznová“, např. Německá traubensäure a švédská druvsyra . Carl von Linné dal červenému černému bezu vědecký název Sambucus racemosa, protože švédský název druvfläder znamená „hroznový bezový “, tak zvaný proto, že jeho bobule rostou v hroznovitém shluku.

Nomenklatura

Racemická směs je označena předponou (±) - nebo dl- (pro cukry lze použít předponu dl - ), což naznačuje stejnou směs (1: 1) izomerů dextro a levo. Používá se také předpona rac- (nebo racem- ) nebo symboly RS a SR (vše kurzívou ).

Pokud poměr není 1: 1 (nebo není znám), použije se místo toho předpona (+) / (-) , d / l - nebo d / l- (s lomítkem).

IUPAC důrazně nedoporučuje používat d a l .

Vlastnosti

Racemát je opticky neaktivní , což znamená, že nedochází k žádné čisté rotaci rovinně polarizovaného světla. Ačkoli dva enantiomery otáčejí rovinně polarizovaným světlem v opačných směrech, rotace se ruší, protože jsou přítomny ve stejném množství.

Na rozdíl od dvou čistých enantiomerů, které mají stejné fyzikální vlastnosti, kromě směru otáčení rovinně polarizovaného světla, má racemát někdy odlišné vlastnosti od jednoho z čistých enantiomerů. Nejběžnější jsou různé teploty tání, ale jsou také možné různé rozpustnosti a teploty varu .

Léčiva mohou být dostupná jako racemát nebo jako čistý enantiomer, který může mít různé potence. Protože biologické systémy mají mnoho chirálních asymetrií, čisté enantiomery mají často velmi odlišné biologické účinky; příklady zahrnují glukózu a metamfetamin .

Krystalizace

Existují čtyři způsoby, jak lze racemát krystalizovat, v závislosti na látce; tři z nich HWB Roozeboom odlišil do roku 1899:

Konglomerát (někdy racemický konglomerát )
Pokud mají molekuly látky mnohem větší afinitu ke stejnému enantiomeru než k opačnému, vznikne mechanická směs enantiomerně čistých krystalů. Směs enantiomerně čistých krystalů R a S tvoří eutektickou směs. V důsledku toho je teplota tání konglomerátu vždy nižší než teplota tání čistého enantiomeru. Přidání malého množství jednoho enantiomeru do konglomerátu zvyšuje teplotu tání. Zhruba 10% racemických chirálních sloučenin krystalizuje jako konglomeráty.
Racemická sloučenina (někdy pravý racemát )
Pokud mají molekuly větší afinitu k opačnému enantiomeru než ke stejnému enantiomeru, látka tvoří jedinou krystalickou fázi, ve které jsou dva enantiomery přítomny v uspořádaném poměru 1: 1 v elementární buňce. Přidání malého množství jednoho enantiomeru k racemické sloučenině snižuje teplotu tání. Čistý enantiomer však může mít vyšší nebo nižší teplotu tání než sloučenina. Zvláštním případem racemických sloučenin jsou kryptoracemické sloučeniny (nebo kryptoracemáty ), ve kterých má samotný krystal ruce (je enantiomorfní), přestože oba enantiomorfy obsahují v poměru 1: 1.
Pseudoracemát (někdy racemický pevný roztok )
Pokud není žádný velký rozdíl v afinitě mezi stejnými a opačnými enantiomery, pak na rozdíl od racemické sloučeniny a konglomerátu budou oba enantiomery v krystalové mřížce neuspořádaně koexistovat. Přidání malého množství jednoho enantiomeru mírně nebo vůbec nezmění teplotu tání.
Quasiracemate
Kvaziracemát je kokrystal dvou podobných, ale odlišných sloučenin, z nichž jedna je levák a druhá pravák. I když jsou chemicky odlišné, jsou stericky podobné (isosterní) a stále jsou schopné tvořit racemickou krystalickou fázi. Jeden z prvních studovaných racemátů, který provedl Pasteur v roce 1853, tvoří směs 1: 2 směsi amonné soli kyseliny (+) - vinné a bis amonné soli kyseliny (-) - jablečné ve vodě v poměru 1: 2 . Znovu zkoumané v roce 2008 jsou vytvořené krystaly tvaru činky, přičemž střední část tvoří amonný (+) - bitartarát, zatímco vnější části tvoří kvaziracemická směs amonného (+) - bitartarátu a amonného (-) - bimalátu.

Řešení

Dělení racemátu na jeho složky, čisté enantiomery, se nazývá chirální rozlišení . Existují různé metody, včetně krystalizace, chromatografie a použití enzymů . První úspěšné rozlišení racemátu provedl Louis Pasteur , který ručně oddělil krystaly konglomerátu.

Syntéza

Bez chirálního vlivu (například chirálního katalyzátoru , rozpouštědla nebo výchozího materiálu), chemická reakce, která vytvoří chirální produkt, vždy poskytne racemát. Díky tomu může být syntéza racemátu levnější a jednodušší než výroba čistého enantiomeru, protože nevyžaduje zvláštní podmínky. Tato skutečnost také vede k otázce, jak se biologická homochiralita vyvinula z toho, co se považuje za racemickou prvotní Zemi.

O činidlech racemických směsí a reakcích, které je způsobují, se říká, že nejsou „ stereospecifická " nebo „nejsou stereoselektivní " pro svou nerozhodnost v určitém stereoizomerismu . Častým scénář je, že rovinné druhů (jako je například sp 2 atom uhlíku nebo karbokationtový meziprodukt), které působí jako elektrofilu. Nukleofil bude mít 50% pravděpodobnost „zasažení“ kterékoli ze dvou stran rovinného seskupení, čímž vznikne racemická směs:

Reaccion-racemato-sin-texto.png

Racemická léčiva

Viz také: Enantiopure droga

Některé molekuly léčiv jsou chirální a enantiomery mají různé účinky na biologické entity. Mohou být prodávány jako jeden enantiomer nebo jako racemická směs. Mezi příklady patří thalidomid , ibuprofen , cetirizin a salbutamol . Adderall je nestejná směs obou enantiomerů amfetaminu . Jedna dávka amfetaminu kombinuje neutrální sulfátové soli dextroamfetaminu a amfetaminu s dextro isomerem amfetaminového sacharátu a monohydrátu D / L-amfetamin aspartátu. Racemátem je také analgetický předpis tramadol .

V některých případech (např. Ibuprofen a thalidomid ) se enantiomery in vivo přeměňují nebo racemizují . To znamená, že příprava čistého enantiomeru pro léčbu je do značné míry zbytečná. Někdy však mohou být vyráběny a prodávány vzorky obsahující čisté enantiomery za vyšší cenu v případech, kdy použití vyžaduje konkrétně jeden izomer (např. Pro stereospecifické činidlo); porovnejte omeprazol a esomeprazol . Přechod od racemického léčiva k chirálně specifickému léčivu lze provést pro lepší bezpečnostní profil nebo lepší terapeutický index. Tento proces se nazývá chirální přepínání a výsledné enantiočisté léčivo se nazývá chirální přepínání . Abychom uvedli několik příkladů, esomeprazol je chirální přepínač (±) -omeprazolu; levocetirizin je chirální přepínač (±) -cetirizinu

I když často může být aktivní pouze jeden enantiomer léčiva, existují případy, kdy je druhý enantiomer škodlivý, jako je salbutamol a thalidomid . (R) enantiomer thalidomidu je účinný proti ranní nevolnosti, zatímco (S) enantiomer je teratogenní a způsobuje vrozené vady. Vzhledem k tomu, že se droga racemizuje, nelze drogu považovat za bezpečnou pro ženy v plodném věku a její použití je přísně kontrolováno, pokud se používá k léčbě jiných nemocí.

Metamfetamin je dostupný na lékařský předpis pod značkou Desoxyn . Aktivní složkou přípravku Desoxyn je dextromethamfetamin hydrochlorid . Jedná se o pravostranný izomer metamfetaminu. Levostranný izomer metamfetaminu, levomethamfetamin , je OTC lék, který je méně centrálně působící a více periferně působící.

Wallachovo pravidlo

Wallachovo pravidlo (poprvé navržené Otto Wallachem ) uvádí, že racemické krystaly bývají hustší než jejich chirální protějšky. Toto pravidlo bylo doloženo analýzou krystalografické databáze.

Viz také

Reference