光学异构
仔细研究一下你的手。这两种结构几乎完全相同。你的每只手上有相同数量的手指,它们以相同的顺序连接。你们的手一样大。当你触摸热锅的把手时,两只手掌的皮肤会产生相同的反应。(可能)
如果你把两只手举在面前,它们就是彼此的镜像,左手的角度和尺寸在右手上完美地重复。然而,如果你把右手放在左手上面,它们看起来就不一样了。如果两个分子是光学异构体它们之间的关系类似于左手和右手之间的关系。
重要性
光学异构体共享它们所有的物理和化学性质,除了一个:它们旋转平面偏振光的方向。虽然这似乎是一个微不足道的差异,但光学异构可以对分子的行为产生重大影响。许多药物都含有光学异构体,虽然化学结构相同,但对映体在体内的代谢方式不同,导致不同的副作用,效力也不同。一种异构体可能是有益的,而另一种可能是致命的。因此,研究光学异构在药物开发中具有重要意义。“对同分异构体的了解帮助我们引入了更安全、更有效的药物替代品。”[1]
异构的定义
同分异构体是具有相同原子组成但不完全相同的两个分子。
许多有机化合物形成宪法同分异构体,也被称为结构同分异构体.他们有相同的经验公式,但原子以不同的方式连接。例如, 是乙醇和二甲醚的经验公式。这两种化合物的熔点不同,折射率,特定的重力,因此它们也有不同的工业用途。乙醇在室温下是液体,用作工业溶剂和酒精饮料中的酒精。二甲醚在室温下是一种气体,可用作制冷剂。
构型异构体具有相同的原子组成而且相同的键排列,但分子在空间上的排列不同,不能相互转化成相同的。光学异构体,也叫对映体,属于这一类。
第三种异构体是构象异构体.构象异构体与构型异构体相似,因为它们有相同的原子按相同的顺序键合在一起。然而,构象异构体可以互变.它们含有一个单键(aσ键),使原子旋转。
对映体
对映体,如前所述,是不能叠加的镜像彼此之间。这些分子也被称为手性分子.手性可以在二维图形中显示Wedge-Dash符号或纽曼的预测.
手性分子唯一不同的地方是它们旋转平面偏振光的方向。在平面偏振光时,所有的波都平行移动。两个对映体会旋转光波移动的方向同样的大小,但在相反的方向.只含有一种对映体的样品是enantiopure,而包含两者的样本称为外消旋混合物.
对映体被描述为具有偏手性取决于它们旋转的方向——平面偏振光。右旋的异构体使光向右旋转。Dextra是拉丁语中“正确”的意思。拉丁单词左旋的Laevus可以从拉丁语翻译成not only as左,但也作为笨拙的,笨手笨脚的,或愚蠢的.
右旋的 | 左旋的 |
+ | - |
顺时针旋转灯光 | 逆时针旋转光 |
对映体可以用不同的惯例标记:R/S, D/L, +/-,但唯一的惯例告诉我们它们旋转平面偏振光的方向是+/-。光看结构你不能说一个手性化合物是正对映体还是负对映体。你只能通过实际的实验来判断它们是如何旋转平面偏振光的。但是,当您只知道结构时,您可以使用R/S和D/L约定。R/S约定是最常用的。给定化合物的R对映体可以是-也可以是+。你不知道它是正还是负,直到用平面偏振光检查它。你也可以用d表示正(右旋)对映体,用l表示左旋对映体,但最好只用+/-和R/S来区分它们,因为d/l很容易混淆,因为它的名字和d/l类似(但d/l是另一种约定,当你只知道结构时可以使用)。
尽管有这些名字,但左旋异构体并不总是不受欢迎的。许多药物被合成为外消旋混合物,因为它们很难纯化,但通常两种对映体代谢不同,在体内的作用也不同,一种引起更多的理想效果,另一种可能引起更多的不良影响。例如,抗抑郁药西酞普兰是外消旋混合物,而艾司西酞普兰只含有s对映体。患者只需要服用一半的艾司西酞普兰就能达到同样的效果(标准剂量为5-10毫克,而西酞普兰为10-20毫克)。
氨基酸也可以形成对映异构体(例如,有一个l-赖氨酸和一个d-赖氨酸),但只有左旋异构体被细胞用来制造蛋白质。
萨力多胺
沙利度胺是一种著名的外消旋混合物。这种药物是在二十世纪上半叶作为一种镇静剂开发的,对治疗许多妇女在怀孕期间经历的孕吐和恶心也非常有效。萨力多胺在20世纪50年代的欧洲非常流行,但它的流行与越来越多的儿童经历衰弱的出生缺陷同时发生。沙利度胺最著名的副作用是短肢畸形这是一种四肢完全缺失或非常短的疾病,使得手或脚发育到接近身体躯干的位置。在沙利度胺的患者中也可见耳聋和其他与骨相关的畸形。
在至少4000名儿童受到影响后,这种药物最终被撤出市场。后来,在小鼠身上进行的研究表明,沙利度胺的R对映体作为一种镇静剂具有药理活性,而S对映体则是导致出生缺陷的原因。
沙利度胺仍然可用,并用于治疗癌症,特别是多发性骨髓瘤。然而,这种药物有一个严格的警告,禁止孕妇使用。
参考文献
Chhabra, Naveen, MadanL Aseri和Deepak Padmanabhan。药物异构现象及其意义综述。Int J App Basic Med Res 3.1(2013): 16。2016年2月29日访问http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3678675/。
国立卫生研究院。“改变医学的面貌。”2016年2月29日访问https://www.nlm.nih.gov/changingthefaceofmedicine/physicians/biography_182.html。
[3]图片来自http://www.terrywiles.20m.com/,基于知识共享许可,允许重复使用和修改。
[4]图片来自https://www.flickr.com/photos/22719239@N04,基于知识共享许可,用于重用和修改。
[5]图片来自http://www.nasa.gov/centers/goddard/news/topstory/2009/left手life.html在知识共享许可下进行重用和修改。
[6]图片来自http://publicdomainvectors.org/en/free-clipart/Vector-image-of-open-your-palms/24859.html,基于知识共享许可,允许重复使用和修改。