RACEMISCH MENGSEL: CHIRALITEIT, VOORBEELDEN - CHEMIE - 2026

Een racemisch mengsel of racemaat is een mengsel dat is samengesteld uit twee enantiomeren in gelijke delen en daarom optisch inactief is. Deze optische activiteit verwijst naar het vermogen van uw oplossingen om, met de klok mee of tegen de klok in, een straal gepolariseerd licht te roteren die er in één richting doorheen gaat.

Een enantiomeer heeft het vermogen om gepolariseerd licht bijvoorbeeld naar links (linkshandig) te roteren, zodat de zuivere oplossing optisch actief is. Als echter het enantiomeer dat het licht naar rechts roteert (rechtsdraaiend) eraan wordt toegevoegd, zal de optische activiteit ervan afnemen totdat het wordt geïnactiveerd.

Clusters van druiven, die een verwantschap delen met racemische mengsels buiten de etymologie. Bron: Pexels.

Wanneer dit gebeurt, wordt er gezegd dat er gelijke hoeveelheden van de linker en rechter enantiomeren zijn; Als een molecuul gepolariseerd licht naar links roteert, wordt het effect onmiddellijk opgeheven wanneer het een ander molecuul 'tegenkomt' dat het naar rechts roteert. Enzovoort. Daarom zullen we een racemische mengeling hebben.

De eerste waarneming van de enantiomerie werd gedaan door de Franse chemicus Louis Pasteur in 1848, die een mengsel van enantiomere kristallen van wijnsteenzuur bestudeerde (in die tijd racemisch zuur genoemd). Omdat dit zuur afkomstig was van de druiven die werden gebruikt om wijnen te maken, werd dit mengsel uiteindelijk algemeen toegepast voor alle moleculen.

Schoenen en chiraliteit

In de eerste plaats, wil er een racemisch mengsel zijn, moeten er (meestal) twee enantiomeren zijn, wat inhoudt dat beide moleculen chiraal zijn en dat hun spiegelbeelden niet over elkaar heen gelegd kunnen worden. Een paar schoenen illustreert dit perfect: hoe hard je ook probeert om de linkerschoen op de rechter te leggen, ze zullen nooit passen.

Met andere woorden, de rechterschoen buigt gepolariseerd licht naar links af; terwijl de linkerschoen naar rechts beweegt. In een hypothetische oplossing waarbij de schoenen de moleculen zijn, als er alleen rechte, chirale schoenen zijn, zal deze optisch actief zijn. Hetzelfde zal gebeuren als er alleen nog schoenen in oplossing zijn.

Als er echter duizend linkerschoenen zijn gemengd met duizend rechterschoenen, dan is er een racemisch mengsel, dat ook optisch inactief is, omdat de afwijkingen die het licht erin ondergaat, elkaar opheffen.

Als het in plaats van schoenen ballen waren, objecten die achiraal zijn, zou het onmogelijk zijn om racemische mengsels hiervan te laten bestaan, aangezien ze niet eens zouden kunnen bestaan ​​als paren van enantiomeren.

Voorbeelden

Wijnsteenzuur

Enantiomeren van wijnsteenzuur. Bron: Dschanz

Terugkerend naar wijnsteenzuur, was het racemische mengsel het eerste dat bekend werd. De bovenste afbeelding toont de twee enantiomeren, die elk kristallen kunnen vormen met "linker" of "rechter" morfologische gezichten. Pasteur slaagde er met behulp van een microscoop en rigoureuze inspanning in om deze enantiomere kristallen van elkaar te scheiden.

De kristallen van de L (+) en D (-) enantiomeren, afzonderlijk, vertonen optische activiteit door het gepolariseerde licht respectievelijk naar rechts of links af te buigen. Als beide kristallen in gelijke molaire verhoudingen oplossen in water, zal als resultaat een optisch inactief racemisch mengsel worden verkregen.

Merk op dat beide enantiomeren twee chirale koolstofatomen hebben (met vier verschillende substituenten). In L (+) liggen de OH's achter het vlak gevormd door het koolstofskelet en de COOH-groepen; terwijl in D (-) deze OH boven dat vlak zijn.

Degenen die wijnsteenzuur synthetiseren, krijgen een racemisch mengsel. Om het L (+) enantiomeer van het D (-) te scheiden, is een chirale resolutie nodig, waarbij dit mengsel wordt gereageerd met een chirale base om diastereoisomere zouten te produceren die kunnen worden gescheiden door gefractioneerde kristallisatie.

Kinine

Structureel skelet van het kininemolecuul. Bron: Benjah-bmm27.

Om in het bovenstaande voorbeeld naar een racemisch mengsel van wijnsteenzuur te verwijzen, wordt het gewoonlijk geschreven als (±) -wijnsteenzuur. Dus in het geval van kinine (bovenste afbeelding) zal het (±) -kinine zijn.

De isomerie van kinine is complex: het heeft vier chirale koolstofatomen, waardoor zestien diastereoisomeren ontstaan. Interessant is dat twee van de enantiomeren (de ene met de OH boven het vlak en de andere eronder) in feite diastereo-isomeren zijn, aangezien ze verschillen in de configuraties van hun andere chirale koolstofatomen (die van de bicyclo met het N-atoom).

Nu is het moeilijk te bepalen welke van de stereo-isomeren van kinine gepolariseerd licht naar rechts of naar links zal afbuigen.

Thalidomide

Thalidomide-enantiomeren. Bron: vaccinateur

De enantiomeren van thalidomide worden hierboven weergegeven. Het heeft slechts één chirale koolstof: degene die is gekoppeld aan de stikstof die beide ringen verbindt (een van ftaalimide en de andere van gluteramide).

In het R-enantiomeer (met kalmerende eigenschappen) is de ftaalimidering (die aan de linkerkant) boven het vlak georiënteerd; terwijl in het S enantiomeer (met mutagene eigenschappen), hieronder.

Het is voor het oog niet bekend welk van de twee het licht naar links of naar rechts afbuigt. Wat bekend is, is dat een 1: 1 of 50% mengsel van beide enantiomeren het racemische mengsel (±) -talidomide vormt.

Als je thalidomide alleen als hypnotisch kalmerend middel op de markt wilt brengen, is het verplicht om het racemische mengsel aan de reeds genoemde chirale resolutie te onderwerpen, zodat het zuivere R-enantiomeer wordt verkregen.

1,2-epoxypropaan

1,2-epoxypropaan-enantiomeren. Bron: Gabriel Bolívar.

In de bovenste afbeelding heb je het enantiomeerpaar van 1,2-epoxypropaan. Het R-enantiomeer buigt gepolariseerd licht naar rechts af, terwijl het S-enantiomeer het naar links afbuigt; dat wil zeggen, de eerste is (R) - (+) - 1,2-epoxypropaan en de tweede is (S) - (-) - 1,2-epoxypropaan.

Het racemische mengsel van de twee, wederom in een verhouding van 1: 1 of 50%, wordt (±) -1,2-epoxypropaan.

1-fenylethylamine

Enantiomeren van 1-fenylethylamine. Bron: Gabriel Bolívar.

Hierboven wordt een ander racemisch mengsel weergegeven dat wordt gevormd door de twee enantiomeren van 1-fenylethylamine. Het R-enantiomeer is (R) - (+) - 1-fenylethylamine en het S-enantiomeer is (S) - (-) - 1-fenylethylamine; de ene heeft de methylgroep, CH ₃ , wijzend uit het vlak van de aromatische ring, en de andere wijst eronder.

Merk op dat wanneer de configuratie R is, dit soms samenvalt met het feit dat de enantiomeer het gepolariseerde licht naar rechts roteert; het is echter niet altijd van toepassing en kan niet als algemene regel worden beschouwd.

Laatste opmerking

Belangrijker dan het bestaan ​​of niet van de racemische mengsels is hun chirale resolutie. Dit geldt in het bijzonder voor verbindingen met farmacologische effecten die afhankelijk zijn van genoemde stereo-isomerie; dat wil zeggen, het ene enantiomeer kan gunstig zijn voor de patiënt, terwijl het andere het kan beïnvloeden.

Dat is de reden waarom deze chirale resoluties worden gebruikt om de racemische mengsels in hun componenten te scheiden en ze zo op de markt te kunnen brengen als pure medicijnen zonder schadelijke onzuiverheden.

Referenties

1. Morrison, RT en Boyd, R, N. (1987). Organische chemie. 5e editie. Redactioneel Addison-Wesley Interamericana.
2. Carey F. (2008). Organische chemie. (Zesde editie). Mc Graw Hill.
3. Graham Solomons TW, Craig B. Fryhle. (2011). Organische chemie. Amines. (10e editie.). Wiley Plus.
4. Steven A. Hardinger. (2017). Geïllustreerde verklarende woordenlijst van organische chemie: racemisch mengsel. Afdeling Chemie en Biochemie, UCLA. Hersteld van: chem.ucla.edu
5. Nancy Devino. (2019). Racemisch mengsel: definitie en voorbeeld. Studie. Hersteld van: study.com
6. James Ashenhurst. (2019). Stereochemie en chiraliteit: wat is een racemisch mengsel? Hersteld van: masterorganicchemistry.com
7. John C. Leffingwell. (2003). Chiraliteit en bioactiviteit I.: Farmacologie. . Hersteld van: leffingwell.com