Racemizace

Racemizace je chemický proces, při němž se enantiomerně čistá (je přítomen pouze jeden enantiomer) látka mění na směs několika enantiomerů. Při racemizaci dojde k vytvoření stejného množství D a L enantiomerů, vzniká tak racemická směs.

Stereochemie

náhled

Chirální molekuly mají dvě formy (na každém chirálním centru), které se liší svými optickými vlastnostmi: (−) izomer stáčí rovinu polarizovaného světla doleva, zatímco (+) izomer ji stáčí doprava. Tyto dvě formy se nazývají enantiomery. +more Tato +/- notace by neměla být zaměňována s označováním D a L, které je odvozeno od struktury D- a L-glyceraldehydu.

Při racemizaci se jeden čistý enantiomer mění na stejná množství obou enantiomerů za vzniku racemické směsi. Je-li přítomno stejné množství (+) a (−) formy, pak k optické otáčivosti nedochází. +more Enantiomery nejsou totéž jako diastereomery, druh stereoizomerů, které se liší strukturou molekuly kolem stereocentra a nejsou zrcadlovými obrazy.

Objev optické aktivity

Roku 1843 objevil Louis Pasteur optickou aktivitu u kyseliny parahroznové (racemické kyseliny vinné). Dokázal izolovat krystaly dvou enantiomerů, které otáčely rovinu polarozovaného světla opačným směrem.

Vliv na fyzikální vlastnosti

Racemát má často odlišné fyzikální vlastnosti než každý jednotlivý enantiomer kvůli odlišným vnitromolekulárním interakcím. Přeměna z čistého enantiomeru na racemát může způsobit změnu hustoty, teploty tání, rozpustnosti, slučovacího tepla, indexu lomu a také různých spekter. +more Krystalizací racemické směsi mohou vzniknout oddělené (+) a (−) formy nebo jediná racemická látka.

Biologický význam

Většina biochemických reakcí je stereoselektivní, takže se jen jeden stereoizomer účastní reakce a druhý nereaguje nebo způsobuje vedlejší účinky; například u aminokyselin jsou obvykle biologicky aktivní L izomery a u sacharidů (hlavně glukózy) D-izomery, což je způsobeno tím, že mnoho biomolekul je chirálních a tak reakcemi se specifickými enantiomery vznikají čisté stereoizomery. Důležitá je rovněž skutečnost, že všechny aminokyseliny se většinou vyskytují v L formě. +more Některé bakterie ovšem vytvářejí D aminokyselinové zbytky, z nichž se vytvářejí krátké polypeptidy, které lze nalézt v buněčných stěnách těchto bakterií. Zmíněné polypeptidy jsou hůře zpracovávány peptidázami a jsou syntetizovány bakteriálními enzymy namísto mRNA translace, při které se tvoří peptidy z L-aminokyselin.

Stereoselektivní povaha většiny biochemických reakcí znamená, že různé enantiomery téže látky mají rozdílné chemické vlastnosti a účinky na organismy. Mnoho psychotropních látek má různou aktivitu či účinnost v závislosti na izomerech, například amfetamin se často dodává jako racemická směs, ovšem dextroamfetamin je aktivnější. +more Podobná situace je u metadonu, kde je jeden z izomerů opioidovým antagonistou, zatímco druhý je antagonistou NMDA.

Racemizace léčiv může probíhat in vivo. R enantiomer thalidomidu je účinný proti ranním nevolnostem, zatímco jeho S enantiomer je teratogenní, způsobuje poškození zárodku v prvním trimestru těhotenství. +more Pokud je podán pouze jeden enantiomer, později lze v krevním séru najtít oba; látka tak není považována za bezpečnou pro ženy v produktivním věku a i v ostatních případech je její používání pod přísným dohledem.

U ibuprofenu má protizánětlivé účinky pouze jeden enantiomer, zatímco druhý je biologicky neúčinný. Obdobně je S stereoisomer citalopramu mnohem reaktivnější než R enantiomer.

Konfigurační stabilita léčiv je z těchto důvodů předmětem zájmu ve farmaceutickém výzkumu. Tvorba a analýza enantiomerů ve farmaceutickém průmyslu se studuje v oblasti chirální organické syntézy.

Tvorba racemických směsí

Racemizace lze dosáhnout pouhým smísením stejných množství dvou čistých enantiomerů.

K racemizaci může dojít během následujících procesů:

* Substituční reakce, při nichž vzniká karbokationtový meziprodukt, jako jsou jednomolekulární substituce, vedou k stereonespecifické adici substituentů, která vyústí v racemizaci. * I když u jednomolekulárních eliminačních reakcí také vzniká karbokation, tak nedochází ke vzniku chirálních center. +more Místo toho se vytvoří několik geometrických izomerů v (E/Z) formách. * Pokud při jednomolekulové alifatické elektrofilní substituci vzniká karbanion, který je rovinný nebo nemůže zůstat v pyramidální struktuře, pak někdy, ovšem ne vždy, proběhne racemizace. * Pokud při radikálové substituci vzniknou volné radikály na chirálním uhlíku, pak dojde téměř vždy k racemizaci.

Zjišťování míry racemizace L-forem na směs L- a D-forem) je jednou z metod datování biologických vzorků ve tkáních s nízkou mírou obratu, forenzních vzorků a zkaměnělin. Tato metoda se nazývá aminokyselinové datování.

Odkazy

Související články

Chiralita * Racemická směs

Reference

Kategorie:Chemické reakce Kategorie:Stereochemie Kategorie:Struktura bílkovin Kategorie:Posttranslační modifikace