Стереохимия , раздел химии , включает в себя изучение относительного пространственного расположения атомов , образующих структуру молекул , и манипулирование ими. [1] Изучение стереохимии фокусируется на взаимоотношениях между стереоизомерами , которые по определению имеют одинаковую молекулярную формулу и последовательность связанных атомов (конституцию), но различаются геометрическим расположением атомов в пространстве. По этой причине ее также называют трехмерной химией — приставка «стерео-» означает «трехмерность». [2]
Стереохимические принципы были разработаны только после наблюдения некоторых молекулярных явлений. В 1815 году наблюдение оптической активности Жаном-Батистом Био положило начало истории органической стереохимии. Он заметил, что органические молекулы способны вращать плоскость поляризации света в растворе или в газовой фазе. [3] Несмотря на открытия Био, Луи Пастера обычно называют первым стереохимиком, который в 1842 году заметил, что соли винной кислоты , собранные из сосудов для производства вина , могут вращать плоскость поляризованного света , а соли из других источников - нет. Это свойство, единственное физическое свойство, по которому различались два типа тартратных солей, обусловлено оптической изомерией . В 1874 году Якобус Хенрикус ван 'т Хофф и Жозеф Ле Бель объяснили оптическую активность тетраэдрическим расположением атомов, связанных с углеродом. Кекуле использовал тетраэдрические модели ранее, в 1862 году, но никогда не публиковал их; Эмануэле Патерно, вероятно, знал о них, но был первым, кто нарисовал и обсудил трехмерные структуры, такие как 1,2-дибромэтан, в Giornale di Scienze Naturali ed Economiche в 1869 году . [4] Термин «хиральный» был введен лордом Кельвином. в 1904 году. Артур Робертсон Кушни , шотландский фармаколог, в 1908 году впервые предложил конкретный пример различия в биологической активности между энантиомерами хиральной молекулы, а именно. (-)-Адреналин в два раза более эффективен, чем (±)-форма, в качестве сосудосуживающего средства и в 1926 году заложил основу хиральной фармакологии/стереофармакологии [5] [6] (биологические отношения оптически изомерных веществ). Позже в 1966 году была разработана номенклатура Кана-Ингольда-Прелога или правило последовательности для присвоения абсолютной конфигурации стереогенному / хиральному центру (R- и S-обозначения) [7] и расширена для применения к олефиновым связям (E- и Z- обозначения).
Значение
Правила приоритета Кана-Ингольда-Прелога являются частью системы описания стереохимии молекулы. Они стандартным образом ранжируют атомы вокруг стереоцентра, позволяя однозначно описать относительное положение этих атомов в молекуле. Проекция Фишера — это упрощенный способ изображения стереохимии вокруг стереоцентра.
Пример талидомида
Талидомидные структуры
Стереохимия имеет важные применения в области медицины, особенно фармацевтики. Часто цитируемый пример важности стереохимии связан с катастрофой, связанной с талидомидом. Талидомид — фармацевтический препарат , впервые полученный в 1957 году в Германии, назначаемый для лечения утренней тошноты у беременных. Было обнаружено, что препарат тератогенен , вызывая серьезные генетические нарушения раннего эмбрионального роста и развития, что приводит к деформации конечностей у младенцев. Некоторые из нескольких предложенных механизмов тератогенности включают различные биологические функции энантиомеров ( R )- и ( S )-талидомида. [8] Однако в организме человека талидомид подвергается рацемизации : даже если в качестве лекарственного средства применяется только один из двух энантиомеров, другой энантиомер образуется в результате метаболизма. [9] Соответственно, неверно утверждать, что один стереоизомер безопасен, а другой тератогенен. [10] Талидомид в настоящее время используется для лечения других заболеваний, особенно рака и проказы . Строгие правила и контроль позволили избежать его использования беременными женщинами и предотвратить деформации развития. Эта катастрофа стала движущей силой требования строгого тестирования лекарств, прежде чем сделать их доступными для общественности.
угол скручивания от 0 ° до ± 90 ° называется Syn (s)
угол скручивания между ±90° и 180° называется анти (а)
угол скручивания между 30° и 150° или между -30° и -150° называется клинальным.
угол скручивания от 0 ° до 30 ° или от 150 ° до 180 ° называется перипланарным (p)
угол скручивания от 0 ° до 30 ° называется синперипланарной или син- или цис-конформацией (sp).
угол скручивания от 30° до 90° и от -30° до -90° называется синклинальным , или гош , или скосом (sc) [12]
угол закручивания от 90° до 150° и от -90° до -150° называется антиклиналью (ac).
угол скручивания от ± 150 ° до 180 ° называется антиперипланарным , анти- или транс- (ap).
Деформация кручения возникает в результате сопротивления скручиванию вокруг связи.
Типы
Атропоизомерия. Энергетическая форма аксиальной хиральности. Эта форма киральности возникает в результате дифференциального замещения связи, обычно между двумя sp²-гибридизированными атомами. [13]
Цис - транс- изомерия. Эти соединения, также называемые геометрическими изомерами, имеют разные конфигурации из-за негибкой структуры молекулы. Для того чтобы молекула имела цис-транс-изомерию, должны быть выполнены два требования: [14] 1. Вращение внутри молекулы должно быть ограничено. 2. На каждом атоме углерода с двойной связью должны находиться две неидентичные группы.
Конформационная изомерия. Эту форму изомерии также называют конформерами, вращательными изомерами и ротамерами. Конформационная изомерия возникает в результате вращения вокруг одинарной связи .
Диастереомеры. Эти стереоизомеры не являются изображениями и неидентичны. Диастереомеры возникают, когда стереоизомеры соединения имеют разные конфигурации в соответствующих стереоцентрах. [15]
Энантиомеры Стереоизомеры, которые не накладываются друг на друга и являются зеркальными отображениями. [16]
Смотрите также
В Wikiquote есть цитаты, связанные со стереохимией .
^ Основная органическая стереохимия Эрнеста Элиэля , 2001 ISBN 0471374997 ; Бернард Теста и Джон Колдуэлл Органическая стереохимия: руководящие принципы и биомедицинская значимость, 2014 ISBN 3906390691 ; Органическая стереохимия Хуа-Цзе Чжу : экспериментальные и вычислительные методы, 2015 ISBN 3527338225 ; Ласло Поппе, Михай Ногради, Йожеф Надь, Габор Хорнянски, Золтан Борос Стереохимия и стереоселективный синтез: Введение, 2016 ISBN 3527339019
^ «определение стерео-» . Словарь.com . Архивировано из оригинала 9 июня 2010 г.
^ Насипури, Д. (2021). Принципы и применение стереохимии органических соединений (4-е изд.). Нью-Дели: Нью Эйдж Интернэшнл. п. 1. ISBN978-93-89802-47-4.
^ Патерно, Эмануэле (1869). «Intorno all'azione del percloruro di fosforo sul clorale». Гиорн. наук. Нат. Экон . 5 : 117–122.
^ Смит, Сайлас В. (4 мая 2009 г.). «Хиральная токсикология: это то же самое… только другое». Токсикологические науки . 110 (1): 4–30. дои : 10.1093/toxsci/kfp097 . ISSN 1096-6080. ПМИД 19414517.
^ Паточка, Иржи; Дворжак, Алеш (31 июля 2004 г.). «Биомедицинские аспекты хиральных молекул». Журнал прикладной биомедицины . 2 (2): 95–100. дои : 10.32725/jab.2004.011 .
^ Кан, РС; Ингольд, Кристофер; Прелог, В. (апрель 1966 г.). «Спецификация молекулярной хиральности». Angewandte Chemie International Edition на английском языке . 5 (4): 385–415. дои : 10.1002/anie.196603851. ISSN 0570-0833.
^ Стивенс Т.Д., Бунде С.Дж., Филлмор Б.Дж. (июнь 2000 г.). «Механизм действия талидомида при тератогенезе». Биохимическая фармакология . 59 (12): 1489–99. дои : 10.1016/S0006-2952(99)00388-3. ПМИД 10799645.
^ Тойджес, Шон Т; Густавсон, Джеффри Л. (февраль 2018 г.). «Атропоизомерия в медицинской химии: проблемы и возможности». Будущая медицинская химия . 10 (4): 409–422. doi : 10.4155/fmc-2017-0152. ISSN 1756-8919. ПМЦ 5967358 . ПМИД 29380622.
^ «13.2: Цис-транс-изомеры (геометрические изомеры)» . Химия LibreTexts . 17 июля 2014 г. Проверено 27 ноября 2022 г.
^ Кайе, Селин; Шовело-Моашон, Лоуренс; Монтаструк, Жан-Луи; Багери, Халех; Французская ассоциация региональных центров фармаконадзора (ноябрь 2012 г.). «Профиль безопасности энантиомеров по сравнению с рацемическими смесями: это одно и то же?: Краткий отчет». Британский журнал клинической фармакологии . 74 (5): 886–889. дои : 10.1111/j.1365-2125.2012.04262.x. ПМЦ 3495153 . ПМИД 22404187.
