Кіріспе

Оптикалық белсенді химиялық қосылысты белсенді емес түрге айналдыру. Химияда рацемизация – жылу немесе химиялық реакция арқылы оптикалық белсенді қосылысты рацемиялық (оптикалық белсенді емес) түрге айналдыру процесі. Бұл энантиомерлердің 1:1 молярлық қатынасын құрады және рацемиялық қоспа деп аталады (яғни (+) және (-) формалары тең мөлшерде болады). Плюс және минус формалары тиісінше декстроротация және леворотация деп аталады. D және L энантиомерлері тең мөлшерде кездессе, нәтижедегі үлгі рацемиялық қоспа немесе рацемат деп сипатталады. Рацемизация түрлі механизмдер арқылы жүзеге асуы мүмкін, және фармакологияда ерекше маңызға ие, себебі әртүрлі энантиомерлер әртүрлі фармацевтикалық әсерлерге ие болуы мүмкін.

Стереохимия

Хиральды молекулалардың екі түрі бар (асимметрияның әрбір нүктесінде), олардың оптикалық қасиеттерімен ерекшеленеді: леворотаторлық форма (—) жарық сәулесінің поляризация жазықтығында сағат тіліне қарсы бұрылады, ал декстроротаторлық форма (+) жарық сәулесінің поляризация жазықтығында сағат тілімен бұрылады. Рацемизация – энантиомердің бір таза түрі екі энантиомердің тең пропорциясына айналып, рацемат түзілген кезде жүзеге асады. Декстро- және леворотаторлық молекулалардың саны тең болғанда, рацематтың жалқы оптикалық бұрылуы нөлге тең болады. Энантиомерлерді диастереомерлерден ажырату қажет, олар стереоцентр маңындағы әртүрлі молекулалық құрылымға ие стереоизомерлердің бір түрі және бір-бірінің күзгүлік бейнесі емес. Ерітінділерде стереохимияның жартылай немесе толық рацемизациясы SN1 механизмдерінің нәтижесі болып табылады. Дегенмен, орын ауыстыру реакциясында стереохимиялық конфигурацияның толық инверсиясы болған жағдайда, SN2 реакциясы жауапты болады.

Физикалық қасиеттері

Қатты күйде рацемиялық қоспалар молекулааралық өзара әрекеттесудің өзгешелігіне байланысты, таза энантиомерлердің ешқайсысынан өзгеше физикалық қасиеттерге ие болуы мүмкін (Биологиялық маңызы бөлімін қараңыз). Таза энантиомерден рацематқа өту оның тығыздығын, балқу температурасын, ерігіштігін, балқу энталпиясын, жарық сыну көрсеткішін және оның түрлі спектрлерін өзгерте алады. Рацематтың кристалдануы жеке (+) және (-) түрлерге немесе бір рацемиялық қосылысқа алып келуі мүмкін. Дегенмен, сұйық және газ күйінде рацемиялық қоспалар таза энантиомерлеріне толық немесе дерлік толық сәйкес физикалық қасиеттермен мінездейді.

Биологиялық маңызы

Жалпы алғанда, көптеген биохимиялық реакциялар стереоселективті болып келеді, сондықтан қажетті өнімді тек бір стереоизомер ғана шығарады, ал екіншісі қатыспайды немесе қосымша әсерлер тудыруы мүмкін. Маңыздысы, аминқышқылдарының L формасы және қанттардың D формасы (көбінесе глюкоза) әдетте биологиялық белсенді форма болып табылады. Бұл көптеген биологиялық молекулалардың хиральды болуына байланысты, сондықтан нақты энантиомерлер арасындағы реакциялар таза стереоизомерлерді құрайды. Барлық аминқышқылдарының қалдықтары L формасында болатыны да назарға лайық. Дегенмен, бактериялар D аминқышқылдарының қалдықтарын шығарады, олар бактериялық жасуша қабырғаларында кездесетін қысқа полипептидтерге полимерленеді. Бұл полипептидтер пептидазалармен нашар қорытылады және әдетте L аминқышқылдарын өндіретін мРНҚ трансляциясының орнына бактериялық ферменттермен синтезделеді. Фармацевтикалық препараттардың рацемизациясы тірі организмде (in vivo) жүруі мүмкін. Талидомидтің (R) энантиомері таңғы лоқсығуға қарсы тиімді, ал (S) энантиомері тератогенді, жүктіліктің бірінші триместрінде қолданғанда туа біткен кемістіктерге себеп болады. Егер адамға тек бір энантиомер енгізілсе, кейін қан сарысуында екі форманың да табылуы мүмкін. Сондықтан, бұл препаратты бала тудыру жасындағы әйелдерге қолдану қауіпсіз деп есептелмейді және басқа да қолданылулары бар болғанымен, оның қолданылуы қатаң түрде бақыланады. Талидомид көп миеломаны емдеу үшін қолданылады. Тағы бір кеңінен қолданылатын препарат – ибупрофен, ол тек бір энантиомер түрінде қабынуға қарсы әсер етеді, ал екіншісі биологиялық белсенді емес. Сонымен қатар, серотонинді кері қабылдауды тежеуші антидепрессант болып табылатын циталопрамның (Celexa) (S) стереоизомері (R) энантиомерінен әлдеқайда белсенді. Дәрілік заттардың конфигурациялық тұрақтылығы, демек, фармацевтикалық зерттеулер үшін маңызды мәселе болып табылады. Фармацевтикалық өнеркәсіпте энантиомерлерді өндіру және талдау хиральды органикалық синтез саласында зерттеледі.

Оптикалық белсенділіктің ашылуы

1843 жылы Луи Пастер жүзім шарабында кездесетін паратартар қышқылының немесе рацемиялық қышқылының оптикалық активтілігін ашты. Ол поляризацияланған жарықты қарама-қарсы бағытта бұратын екі энантиомер кристаллын бөліп алуға қол жеткізді.