Оптикалық изомерия

Оптикалық изомерия (немесе энантиомерлер) — бір құрылымдық формулаға ие, бірақ айнадағы кескіндерімен сәйкес келмейтін молекулалар. Олардың түстері, балқу және қайнау температулары бірдей, бірақ жарықтын поляризациялану жазықтығын бір изомері оң жаққа бұрса, екінші изомері сол жаққа бұрайды. Мысал ретінде таксолды алуға болады.

Сүт қышқылы энантиомері

Оптикалық изомерлердің түстері, қайнау және балқу температуралары бірдей болады. Алайда, физикалық қасиеттері әр түрлі. Көміртек атомы басқа төрт түрлі атомдармен немесе топтармен байланысса хиральды болып есептеледі. Хиральдық атомы көп болған сайын оның оптикалық изомерлері де артады.

Құрамында төрт түрлі топпен байланысқан көміртек атомы бар органикалық молекулалар хиральді молекулалар деп аталады.

Медицинада оптикалық изомердің маңызы

Дәстүрлі және қазіргі заманғы медицина технологиясы рацематты қосылыстарды алады. Рацематты қосылыстар – 2 түрлі “оң” және “теріс” энантиономерлерден тұрады. Олардың физикалық қасиеттері бірдей болғанымен, фармацевтикалық қызметтерінде, яғни дәрінің ағзаға әсер етуінде айырмашылықтары болады. Бұған нақты мысал – морфин. Табиғи өсімдік шикізаты ішіндегі зат – сол изомер болып табылады. Жануарлар мен адам үшін препаратты енгізу белгіленген және берік аналгезии өндіреді. Морфиннің оң жақ изомері жансыздандырғыш қызмет атқармайды. Бұл жағдайда инсулин әрекетіне байланысты – физиологиялық белсенділігі тек сол жақ изомері көрсетеді. Өкінішке орай рацематты заттарды қолданудан стереоизомерлердің бірі улы болып, қайғылы оқиға орын алған. Сондай-ақ, напоксен ауруды әлсіреткенімен, бір жағынан бауырға зияннын тигізеді.

Тағы да бір мысал, бір энантиономер дәрі ретінде Туберкулезді емдесе, бір жағынан соқырлыққа әкеледі. Сондықтанда, химиктер таза бір энантиономерді дәрінің ішіне салады, яғни қазірде 80 пайыз дәрі жалғыз энантиономерден тұрады.

Медицинада дәрі жасауда қолданылады. Шамамен 50% дәрілер хиральды және 50% энантиомерлер және олардың қосындысы. Алайда, кейбір қосылыстар екі энантиомерден тұрады. Олардың оң бөлігі жағымды әсер тигізсе, теріс бөлігі әр түрлі жанама әсерлер тудырады. Мәселен, талидомид деп аталатын дәрі 1960 жылы өте атақты болды. Оны таксикоз кезінде жүкті әйелдер қолданатын болған. Өкінішке орай, дәрігерлер оның екінші энантиомері бар екендігін білмеген. Сөйтіп, эмбрион деформацияға ұшырап, дүниеге кейбір дене мүшелері жоқ сәбилер келген. Қазіргі уақытта тек 15% дәрілік заттар бір типті энантиомерден тұратын хиральді таза қосылыстар.Бұл дәрілердің синтезі үш химик ғалымдардың – W.S. Knowles, R. Noyori және K.B. Sharpless арқасында жүзеге асты,олар оптикалық изомер алу үшін катализаторды ұсынды. Мұның медицинадағы маңызы өте зор, себебі хиральді таза дәрілік препараттар алуға мүмкіндік береді. олар аз мөлшерде қолданғанда және жанама әсердің төмен тәуекелділігімен тиімді болып табылады.

Қосылыстың құрылысын анықтау

• Поляриметр – жазық поляризацияланған жарық көмегімен хиральды қосылысты жақындатқанда жазық оңға не солға айналдыру арқылы анықталады. Сол себепті, олар оптикалық белсенді қосылыстарға жатқызылады. Оңға айналғаны D(+), ал солға L(-) болып табылады.
• Екінші әдіс – рентген криссталлографиясы және модельдеу арқылы анықталады. Әрбір зат өзінің кристаллдық құрылымына ие. Рентген кристаллография рентген сәулелерінің көмегімен кристалды үлгідегі сәулелендіру арқылы құрылымын егжей-тегжейлі көрсетуге мүмкіндік береді. Атом жазықтықтары арасындағы қашықтық рентген сәулесін күшейтеді не әлсіретеді. Сәуле күшейген кезде, фотопленкада дақ пайда болады. Бұл дақ ғалымдар үшін заттың молекулалық құрылысын дәл анықтауға көмектеседі.

Оптикалық изомерлерді анықтау Оптикалық изомерлерді екі әдіс арқылы анықтаймыз: Жазықтықтағы симметриялығы: Бұл әдіс, қосылыстығ жазықтықтағы симметрия болуын іздейді. Симметрия жазықтығы бар болса, онда ешқандай оптикалық изомерлер жоқ. Симметрия болмаса оптикалық изомері бар. Айна суреті әдісі: Айна суреттер әдісі оптикалық изомерлер бар ма немесе жоқ екенін табу үшін молекуласының айна суретін пайдаланады. Айналу кескіні ол бастапқы молекуласымен бірдей болса, оптикалық изомері жоқ. АйналУ кескіні бастапқы молекуласының бірдей көрінсе және бұл қандай да бір жолмен бұрыла алмайса, молекулада оптикалық изомер бар. Оптикалық изомерлерді бөлу әдістері:

Оптикалық изомерді бөлу

Таза энантиономерлерді бөліп алудың 3 жолы бар:

Оптикалық айыру (Дәстүрлі синтетикалық)

Ибупрофен энантиомері

Бұл тәсілді 2 энантиомерді ажырату үшін қолданады. Яғни, оптикалық белсенді қосылыстағы жалғыз энантиомерді қосылыстағы 1 изомермен әрекеттестіріп,өзге күй мен қасиетке ие жаңа өнім алады. Оны физикалық тұрғыда бөлуге болады. Мысалы, берілген ерітіндінің еру қасиеті өзгеше болғандықтан, белгісіз энантиомер мен жаңа өнім фракциялық кристаллизация арқылы ажыратылады. Жаңа өнім, қарапайым реакцияда қалаған энантиомерге қайта орала алады. Кристаллизация әдісі изомер бір энантиомерінен тазарғанға дейін қайталана береді. Бұл тәсіл өте күрделі, әрі ұзақ уақытты керек етеді. Бұл үрдісте көп мөлшерде органикалық ерітінділер қолданылады. Дегенмен, 73 атмосфералық қысымда, 31° температурада, СО2 полярсыз ерітіндісін қолданады.

Бастапқы оптикалық материалдарды қолдану

Бастапқы материал орнында оптикалық белсенді реагенттерді қолдану арқылы жүзеге асады. Бұл әдіс өніммен бір бағытта айналады. Мысалға L-аминқышқылдары. Артықшылығы: аралық өнімді сақтау, қалаған энантиомердің түзілуі.

Хиральді катализаторды қолдану арқалы

Бұл әдіс арқылы тек 1 ғана энантиомер аламыз.

Кемшілігі - қымбат.

Артықшылығы – катализаторлар қайта пайдаланылады.

Қолданысы

1. Фармацевтикада жаңа дәрілерді табу;
2. Медицина (Этанбутол туберкулезге қарсы қолданады, соның әсерінен емделушіде соқырлық пайда болады);
3. Косметикалық заттар өндіру (эфир майларын, яғни әтірдің иісін алуда);
4. Қант жасау т.б. салаларда кеңінен қолданылады.