Стереохимия , раздел химии , изучает пространственное расположение атомов , которые формируют структуру молекул и их манипуляции. [1] Изучение стереохимии фокусируется на отношениях между стереоизомерами , которые по определению имеют одинаковую молекулярную формулу и последовательность связанных атомов (конституцию), но различаются геометрическим расположением атомов в пространстве. По этой причине она также известна как 3D- химия — приставка «стерео-» означает «трехмерность». [2]
Только после наблюдений за определенными молекулярными явлениями были разработаны стереохимические принципы. В 1815 году наблюдение Жана-Батиста Био за оптической активностью ознаменовало начало истории органической стереохимии. Он заметил, что органические молекулы способны вращать плоскость поляризованного света в растворе или в газообразной фазе. [3] Несмотря на открытия Био, Луи Пастера обычно называют первым стереохимиком, так как в 1842 году он заметил, что соли винной кислоты, собранные из сосудов для производства вина , могут вращать плоскость поляризованного света , но соли из других источников этого не делают. Это было единственное физическое свойство, которое отличалось между двумя типами солей винной кислоты, что обусловлено оптической изомерией . В 1874 году Якобус Генрикус ван 'т Хофф и Жозеф Ле Бель объяснили оптическую активность с точки зрения тетраэдрического расположения 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, например, 1,2-дибромэтана в « Giornale di Scienze Naturali ed Economiche» в 1869 году. [4] Термин «хиральный» был введен лордом Кельвином в 1904 году . Артур Робертсон Кашни , шотландский фармаколог, в 1908 году первым предложил определенный пример разницы в биологической активности между энантиомерами хиральной молекулы, а именно: (-)-адреналин в два раза сильнее, чем (±)-форма, как вазоконстриктор, и в 1926 году заложил основу хиральной фармакологии/стереофармакологии [5] [6] (биологические отношения оптически изомерных веществ). Позднее, в 1966 году, была разработана номенклатура Кана-Ингольда-Прелога или правило последовательности для присвоения абсолютной конфигурации стереогенному /хиральному центру (обозначения R и S) [7] и расширена для применения к олефиновым связям (обозначения E и Z).
Значение
Правила приоритета Кана–Ингольда–Прелога являются частью системы описания стереохимии молекулы. Они ранжируют атомы вокруг стереоцентра стандартным образом, позволяя однозначно описывать относительное положение этих атомов в молекуле. Проекция Фишера — это упрощенный способ изображения стереохимии вокруг стереоцентра.
Пример талидомида
Структуры талидомида
Стереохимия имеет важные приложения в области медицины, особенно фармацевтики. Часто цитируемый пример важности стереохимии связан с катастрофой с талидомидом. Талидомид — это фармацевтический препарат , впервые полученный в 1957 году в Германии, назначаемый для лечения утренней тошноты у беременных женщин. Было обнаружено, что препарат является тератогенным , вызывая серьезные генетические повреждения раннего эмбрионального роста и развития, что приводит к деформации конечностей у младенцев. Некоторые из нескольких предложенных механизмов тератогенности включают различную биологическую функцию для энантиомеров ( R )- и ( S )-талидомида. [8] Однако в организме человека талидомид подвергается рацемизации : даже если только один из двух энантиомеров вводится в качестве препарата, другой энантиомер образуется в результате метаболизма. [9] Соответственно, неверно утверждать, что один стереоизомер безопасен, а другой тератогенен. [10] В настоящее время талидомид используется для лечения других заболеваний, в частности рака и проказы . Были введены строгие правила и меры контроля, чтобы избежать его использования беременными женщинами и предотвратить деформации развития. Эта катастрофа стала движущей силой, требующей строгого тестирования лекарств перед тем, как сделать их доступными для общественности.
Атропоизомерия Энергетическая форма аксиальной хиральности. Эта форма хиральности происходит от дифференциального замещения вокруг связи, обычно между двумя sp²-гибридизованными атомами. [13]
Цис - транс -изомерия Также называемые геометрическими изомерами, эти соединения 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 быть две неидентичные группы.
Конформационная изомерия Эту форму изомерии также называют конформерами, ротационными изомерами и ротамерами. Конформационная изомерия возникает в результате вращения вокруг одинарной связи .
Диастереомеры Эти стереоизомеры не являются изображениями, не идентичны. Диастереомеры возникают, когда стереоизомеры соединения имеют различные конфигурации в соответствующих стереоцентрах. [15]
Энантиомеры Стереоизомеры, которые являются несовмещаемыми, зеркальными изображениями. [16]
Смотрите также
В Викицитатнике 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 Хорнянский, Золтан Борос Стереохимия и стереоселективный синтез: Введение , 2016 ISBN 3527339019
^ "определение стерео-". Dictionary.com . Архивировано из оригинала 2010-06-09.
^ Насипури, Д. (2021). Принципы и применение стереохимии органических соединений (4-е изд.). Нью-Дели: New Age International. стр. 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. (2009-05-04). «Хиральная токсикология: это одно и то же…только другое». Toxicological Sciences . 110 (1): 4–30. doi : 10.1093/toxsci/kfp097 . ISSN 1096-6080. PMID 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 .
^ Cahn, RS; Ingold, Christopher; Prelog, V. (апрель 1966 г.). «Спецификация молекулярной хиральности». Angewandte Chemie International Edition на английском языке . 5 (4): 385–415. doi :10.1002/anie.196603851. ISSN 0570-0833.
^ Stephens TD, Bunde CJ, Fillmore BJ (июнь 2000 г.). «Механизм действия при тератогенезе талидомида». Биохимическая фармакология . 59 (12): 1489–99. doi :10.1016/S0006-2952(99)00388-3. PMID 10799645.
^ Teo SK, Colburn WA, Tracewell WG, Kook KA, Stirling DI, Jaworsky MS, Scheffler MA, Thomas SD, Laskin OL (2004). «Клиническая фармакокинетика талидомида». Clin. Pharmacokinet . 43 (5): 311–327. doi :10.2165/00003088-200443050-00004. PMID 15080764. S2CID 37728304.
^ Toenjes, Sean T; Gustafson, Jeffrey L (февраль 2018 г.). «Атропоизомерия в медицинской химии: проблемы и возможности». Future Medicinal Chemistry . 10 (4): 409–422. doi :10.4155/fmc-2017-0152. ISSN 1756-8919. PMC 5967358. PMID 29380622 .
^ Кайе, Селин; Шовело-Моашон, Лоренс; Монтастрюк, Жан-Луи; Багери, Халех; Французская ассоциация региональных центров фармаконадзора (ноябрь 2012 г.). «Профиль безопасности энантиомеров против рацемических смесей: это одно и то же?: краткий отчет». British Journal of Clinical Pharmacology . 74 (5): 886–889. doi :10.1111/j.1365-2125.2012.04262.x. PMC 3495153 . PMID 22404187.
