Что такое рацемат в химии
Содержание
Этимология
Номенклатура
Использование d и l категорически не рекомендуется ИЮПАК. [3] [4]
Свойства
Рацемат оптически неактивный, что означает, что нет чистого вращения плоскости-поляризованный свет. Хотя два энантиомера вращают плоско-поляризованный свет в противоположных направлениях, вращения отменяются, поскольку они присутствуют в равных количествах.
В отличие от двух чистых энантиомеров, которые имеют идентичные физические свойства, за исключением направления вращения плоско-поляризованного света, рацемат иногда имеет свойства, отличные от любого из чистых энантиомеров. Чаще всего встречаются разные точки плавления, но разные растворимости и точки кипения также возможны.
Кристаллизация
разрешение
Разделение рацемата на его компоненты, чистые энантиомеры, называется хиральное разрешение. Существуют различные методы, в том числе кристаллизация, хроматография, и использование ферменты. Первое успешное разделение рацемата было выполнено Луи Пастер, которые вручную разделяли кристаллы конгломерата.
Синтез
Без хиральный влияние (например, хиральный катализатор, растворитель или исходный материал), химическая реакция, в результате которой образуется хиральный продукт, всегда будет давать рацемат. Это может сделать синтез рацемата дешевле и проще, чем получение чистого энантиомера, поскольку для этого не требуются специальные условия. Этот факт также приводит к вопросу о том, как биологические гомохиральность развился на том, что считается рацемической первозданной землей.
Реагенты и реакции, в результате которых образуются рацемические смеси, считаются «не стереоспецифический» или нет стереоселективный»за их нерешительность в конкретном стереоизомерия. Часто встречается сценарий плоских видов (например, sp 2 атом углерода или карбокатион промежуточный), действующий как электрофил. Нуклеофил с вероятностью 50% «поразит» любую из двух сторон плоской группировки, образуя таким образом рацемическую смесь:
Рацемические фармацевтические препараты
В некоторых случаях (например, ибупрофен и талидомид) энантиомеры взаимопревращаются или рацемизировать in vivo. Это означает, что приготовление чистого энантиомера для лечения в значительной степени бессмысленно. Однако иногда образцы, содержащие чистые энантиомеры, могут быть изготовлены и проданы по более высокой цене в случаях, когда для использования требуется конкретно один изомер (например, для стереоспецифический реагент); сравнить омепразол и эзомепразол.
Хотя часто только один энантиомер лекарства может быть активным, бывают случаи, когда другой энантиомер является вредным, например сальбутамол [8] и талидомид. (R) энантиомер талидомида эффективен против утреннего недомогания, в то время как (S) энантиомер является тератогенным, вызывая врожденные дефекты. Поскольку препарат рацемизируется, препарат нельзя считать безопасным для применения женщинами детородного возраста. [9] и его использование строго контролируется при использовании для лечения других болезней. [10]
Правило Валлаха
Правило Валлаха (впервые предложено Отто Валлах) утверждает, что рацемический кристаллы имеют тенденцию быть плотнее, чем их хиральный аналоги. [11] Это правило подтверждено кристаллографическим анализом базы данных. [12]
Рацемат
Почти всегда при протекании реакций с участием хирального центра образуется именно такая смесь (исключение — стереоспецифичные и стереоселективные реакции).
Примечания
Полезное
Смотреть что такое «Рацемат» в других словарях:
рацемат — сущ., кол во синонимов: 2 • смесь (89) • энантиомер (2) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин. 2013 … Словарь синонимов
рацемат — Смесь равных количеств лево и правовращающих поляризованный свет молекул [http://www.dunwoodypress.com/148/PDF/Biotech Eng Rus.pdf] Тематики биотехнологии EN racemate … Справочник технического переводчика
рацемат — racematas statusas T sritis chemija apibrėžtis Optiškai neaktyvus enantiomerų lygių dalių mišinys. atitikmenys: angl. racemate; racemic compound; racemic form; racemic mixture rus. рацемат; рацемическая смесь; рацемическая форма; рацемическое… … Chemijos terminų aiškinamasis žodynas
рацемат — рацемат, рацематы, рацемата, рацематов, рацемату, рацематам, рацемат, рацематы, рацематом, рацематами, рацемате, рацематах (Источник: «Полная акцентуированная парадигма по А. А. Зализняку») … Формы слов
рацемат — а, ч., спец. Суміш рівних кількостей енантіомерів … Український тлумачний словник
рацемат — рацемическая смесь … Cловарь химических синонимов I
квази-рацемат — kvaziracematas statusas T sritis chemija apibrėžtis Racematas, susidedantis ne iš to paties junginio enantiomerų. atitikmenys: angl. quasi racemate rus. квази рацемат … Chemijos terminų aiškinamasis žodynas
рацемическая смесь — рацемат … Cловарь химических синонимов I
Рацемическая смесь — Рацемат соединение энантиомеров в кристаллическую структуру, имеющую макроскопические параметры, отличные от обоих энантиомеров [1]. Пример виноградная кислота Нередко это понятие отождествляют с рацемической смесью, что является грубой ошибкой … Википедия
Ментол — Ментол … Википедия
РАЦЕМАТЫ
Образование молекулярных соед. возможно также при смешении энантиомерных форм родственных соед., напр. (+)-хлорянтарной и (—)-бромянтарной к-т. Подобные раце-мич. соед. наз. квазирацематами. Их диаграммы плавления сходны с диаграммами истинных рацематов, но обе половины кривой состояния уже не симметричны и максимум может и не соответствовать энантиомерному составу 1:1. Образование квазирацематов используют для определения конфигурации молекул (метод квазирацематов). Метод заключается в том, что по характеру диаграммы плавления смеси двух в-в определяют, являются ли они энантиомерами или нет, и, если конфигурация молекул одного из в-в известна, устанавливают конфигурацию молекул второго. Об образовании квазирацематов можно судить также по ИК спектрам и рентгенограммам, к-рые, как и у истинных рацематов, отличны от спектров и рентгенограмм простых смесей двух в-в.
Р ацематы образуются при любом хим. синтезе, приводящем к хиральным молекулам, если исходные компоненты р-ции были оптически неактивны и синтез проводился в отсутствие асимметризующих воздействий (хиральный катализатор, облучение циркулярно-поляризованным светом и др.; см. Асимметрический синтез). Это обусловлено тем, что переходные состояния при образовании энантиомеров энергетически эквивалентны. При наличии асимметризующих факторов переходные состояния диастереомерны, их энергия различна, поэтому возможно образование предпочтительно одного из двух энантиомеров конечного продукта.
Рацемизация. Рацематы образуются также в результате рацемизации оптически активных соед., представляющей собой обратимое взаимное превращение энантиомеров. В отсутствие асимметризующих факторов этот процесс заканчивается установлением динамич. равновесия между ними при строго эквимолярном содержании энантиомеров в смеси.
Скорость и механизм рацемизации зависят от строения оптически активных соед. и от условий ее проведения (т-ры, р-рителя, катализатора и т.д.). Кинетически рацемизация обычно описывается ур-нием для необратимой р-ции первого порядка:
Хим. рацемизация наиб. характерна для соед., в молекулах к-рых хиральным центром является асим. атом углерода. Отрыв от него одного из заместителей приводит к образованию плоского карбкатиона и потере хиральности. Послед. присоединение этого же заместителя происходит равновероятно с обеих сторон плоскости карбкатиона, что приводит к образованию рацематов. По др. механизму рацемизация протекает с промежут. образованием карбаниона, напр. в результате отрыва протона от асим. атома С. При термич. рацемизации в результате гомолитич. разрыва связи асим. атома с одним из заместителей образуются радикалы, к-рые при рекомбинации дают рацематы.
Легкость протекания рацемизации зависит от типа функц. групп, связанных с асим. атомом С. Легко рацемизуются соед., содержащие в качестве заместителей при асим. центре атом водорода и сильный акцептор электронов, напр, молочная к-та СН 3 —СНОН—СООН, дикетоны R—СО— —CHR’—COR : и т.д. У дикетонов хиралъность исчезает в результате енолизации. В то же время соед., не склонные к образованию промежут. ионов или таутомерным превращениям, напр. алканы, устойчивы к рацемизации. Существуют соед., к-рые хотя и образуют промежут. ионы, не подвергаются рацемизации, вследствие стерич. особенностей структуры их молекул. Напр., у производных камфоры или триптицена, в молекулах к-рых асим. атом С находится в вершине циклич. системы, присоединение протона к промежут. карбаниону возможно только со стороны, противоположной циклич. системе:
Без к.-л. хим. р-ций происходит рацемизация соед. с мол. асимметрией. Такие соед. рацемизуются в результате взаимного перемещения (гелицены) или вращения (производные дифенила) отдельных фрагментов их молекул. Если энергетич. барьер этих перемещений достаточно высок, соед. устойчивы к рацемизации (производные дифенила с четырьмя объемистыми заместителями в орто-положениях или гелицены, содержащие в молекуле более шести конденсир. колец), в случае же малых энергетич. барьеров рацемизация осуществляется достаточно легко.
В то же время высокая специфичность действия ферментов ограничивает их использование, поскольку мн. синтетические рацематы, не встречающиеся в живой природе, не подвергаются воздействию ферментов. Др. недостаток этого метода-относительно высокая стоимость ферментов. Тем не менее расщепление рацематов с использованием иммобилизованных на нерастворимом носителе ферментов реализовано в пром. произ-ве оптически активных аминокислот.
Для расщепления рацемич. к-т используют их способность образовывать соли с хиральными прир. и синтетич. основаниями-хинином, бруцином, стрихнином, 1-фенилэтилами-ном и др. Рацемич. спирты расщепляют путем превращения их в кислые эфиры дикарбоновых к-т (напр., фталевой) с послед. кристаллизацией в виде диастереомерной соли с хиральным амином.
Метод расщепления рацематов путем превращения их в диастереомеры не пригоден для орг. соед., не имеющих функц. групп, напр. для алканов. Для расщепления таких рацематов используют, напр., способность мочевины к образованию клатратов. Мочевина кристаллизуется в хиральной гексагон. решетке, в цилиндрич. каналах к-рой могут размещаться молекулы «гостя». Кристаллы мочевины м. б. как право-, так и лево вращающими, поэтому клатраты мочевины с энантиомера-ми приобретают характер диастереомеров. Разделение рацематов по этому способу осуществляют внесением затравки одного из энантиомеров в насыщ. р-р мочевины и рацематов, выпадающие при этом кристаллы клатрата обогащены именно внесенным энантиомером.
Асим. превращениями наз. процессы, в ходе к-рых происходит превращение рацематов в смесь энантиомеров с преобладанием одного из них. К асим. превращениям относится, в частности, мутаротация моносахаридов. Этот метод наз. также ретрорацемизацией.
РАЦЕМИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ
Рацемические соединения (син. рацемические смеси, рацематы) — химические вещества, представляющие собой эквимолярную смесь двух энантиомеров (т. е. изомеров, один из которых является зеркальным изображением другого), каждый из которых обладает оптической активностью; другими словами — это химические вещества, представляющие собой эквимолярную смесь оптических антиподов. Проблема разделения рацемических смесей весьма важна для фармакологии, т. к. часто терапевтической активностью обладает лишь один из изомеров. Напр., L-ДОФА успешно применяют при лечении паркинсонизма (см. Диоксифенилаланин), тогда как у D-ДОФА фармакологической активности нет, L-форма сарколизина активна при лечении некоторых видов злокачественных опухолей, D-форма — неактивна и т. д. Сами Рацемические соединения не обладают оптической активностью, т. к. из составляющих их энантиомеров один вращает плоскость поляризации света вправо, другой — влево. Рацемические соединения невозможно разделить без использования так наз. хиральных реагентов, т. е. соединений, способных по-разному реагировать с левовращающими и правовращающими молекулами.
Температуры плавления обоих энантиомеров одинаковы, но отличаются, как правило, от температуры плавления рацемата. Рацемат может кристаллизоваться в виде смешанных кристаллов.
Обычные методы синтеза, при которых используются вещества, не обладающие оптической активностью, всегда приводят к образованию рацематов. Биологический синтез с использованием ферментов — белков, являющихся изомерами с очень высокой специфичностью, приводит к образованию оптически однородных веществ. Под влиянием каждого конкретного фермента образуется только один из двух возможных энантиомеров продукта ферментативной реакции — аминокислоты, сахара, алкалоида и др. В процессе химической реакции, в к-рой затрагивается асимметрический атом углерода, оптически активные соединения подвергаются частичной или полной рацемизации. Некоторые аминокислоты содержат по два асимметрических атома углерода и могут существовать в четырех стереоизомерных формах, т. е. могут образовывать трео- и эритроизомеры. Гексозы, составляющие важную группу моносахаридов (см.), имеют четыре асимметрических атома углерода и могут образовывать восемь рацематов. К таким сахарам относятся глюкоза (см.), манноза (см.) и галактоза (см.).
Библиография: Матье Ш.-П. и Панико Р. Курс теоретических основ органической химии, пер. с франц., М., 1975; Мецлер Д. Биохимия, Химические реакции в живой клетке, пер. с англ., т. 1 — 3, М., 1980.
Рацемические смеси и способы их разделения
Смесь равных количеств энантиомеров называется рацематом. Рацематы не обладают оптической активностью.
— Истинные, представляющие собой молекулярные соединения двух энантиомеров
— Рацемические смеси – смешанные кристаллы энантиомеров.
Существует несколько способов расщепления рацементов:
Механический способ может быть использован в тех случаях, когда при кристаллизации рацемата из раствора каждый энантиомер кристаллизуется самостоятельно, и тогда возможно разделение путем отбора кристаллов по их форме.
Биохимический способ основан на использовании микроорганизмов, способных потреблять одну из энантиомерных форм.
Химический способ в настоящее время является основным способом разделения рацематов. Сущность его состоит в переводе обоих энантиомеров в диастереомеры с последующим их разделением.