Стереоизомерия молекул с несколькими центрами хиральности

В молекуле 2,3-дибромбутановой кислоты два асимметрических атома углерода. Количество стереоизомеров N=2²=4. Приведём их проекционные формулы Фишера:

Относительную конфигурацию определяют по верхнему асимметрическому атому углерода, сравнивая её с конфигурацией стандарта – стереоизомеров глицеринового альдегида. Пары стереоизомеров I, II и III, IV являются зеркальным отображением друг друга, т.е. энантиомерами. Стереоизомеры I и III, II и IV, I и IV не являются зеркальным отражением друг друга, их называют диастереомерами. Диастереомеры отличаются по физическим и химическим свойствам.

Рассмотрим стереоизомерию винной кислоты.

N=2²=4

энантиомеры мезо-форма

Теоретически возможно существование четырёх стереоизомеров. На самом деле, III и IV идентичны (при повороте III на 180^о получается IV). Стереоизомеры I и II являются энантиомерами, I и III, II и III – диастереомерами.

Мезо-форма оптически не активна, т.к. её молекула симметрична (ахиральна), а оптическая активность – это свойство хиральных молекул.

Рацемическая смесь энантиомеров винной кислоты называется виноградной кислотой.

π-Диастереомерия

Цис-, трансизомеры не являются зеркальным отображением друг друга, поэтому их можно рассматривать как диастереомеры.

Действительно, они обладают различными физическими и химическими свойствами. Так как хиральным центром у них является π-связь, то их называют π-диастереомерами.

Стереоизомерия и биологическая активность

В организме реакции протекают с участием биокатализаторов – ферментов. Молекулы ферментов построены из хиральных молекул α-аминокислот (аминокислоты, участвующие в построении белков относятся к L-ряду). Проявление биологической активности лекарственных препаратов связывают со строгим соответствием строения препарата и активных центров ферментов (они должны подходить как ключ к замку). Биохимические процессы являются стереоспецифичными. Часто один стереоизомер лекарственного препарата активен, а другой – нет. Например, D-(-)-стереоизомер левомицетина широко применяется в медицинской практике как антимикробное средство. Рацемат левомицетина – синтомицин менее активен, применяется только для наружных целей.

L-(-)-изомер адреналина в 12 раз более активен, чем его правовращающий изомер.

D-(-)-эфедрин применяется в медицинской практике как сосудосуживающее средство, а его правовращающий изомер – не применяется.

Правовращающая камфора (природная) применяется как сердечный стимулятор, а левовращающий стереоизомер камфоры или рацемическая смесь (синтетическая) – для наружных целей для растираний при ревматизме.

Противоопухолевое средство сарколизин является левовращающим изомером, правовращающий изомер не активен.

Молекулы многих применяемых в настоящее время лекарственных средств имеют асимметрический центр: более 90% адреномиметиков, адреноблокаторов, антикоагулянтов, противоэпилептических средств, более 50% антигистаминных препаратов и местных анестетиков.

Несмотря на то, что клинический эффект этих лекарственных веществ обусловлен лишь одним из энантиомеров, а другой можно рассматривать как загрязнение («изомерный балласт»), вследствие технологических проблем, связанных с разделением энантиомеров, они выпускаются в виде рацематов. Лишь немногие препараты выпускаются в виде индивидуальных стереоизомеров.