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.
In chemistry, racemization is a conversion, by heat or by chemical reaction, of an optically active compound into a racemic (optically inactive) form. This creates a 1:1 molar ratio of enantiomers and is referred to as a racemic mixture (i. e. contain equal amount of (+) and (−) forms). Plus and minus forms are called Dextrorotation and levorotation. The D and L enantiomers are present in equal quantities, the resulting sample is described as a racemic mixture or a racemate. Racemization can proceed through a number of different mechanisms, and it has particular significance in pharmacology as different enantiomers may have different pharmaceutical effects.
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.