HỖN HỢP CHỦNG TỘC: CHIRALITY, VÍ DỤ - HÓA HỌC - 2025

Một hỗn hợp racemic hoặc racemate là một sáng tác của hai đồng phân đối bằng nhau và do đó là quang học hoạt động. Hoạt động quang học này đề cập đến khả năng các dung dịch của bạn xoay, theo chiều kim đồng hồ hoặc ngược chiều kim đồng hồ, một chùm ánh sáng phân cực truyền qua chúng theo một hướng.

Chất đồng phân đối quang có khả năng xoay ánh sáng phân cực, chẳng hạn, sang trái (thuận tay trái), vì vậy dung dịch tinh khiết của nó sẽ hoạt động về mặt quang học. Tuy nhiên, nếu chất đồng phân đối quang quay ánh sáng sang phải (dextrorotatory) bắt đầu được thêm vào nó, hoạt tính quang học của nó sẽ giảm cho đến khi nó bị bất hoạt.

Các cụm nho, có chung quan hệ họ hàng với các hỗn hợp racemic ngoài từ nguyên. Nguồn: Pexels.

Khi điều này xảy ra, người ta nói rằng có lượng bằng nhau của các đồng phân đối quang levorotatory và dextrorotatory; Nếu một phân tử quay ánh sáng phân cực sang trái, hiệu ứng của nó sẽ ngay lập tức bị hủy bỏ khi nó “chạm trán” với một phân tử khác quay nó sang phải. Và như thế. Do đó, chúng ta sẽ có hỗn hợp raxemic.

Nhà hóa học người Pháp Louis Pasteur thực hiện lần đầu tiên vào năm 1848, người đang nghiên cứu một hỗn hợp các tinh thể đối quang của axit tartaric (lúc đó được gọi là axit raxemic). Vì axit này đến từ nho được sử dụng để làm rượu vang, hỗn hợp này cuối cùng được áp dụng theo cách chung cho tất cả các phân tử.

Giày và sự chỉn chu

Trước hết, để có một hỗn hợp raxemic, phải có hai đồng phân đối quang (thường là), điều này ngụ ý rằng cả hai phân tử đều bất đối và hình ảnh phản chiếu của chúng không thể chồng lên nhau. Một đôi giày minh họa điều này một cách hoàn hảo: cho dù bạn có cố gắng chồng chiếc giày bên trái lên bên phải, chúng sẽ không bao giờ vừa vặn.

Nói cách khác, chiếc giày bên phải làm lệch hướng ánh sáng phân cực sang bên trái; trong khi chiếc giày bên trái di chuyển sang bên phải. Trong một giải pháp giả định mà giày là các phân tử, nếu chỉ có giày thẳng, thẳng hàng, thì điều này sẽ hoạt động về mặt quang học. Điều tương tự sẽ xảy ra nếu chỉ còn lại đôi giày trong dung dịch.

Tuy nhiên, nếu có một nghìn đôi giày bên trái trộn với một nghìn đôi giày bên phải, thì sẽ có một hỗn hợp raxemic, cũng không hoạt động về mặt quang học, vì độ lệch mà ánh sáng trải qua bên trong nó triệt tiêu lẫn nhau.

Nếu thay vì giày, chúng là những quả bóng, những vật thể có tính chất achiral, thì sẽ không thể tồn tại những hỗn hợp racemic của những thứ này, vì chúng thậm chí sẽ không thể tồn tại như những cặp đồng phân đối quang.

Ví dụ

Axit tartaric

Đồng phân đối ảnh của axit tartaric. Nguồn: Dschanz

Quay trở lại với axit tartaric, hỗn hợp raxemic của nó là hỗn hợp đầu tiên được biết đến. Hình trên cho thấy hai chất đối quang của nó, mỗi chất có khả năng tạo thành các tinh thể với các mặt hình thái "trái" hoặc "phải". Pasteur, sử dụng kính hiển vi và nỗ lực nghiêm ngặt, đã thành công trong việc tách các tinh thể đối quang này ra khỏi nhau.

Các tinh thể của các chất đối quang L (+) và D (-), riêng biệt, thể hiện hoạt tính quang học bằng cách làm lệch hướng ánh sáng phân cực sang phải hoặc trái tương ứng. Nếu cả hai tinh thể có tỷ lệ mol bằng nhau hòa tan trong nước, kết quả là sẽ thu được hỗn hợp raxemic không hoạt động về mặt quang học.

Lưu ý rằng cả hai chất đối quang đều có hai nguyên tử cacbon bất đối (với bốn nhóm thế khác nhau). Trong L (+), các OH nằm sau mặt phẳng được tạo thành bởi khung carbon và các nhóm COOH; trong khi ở D (-) các OH nằm trên mặt phẳng nói trên.

Những người tổng hợp axit tartaric sẽ nhận được một hỗn hợp raxemic. Để tách đồng phân đối quang L (+) khỏi D (-), cần phải phân giải bất đối xứng, trong đó hỗn hợp này được phản ứng với bazơ bất đối xứng để tạo ra muối đồng phân không đối quang, có khả năng bị phân tách bằng kết tinh phân đoạn.

Quinine

Bộ xương cấu trúc của phân tử quinin. Nguồn: Benjah-bmm27.

Trong ví dụ trên, để chỉ hỗn hợp raxemic của axit tartaric, nó thường được viết là (±) -tartaric axit. Vì vậy, trong trường hợp của quinine (hình trên) nó sẽ là (±) -kinine.

Đồng phân của quinin rất phức tạp: nó có bốn nguyên tử cacbon bất đối, tạo ra mười sáu đồng phân không đối quang. Điều thú vị là hai trong số các đồng phân đối quang của nó (một với OH ở trên mặt phẳng và một ở dưới nó) thực sự là đồng phân không đối quang, vì chúng khác nhau về cấu hình của các nguyên tử cacbon bất đối khác của chúng (của lưỡng phân với nguyên tử N).

Bây giờ, rất khó để xác định đồng phân lập thể nào của quinin sẽ làm lệch hướng ánh sáng phân cực sang phải hay sang trái.

Thalidomide

Chất đối quang thalidomide. Nguồn: Chuyên gia tiêm chủng

Các chất đối quang của thalidomide được trình bày ở trên. Nó chỉ có một carbon bất đối: một liên kết với nitơ tham gia cả hai vòng (một của phthalimide và một của gluteramide).

Trong chất đồng phân đối quang R (có đặc tính an thần), vòng phthalimide (cái bên trái) được định hướng phía trên mặt phẳng; trong khi ở đồng phân đối ảnh S (có đặc tính gây đột biến), bên dưới.

Đối với mắt người ta không biết phần nào trong số hai phần này làm lệch ánh sáng sang trái hay phải. Điều đã biết là hỗn hợp 1: 1 hoặc 50% của cả hai chất đối quang tạo thành hỗn hợp raxemic (±) -talidomide.

Nếu bạn chỉ muốn tiếp thị thalidomide như một loại thuốc an thần thôi miên, thì bắt buộc phải đưa hỗn hợp raxemic của nó vào độ phân giải bất đối đã được đề cập, theo cách thu được đồng phân đối tượng R tinh khiết.

1,2-Epoxypropan

Đồng phân đối quang 1,2-epoxypropan. Nguồn: Gabriel Bolívar.

Trong hình trên, bạn có cặp đồng phân đối ảnh của 1,2-epoxypropan. Đồng phân đối tượng R làm lệch hướng ánh sáng phân cực sang phải, trong khi đồng phân đối quang S làm lệch hướng ánh sáng sang trái; nghĩa là, thứ nhất là (R) - (+) - 1,2-epoxypropan, và thứ hai là (S) - (-) - 1,2-epoxypropan.

Một lần nữa, hỗn hợp raxemic của cả hai, theo tỷ lệ 1: 1 hoặc 50%, trở thành (±) -1,2-epoxypropan.

1-Phenyletylamin

Đồng phân đối hình của 1-Phenyletylamin. Nguồn: Gabriel Bolívar.

Hình trên là một hỗn hợp raxemic khác được tạo thành bởi hai đồng phân đối quang của 1-Phenyletylamin. Đồng phân đối hình R là (R) - (+) - 1-Phenyletylamin, và đồng phân đối quang S là (S) - (-) - 1-Phenyletylamin; một có nhóm metyl, CH ₃ , hướng ra ngoài mặt phẳng của vòng thơm, và nhóm kia hướng vào bên dưới nó.

Lưu ý rằng khi cấu hình là R, đôi khi nó trùng với thực tế là chất đồng phân đối quang làm quay ánh sáng phân cực sang phải; tuy nhiên, nó không phải lúc nào cũng áp dụng và không thể được coi là quy tắc chung.

Nhận xét cuối cùng

Quan trọng hơn sự tồn tại hay không của hỗn hợp raxemic là độ phân giải bất đối của chúng. Điều này đặc biệt áp dụng cho các hợp chất có tác dụng dược lý phụ thuộc vào thuyết đồng phân lập thể nói trên; nghĩa là, một chất đối quang có thể có lợi cho bệnh nhân, trong khi chất đồng phân kia có thể ảnh hưởng đến nó.

Đó là lý do tại sao các độ phân giải chiral này được sử dụng để tách hỗn hợp raxemic thành các thành phần của chúng, và do đó có thể tiếp thị chúng dưới dạng thuốc tinh khiết không có tạp chất có hại.

Người giới thiệu

1. Morrison, RT và Boyd, R, N. (1987). Hóa học hữu cơ. Phiên bản thứ 5. Biên tập Addison-Wesley Interamericana.
2. Carey F. (2008). Hóa học hữu cơ. (Tái bản lần thứ sáu). Đồi Mc Graw.
3. Graham Solomons TW, Craig B. Fryhle. (2011). Hóa học hữu cơ. Các amin. (Tái bản lần thứ 10.). Wiley Plus.
4. Steven A. Hardinger. (2017). Thuật ngữ minh họa về Hóa học hữu cơ: Hỗn hợp Racemic. Khoa Hóa học & Hóa sinh, UCLA. Được phục hồi từ: chem.ucla.edu
5. Nancy Devino. (2019). Hỗn hợp Racemic: Định nghĩa & Ví dụ. Học. Phục hồi từ: study.com
6. James Ashenhurst. (2019). Lập thể và Chirality: Hỗn hợp Racemic là gì? Được khôi phục từ: masterorganicchemistry.com
7. John C. Leffingwell. (2003). Chirality & Bioactivity I .: Dược học. . Được khôi phục từ: leffingwell.com