В химии энантиомер ( /ɪˈnænti.əmər, ɛ-, -oʊ-/ [1] ih-NAN-tee-ə-mər ; от древнегреческого ἐνάντιος (enántios) «противоположный» и μέρος (méros) « часть» ) – также называемый оптическим изомером , [2] антиподом , [3] или оптическим антиподом [4] – является одним из двух стереоизомеров , которые не накладываются на свое собственное зеркальное изображение . Энантиомеры во многом похожи на правую и левую руки; без зеркального отображения одной из них руки невозможно наложить друг на друга. [5] Никакая переориентация в трех пространственных измерениях не позволит четырем уникальным группам хирального углерода (см. хиральность ) выстроиться точно. Количество стереоизомеров в молекуле можно определить по количеству имеющихся в ней хиральных атомов углерода.
Молекула с киральностью вращает плоскополяризованный свет. [6] Смесь равных количеств каждого энантиомера, рацемическая смесь или рацемат , не вращает свет. [7] [8] [9]
Стереоизомеры включают как энантиомеры, так и диастереомеры . Диастереомеры, как и энантиомеры, имеют одну и ту же молекулярную формулу и не могут накладываться друг на друга; однако они не являются зеркальным отражением друг друга. [10]
Существует три общих соглашения об именах для указания одного из двух энантиомеров (абсолютная конфигурация ) данной хиральной молекулы: система R/S основана на геометрии молекулы; система (+)- и (-)- (также записанная с использованием устаревших эквивалентов d- и l- ) основана на ее свойствах оптического вращения ; а система D / L основана на взаимосвязи молекулы с энантиомерами глицеральдегида .
Система R/S основана на геометрии молекулы относительно хирального центра. [11] Система R/S назначается молекуле на основе правил приоритета, установленных правилами приоритета Кана-Ингольда-Прелога , в которых группе или атому с наибольшим атомным номером присваивается наивысший приоритет, а группе или атому с наибольшим атомным номером присваивается наивысший приоритет, а группе или атому с наименьшему атомному номеру присваивается самый низкий приоритет.
(+)- и (-)- используются для указания оптического вращения молекулы — направления, в котором молекула вращается в поляризованном свете. [12] Когда молекула обозначается правовращающей, она вращает плоскость поляризованного света по часовой стрелке и также может быть обозначена как (+). [11] Когда он обозначается как левовращающий, он вращает плоскость поляризованного света против часовой стрелки и также может обозначаться как (-). [11]
Латинские слова, обозначающие «левый» , — это laevus и sinister , а слово, обозначающее « правый» , — «dexter » (или «rectus» в смысле «правильный» или «добродетельный»). Английское слово right является родственником слова «прямая мышца» . Отсюда и произошли обозначения D/L и R/S, а также использование префиксов лево- и декстро- в общих названиях .
Приставка ar- от латинского Recto (справа) применяется к правосторонней версии; es- от латинского зловещего (слева) до левосторонней молекулы. [ нужна ссылка ] Пример: кетамин , аркетамин , эскетамин .
Асимметричный атом называется центром хиральности , [13] [14] разновидностью стереоцентра . Центр киральности также называют киральным центром [15] [16] [17] или асимметричным центром . [18] Некоторые источники используют термины «стереоцентр» , «стереогенный центр» , «стереогенный атом » или «стереоген» для обозначения исключительно центра хиральности, [15] [17] [19], в то время как другие используют эти термины в более широком смысле для обозначения также центров, которые приводят к диастереомерам. (стереоизомеры, не являющиеся энантиомерами). [14] [20] [21]
Соединения, содержащие ровно один (или любое нечетное число) асимметричных атомов, всегда являются хиральными. Однако соединения, которые содержат четное количество асимметричных атомов, иногда лишены хиральности , поскольку они расположены зеркально-симметричными парами, и известны как мезосоединения . Например, мезовинная кислота (показана справа) имеет два асимметрических атома углерода, но не проявляет энантиомерии, поскольку существует зеркальная плоскость симметрии. И наоборот, существуют формы киральности, которые не требуют асимметричных атомов, такие как аксиальная , плоская и спиральная хиральность. [15] : стр. 3
Несмотря на то, что хиральная молекула лишена отражательной (C s ) и роторно-отражательной симметрии (S 2 n ), она может иметь и другие молекулярные симметрии , и ее симметрия описывается одной из киральных точечных групп : C n , D n , T, O, или I. Например, перекись водорода является хиральной и имеет C 2 (двойную вращательную) симметрию. Обычным хиральным случаем является точечная группа C 1 , что означает отсутствие симметрии, как в случае молочной кислоты.
-Mecoprop_Enantiomers_Formulae.png/1280px-(%C2%B1)-Mecoprop_Enantiomers_Formulae.png)
Примером такого энантиомера является седативный препарат талидомид , который продавался в ряде стран мира с 1957 по 1961 год. Он был снят с продажи, когда было обнаружено, что он вызывает врожденные дефекты. Один энантиомер вызывал желаемый седативный эффект, тогда как другой, неизбежно [22] присутствующий в равных количествах, вызывал врожденные дефекты. [23]
Гербицид мекопроп представляет собой рацемическую смесь, гербицидной активностью которой обладает ( R )-(+)-энантиомер («Мекопроп-П», « Дуплозан КВ»). [24]
Другим примером являются антидепрессанты эсциталопрам и циталопрам . Циталопрам представляет собой рацемат [смесь ( S )-циталопрама и ( R )-циталопрама 1:1]; Эсциталопрам [( S )-циталопрам] представляет собой чистый энантиомер. Дозировки эсциталопрама обычно составляют половину доз циталопрама. Здесь (S)-циталопрам называется хиральным переключателем циталопрама.
Энантиочистые соединения состоят только из одного из двух энантиомеров. Энантиочистота имеет практическое значение, поскольку такие композиции обладают улучшенной терапевтической эффективностью. [25] Переход от рацемического препарата к энантиочистому препарату называется хиральным переключением . Во многих случаях энантиомеры оказывают различное действие. Одним из случаев является случай пропоксифена. Энантиомерная пара пропоксифена продается отдельно компанией Eli Lilly and Company. Одним из партнеров является декстропропоксифен , анальгетик (Дарвон), а другой называется левопропоксифен , эффективное противокашлевое средство (Новрад). [26] [27] Интересно отметить, что торговые названия препаратов, ДАРВОН и НОВРАД, также отражают химическое зеркальное соотношение. В других случаях клиническая польза для пациента может отсутствовать. В некоторых юрисдикциях одноэнантиомерные препараты патентуются отдельно от рацемической смеси. [28] Возможно, активен только один из энантиомеров. Или, возможно, оба активны, и в этом случае разделение смеси не имеет объективных преимуществ, но продлевает патентоспособность препарата. [29]
При отсутствии эффективной энантиомерной среды ( прекурсора , хирального катализатора или кинетического разделения ) разделение рацемической смеси на энантиомерные компоненты невозможно, хотя некоторые рацемические смеси самопроизвольно кристаллизуются в виде рацемического конгломерата , в котором кристаллы энантиомеры физически разделены и могут быть разделены механически. Однако большинство рацематов образуют кристаллы, содержащие оба энантиомера в соотношении 1:1.
В своей новаторской работе Луи Пастер смог выделить изомеры тартрата натрия-аммония, поскольку отдельные энантиомеры кристаллизуются отдельно от раствора. Конечно, образуется равное количество энантиоморфных кристаллов, но два типа кристаллов можно разделить пинцетом. Такое поведение необычно. Менее распространенный метод — самодиспропорционирование энантиомеров .
Вторая стратегия — асимметричный синтез: использование различных методов для получения желаемого соединения с высоким энантиомерным избытком . Охваченные методы включают использование хиральных исходных материалов ( синтез хирального пула ), использование хиральных вспомогательных веществ и хиральных катализаторов, а также применение асимметричной индукции . Использование ферментов ( биокатализа ) также может привести к получению желаемого соединения.
Третья стратегия - это энантиоконвергентный синтез, синтез одного энантиомера из рацемического предшественника с использованием обоих энантиомеров. При использовании хирального катализатора оба энантиомера реагента приводят к образованию одного энантиомера продукта. [30]
Энантиомеры не могут быть выделены, если существует доступный путь рацемизации (взаимное превращение энантиоморфов с образованием рацемической смеси) при данной температуре и временном масштабе. Например, амины с тремя различными заместителями являются хиральными, но, за некоторыми исключениями (например, замещенными N -хлоразиридинами), они быстро подвергаются « зонтичной инверсии » при комнатной температуре, что приводит к рацемизации. Если рацемизация происходит достаточно быстро, молекулу часто можно рассматривать как ахиральную усредненную структуру.
Фактически каждый энантиомер в паре имеет одинаковую энергию. Однако теоретическая физика предсказывает, что из-за нарушения четности слабого ядерного взаимодействия (единственной силы в природе, которая может «отличать лево от права») на самом деле существует небольшая разница в энергии между энантиомерами (порядка 10–12 эВ ) . или 10-10 кДж/моль или менее) из-за механизма слабого нейтрального тока . Эта разница в энергии намного меньше, чем изменения энергии, вызванные даже небольшими изменениями в молекулярной конформации, и слишком мала, чтобы ее можно было измерить с помощью современной технологии, и поэтому химически несущественна. [16] [31] [32] В том смысле, который используют физики элементарных частиц, «истинный» энантиомер молекулы, который имеет точно такое же содержание массы-энергии, что и исходная молекула, представляет собой зеркальное отображение, которое также построено из антивещество (антипротоны, антинейтроны и позитроны). [16] В этой статье термин «энантиомер» используется только в химическом смысле соединений обычного вещества, которые не накладываются на свое зеркальное отражение.
Квазиэнантиомеры — это молекулярные виды, которые не являются строго энантиомерами, но ведут себя так, как если бы они были таковыми. В квази -энантиомерах отражается большая часть молекулы; однако атом или группа внутри молекулы заменяются аналогичным атомом или группой. [33] Квази -энантиомеры также можно определить как молекулы, которые могут стать энантиомерами, если атом или группа в молекуле заменяются. [34] Примером квази -энантиомеров могут быть ( S )-бромбутан и ( R )-йодбутан. В нормальных условиях энантиомеры ( S )-бромбутана и ( R )-йодбутана будут ( R) -бромбутаном и ( S )-йодбутаном соответственно. Квази -энантиомеры также могут образовывать квази-рацематы, которые подобны нормальным рацематам (см. Рацемическая смесь ) тем, что они образуют равную смесь квази -энантиомеров. [33]
Хотя квазиэнантиомеры не считаются настоящими энантиомерами, соглашение об именах квазиэнантиомеров также следует той же тенденции, что и энантиомеры, если рассматривать конфигурации ( R ) и ( S ), которые рассматриваются на геометрической основе (см. Правила приоритета Кана-Ингольда-Прелога ).
Квазиэнантиомеры находят применение в параллельном кинетическом разрешении . [35]
{{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )
СМИ, связанные с энантиомерами, на Викискладе?