Введение

Преобразование оптически активного химического соединения в неактивную форму.
В химии рацемизация – это превращение оптически активного соединения в рацемическую (оптически неактивную) форму под воздействием тепла или химической реакции. В результате образуется молярное соотношение энантиомеров 1:1, которое называется рацемической смесью (то есть смесь, содержащая равное количество (+) и (-) форм). Формы, обозначаемые знаками плюс и минус, называются декстро- и левовращающими соответственно. Если энантиомеры D и L присутствуют в равных количествах, полученный образец описывается как рацемическая смесь или рацемат. Рацемизация может происходить по различным механизмам и имеет особое значение в фармакологии, поскольку различные энантиомеры могут обладать разными фармакологическими эффектами.

Стереохимия

Хиральные молекулы имеют две формы (в каждой точке асимметрии), которые различаются по своим оптическим свойствам: леворотационная форма (отрицательная форма, (−)) вращает плоскость поляризации луча света против часовой стрелки, а декстроротационная форма (положительная форма, (+)) – по часовой стрелке. Рацемизация происходит, когда одна чистая форма энантиомера превращается в равные пропорции обоих энантиомеров, образуя рацемическую смесь. Если количество декстро- и леворотационных молекул одинаково, то суммарное оптическое вращение рацемической смеси равно нулю. Энантиомеры следует отличать от диастереомеров, которые являются типом стереоизомеров с различными молекулярными структурами вокруг стереоцентра и не являются зеркальными отражениями друг друга. Частичная или полная рацемизация стереохимии в растворах является следствием механизмов SN1. Однако, если в реакции замещения происходит полная инверсия стереохимической конфигурации, то причиной является реакция SN2.

Физические свойства

В твердом состоянии рацемические смеси могут обладать физическими свойствами, отличными от физических свойств каждого из чистых энантиомеров, из-за различий в межмолекулярных взаимодействиях (см. раздел "Биологическое значение"). Переход от чистого энантиомера к рацемату может изменить его плотность, температуру плавления, растворимость, теплоту плавления, показатель преломления и спектры. Кристаллизация рацемата может приводить к образованию отдельных (+) и (-) форм или единого рацемического соединения. Однако в жидком и газообразном состояниях рацемические смеси демонстрируют физические свойства, идентичные или близкие к физическим свойствам их чистых энантиомеров.

Биологическое значение

В целом, большинство биохимических реакций стереоселективны, поэтому только один стереоизомер образует целевой продукт, в то время как другой просто не участвует или может вызывать побочные эффекты. Важно отметить, что L-форма аминокислот и D-форма сахаров (преимущественно глюкозы) обычно являются биологически активными формами. Это связано с тем, что многие биологические молекулы являются хиральными, и, следовательно, реакции между конкретными энантиомерами приводят к образованию чистых стереоизомеров. Также примечательно, что все аминокислотные остатки существуют в L-форме. Однако бактерии производят D-аминокислотные остатки, которые полимеризуются в короткие полипептиды, обнаруживаемые в бактериальных клеточных стенках. Эти полипептиды менее подвержены расщеплению пептидазами и синтезируются бактериальными ферментами, а не посредством трансляции мРНК, которая обычно производит L-аминокислоты. Рацемизация фармацевтических препаратов может происходить in vivo. Талидомид в виде (R)-энантиомера эффективен против утреннего недомогания, в то время как (S)-энантиомер является тератогенным, вызывая пороки развития при приеме в первом триместре беременности. Если человеку вводят только один энантиомер, впоследствии обе формы могут быть обнаружены в сыворотке крови. Поэтому препарат не считается безопасным для использования женщинами детородного возраста, и, хотя он имеет и другие применения, его использование строго контролируется. Талидомид может применяться для лечения множественной миеломы. Другой широко используемый препарат – ибупрофен, который обладает противовоспалительным действием только в виде одного энантиомера, в то время как другой биологически инертен. Аналогично, (S)-стереоизомер гораздо более активен, чем (R)-энантиомер циталопрама (Celexa), антидепрессанта, ингибирующего обратный захват серотонина. Таким образом, конфигурационная стабильность лекарственного средства представляет интерес для фармацевтических исследований. Производство и анализ энантиомеров в фармацевтической промышленности изучаются в области хирального органического синтеза.

Открытие оптической активности

В 1843 году Луи Пастер обнаружил оптическую активность паравинной, или рацемической, кислоты, содержащейся в виноградном вине. Ему удалось разделить два энантиомерных кристалла, вращавших поляризованный свет в противоположных направлениях.