Kiralitás (kémia)

Kiralitás(molekuláris kiralitás) - a kémiában a molekulának az a tulajdonsága, hogy a háromdimenziós térben történő forgások és elmozdulások bármilyen kombinációjával összeférhetetlen a tükörképével.

Az enzimek (és ezek királisak) gyakran különböznek a királis szubsztrát két enantiomerje között. Képzelje el, hogy az enzimnek van egy kesztyű alakú mélyedése, amely megköti a szubsztrátot. Ha a kesztyű jobbkezes, akkor az egyik enantiomer bemegy és megkötődik, míg a másik enantiomer nem illeszkedik jól, és kicsi az esélye a megkötésnek. Az aminosavak D formája általában édes ízű, míg az L formája általában íztelen. A borsmenta levele és a köménymag L-karvont, illetve D-karvont tartalmaz, a karvon enantiomerjei. Más a szaguk, mert a legtöbb ember szaglóreceptorai is tartalmaznak királis molekulákat, amelyek különböző enantiomerek jelenlétében eltérően viselkednek.

Kiralitás a farmakológiában

Sok királis gyógyszer nagy enantiometrikus tisztasággal készül a másik enantiomer mellékhatásai miatt (amely akár terápiásán inaktív is lehet).

• Talidomid: A talidomid racém. Az egyik enantiomer hatásos a hányinger ellen, a másik teratogén. Ebben az esetben az egyik enantiomer beadása terhes betegnek nem segít, mivel mindkét enantiomer könnyen átalakul egymással a szervezetben. És ha más enantiomert adunk egy személynek, akkor mind a D-, mind az L-izomer jelen lesz a beteg plazmájában.
• Etambutol: az egyik enantiomert a tuberkulózis kezelésére használják, a másik vakságot okoz.
• Naproxen: Az egyik enantiomer az ízületi gyulladást kezeli, de a másik májmérgezést okoz fájdalomcsillapító hatás nélkül.
• A szteroid receptorok elhelyezkedése is mutatja a sztereoizomerek specificitását.
• A penicillin aktivitása sztereodependens. Az antibiotikumnak utánoznia kell a benne lévő D-alanin láncokat sejtfalak baktériumok reagálnak a transzpeptidáz enzimmel, és fokozatosan felszívják azt.
• Csak az L-Inderal erős adrenerg receptor, míg a D-Inderal nem. Az anaprilin mindkét izomerje azonban helyi érzéstelenítő hatású.
• Az L-metorfán (levometorfán) erős opioid fájdalomcsillapító, míg a D-izomer, a dextrometorfán disszociatív köhögéscsillapító.
• Az S-carvedilol, egy adrenoreceptor-reaktív szer, 100-szor jobban β-blokkol, mint az R(+) izomer. De mindkét izomer megközelítőleg egyformán blokkolja az α-receptorokat.
• A pervitin és az amfetamin D-izomerjei erős központi idegrendszeri stimulánsok, és mindkettő L-izomerjei nem rendelkeznek a fő központi idegrendszeri stimuláló tulajdonságokkal, hanem a PNS-t (perifériás idegrendszert) stimulálják. Emiatt a Pervitin L-izomerje nazális szerként kapható, a dextroizomert pedig a világ szinte minden (ritka kivételekkel) országában betiltották az orvosi felhasználásra, és szigorúan ellenőrzik, ahol megengedett.
• Az S-amlodipin, az amlodipin tiszta optikailag aktív izomerje felelős a kalciumcsatorna blokádért és az értágulásért.
• levocetirizin, RR-citirizin, egy antihisztamin gyógyszer, a hisztamin receptorok aktív blokkolója a citirizin összetételében.
• Az S-pantaprozol, a pantaprozol tiszta optikailag aktív izomerje, szelektíven blokkolja a gyomornyálkahártya parietális sejtjeinek protonpumpáját.
• Az R-rabeprozol, a rabeprozol tiszta optikailag aktív izomerje, szelektíven blokkolja a gyomornyálkahártya parietális sejtjeinek protonpumpáját.
• dexibuprofen, az ibuprofén tiszta optikailag aktív izomerje, amely szelektíven blokkolja a ciklooxigenázt.
• dexketoprofen, a ketoprofén tiszta optikailag aktív izomerje, amely szelektíven blokkolja a ciklooxigenázt.
• esetodolac, az ietodolak tiszta optikailag aktív izomerje, amely szelektíven és szelektíven blokkolja a ciklooxigenázt.
• Az ezomeprazol, az omeprozol tiszta optikailag aktív izomerje, szelektíven blokkolja a gyomornyálkahártya parietális sejtjeinek protonpumpáját.
• S-metoprolol, a szív és az erek béta-adrenerg receptorainak szelektív blokkolója, racém metoprololból izolálva
• Levomycetin.
• kinin.
• kinidin.
• L-lizin.
• L-tiroxin.
• L-dopa.
• levotiracetám.
• R-szibutramin. Nem széles körben használják (valószínűleg csak Indiában), mivel az FDA tiltja a racém szibutramint a mellékhatások miatti elhízás kezelésére. Indiai kutatók szerint az R-szibutramin ezektől a mellékhatásoktól maximálisan mentes, azonban az R-szibutramin biztonságos fogyásban való hatékonysága nem bizonyított.
• L-karnitin. Étrend-kiegészítőkben használják.

Kiralitás a szervetlen kémiában

Sok összetett vegyületek királisak, például a jól ismert 2+ komplex, amelyben három bipiridin ligandum királis propeller elrendezést vesz fel. Ebben az esetben a ruténium atom sztereogén centrumnak tekinthető egy pontkiralitású komplexben. A komplexek két enantiomerje, mint például a 2+, Λ-nek (a légcsavar balra fordulása ligandumok által leírt) és Δ-nek (jobb fordulat) nevezhető. A hexol egy királis kobalttartalmú komplex, amelyet először Alfred Werner fedezett fel. A szilárd hexol fontos az első szénmentes anyag, amely tükrözi az optikai aktivitást.

Az aminok kiralitása

A tercier aminok a széntartalmú vegyületekhez hasonló módon királisak: a nitrogénatom négy különböző szubsztituens csoportot hordoz, köztük egy magányos párt. A sztereocentrum inverziójának energiagátja azonban általában 30 kJ/mol körül van, ami azt jelenti, hogy a két sztereoizomer gyorsan átalakul egymással szobahőmérsékleten. Ennek eredményeként az aminok, mint például az NHRR', nem ismerhetők fel látásból, de az NRR'R" felismerhető, ha R, R' és R" ciklusos szerkezetekbe záródnak.

Kiralitás az irodalomban

Bár Lewis Carroll korában keveset tudtak a kiralitásról, Alice Through the Looking-Glass című munkája előre utalást tartalmaz különféle típusok az enantiometrikus gyógyszerek biológiai aktivitása: "Talán a tejjel ihatatlan" - mondta Alice a macskájának. James Blish Spocknak ​​meg kell halnia című regényében! sorozat " Star Trek Kiderült, hogy a Mr. Spock által tükrözött tachion vegyi anyagokat lop az orvosi öbölből, és bizonyos aminosavak és ellenkezőleg királis izomerek átalakítására használja őket.

Achiralitás és prociralitás

A kiralitás hiányát az „achiralitás” kifejezés jelöli. Az akirális molekulák indukált optikai aktivitást mutathatnak. Egy molekulát akkor mondunk prokirálisnak, ha egyetlen atomot, például a CH 2 BrCl-ben lévő hidrogénatomot fluorra cserélve királissá tehető. Ha a királis és prokirális fragmenseket egy molekulában egyesítjük, akkor a magmágneses rezonancia spektrumában megfigyelhető magdiasztereotópia jelensége lép fel. A molekulák kiralitásának kimutatásának egyik módszere ezen alapul.

Lásd még

Megjegyzések

Linkek

• A. Boriszova A vegyészek ellaposított szénnel rendelkeznek. Gazeta.ru (2010.07.30.). - A kiralitás néhány jellemzőjének leírását tartalmazza. Az eredetiből archiválva: 2011. augusztus 22. Letöltve: 2010. augusztus 22.

Szerkezeti kémia
Kémiai kötés:	Aromás | Kovalens kötés | Ionos kötés | Fém csatlakozás | Hidrogénkötés | Donor-elfogadó kötvény | Tautomeria | Van der Waals kapcsolat
Szerkezeti megjelenítés:	Funkcionális csoport | Szerkezeti képlet | Szerves vegyületek vázképlete | Kémiai képlet | Ligand | Koordinációs geometria | Koordinációs szféra
Elektronikus tulajdonságok:	Elektronegativitás | Elektronaffinitás | Ionizációs energia | A kémiai kötések polaritása | Oktett szabály

Az azonos kémiai szerkezetű molekulák térbeli szerkezetükben eltérhetnek, pl. térbeli izomerek formájában léteznek - sztereoizomerek.

A molekulák térszerkezete az atomok és atomcsoportok kölcsönös elrendeződése a háromdimenziós térben.

sztereoizomerek- olyan vegyületek, amelyek molekuláiban az atomok kémiai kötéseinek sorrendje azonos, de ezeknek az atomoknak a térben egymáshoz képest eltérő elrendezése van.

A sztereoizomerek viszont lehetnek konfigurációtÉs konformációs izomerek, azaz konfigurációban és felépítésben különböznek, ill .

Konfiguráció- ez az atomok térbeli elrendezése anélkül, hogy figyelembe vennénk az egyes kötések körüli forgásból adódó különbségeket.

A konfigurációs izomerek az egyik megszakításával és más kémiai kötések kialakításával egymásba alakulhatnak, és különálló vegyületekként létezhetnek. Két fő típusra oszthatók - enantiomerekre és diasztereomerekre. .

Enantiomerek- egymáshoz tárgyként és inkompatibilis tükörképként kapcsolódó sztereoizomerek.

Enantiomerként csak enantiomerek léteznek. királis molekulák.

Kiralitás egy tárgynak az a tulajdonsága, hogy nem kompatibilis a tükörképével. Chiral (görögből. cheir- kéz), vagy aszimmetrikus, a tárgyak a bal és a jobb kéz, valamint a kesztyűk, csizmák stb. Ezek a páros tárgyak egy tárgyat és annak tükörképét ábrázolják (8. ábra, a). Az ilyen elemek nem kombinálhatók teljesen egymással.

Ugyanakkor sok olyan tárgy van körülöttünk, amely kompatibilis a tükörképével, azaz akirális (szimmetrikus), például tányérok, kanalak, poharak stb. Az akirális tárgyaknak van legalább egy szimmetriasíkja , amely a tárgyat két tükörazonos részre osztja (lásd 8. ábra, b).

Hasonló összefüggések figyelhetők meg a molekulák világában is, vagyis a molekulákat királisra és akirálisra osztják. Az akirális molekuláknak van szimmetriasíkjuk, a királisaknak nincs.

A királis molekulák egy vagy több kiralitási központtal rendelkeznek. BAN BEN szerves vegyületek az aszimmetrikus szénatom leggyakrabban a kiralitás központjaként működik .

Rizs. 8. Királis tárgy tükrében való tükröződés (a) és az akirális tárgyat metsző szimmetriasík (b)

Az aszimmetrikus egy szénatom, amely négy különböző atomhoz vagy csoporthoz kapcsolódik.

Egy molekula sztereokémiai képletének ábrázolásakor az aszimmetrikus szénatom "C" szimbólumát általában elhagyják.

Annak megállapításához, hogy egy molekula királis vagy akirális, nem szükséges sztereokémiai képlettel ábrázolni, elég alaposan megvizsgálni a benne lévő összes szénatomot. Ha van legalább egy szénatom négy különböző szubsztituenssel, akkor ez a szénatom aszimmetrikus, és a molekula – ritka kivételektől eltekintve – királis. Tehát a két alkohol - propanol-2 és butanol-2 - közül az első akirális (két CH 3 csoport a C-2 atomon), a második pedig királis, mivel molekulájában a C-2 atomnál mind a négy a szubsztituensek különbözőek (H, OH, CH 3 és C 2 H 5). Az aszimmetrikus szénatomokat néha csillaggal (C*) jelölik.

Ezért a butanol-2 molekula olyan enantiomerpárként is létezhet, amely nem egyesül a térben (9. ábra).

Rizs. 9. A butanol-2 királis molekuláinak enantiomerjei nem egyesülnek

Az enantiomerek tulajdonságai. Az enantiomerek azonos kémiai és fizikai tulajdonságokkal rendelkeznek (olvadás- és forráspont, sűrűség, oldhatóság stb.), de eltérő optikai aktivitást mutatnak, pl. e) a sík eltérítésének képessége polarizált fény.

Amikor az ilyen fény áthalad az egyik enantiomer oldatán, a polarizációs sík balra, a másik - jobbra - ugyanazzal az α szöggel tér el. A standard feltételekre redukált α szög értéke az optikailag aktív anyag állandója és ún fajlagos forgás[α]. A balra forgást mínusz (-), a jobbra forgást pluszjellel (+), az enantiomereket pedig balra, illetve jobbra forgásnak nevezzük.

Az enantiomerek más nevei az optikai aktivitás megnyilvánulásához kapcsolódnak - optikai izomerek vagy optikai antipódok.

Minden királis vegyületnek lehet egy harmadik, optikailag inaktív formája is. racemát. Kristályos anyagok esetében ez általában nem csupán két enantiomer kristályainak mechanikai keveréke, hanem az enantiomerek által kialakított új molekulaszerkezet. A racemátok optikailag inaktívak, mivel az egyik enantiomer balra forgását kompenzálja a másik azonos mennyiségű jobbra forgása. Ebben az esetben a kapcsolat neve elé néha plusz-mínusz jel (?) kerül.

A kiralitás egy tárgynak a tükörképével való összeegyeztethetetlensége a háromdimenziós térben történő elforgatások és elmozdulások bármilyen kombinációjával. Csak egy ideális lapos tükörről beszélünk. Jobbkezes balkezessé válik és fordítva.

A kiralitás a növényekre és állatokra jellemző, maga a kifejezés pedig a görögből származik. χείρ - kéz.

A keresztcsőrűeknek jobb és bal héja, sőt jobb- és balcsőre is van (1. ábra).

1. ru.wikipedia.org/wiki/Klest-elovik#

A "tükör" gyakori az élettelen természetben (2. ábra).

2. http://scienceblogs.com

Mostanában divatba jöttek a „királis”, azaz a tükörórák (figyeljünk a számlap feliratára) (3. ábra).

3. www.bookofjoe.com

És még a nyelvészetben is helye van a kiralitásnak! Ezek palindromák: szavak és mondatváltók, pl.: MEGÜTÖM RADUE BÁCSÁT, RADUE NÉNI, MEGÜTÖM RADUE BÁCSIKÁT vagy LEENSON - BOA, DE NEM ETT ORRA A POKOLBAN!

A kiralitás nagyon fontos a vegyészek és gyógyszerészek számára. A kémia nanoméretű tárgyakkal foglalkozik ( zümmögő szó A "nano" a görögből származik. νάννος - törpe). Egy monográfiát szentelnek a kémia kiralitásának, amelynek borítóján () - királis oszlopok és két királis hexahelicén molekula (a helix- spirál).

A kiralitás fontosságát pedig az orvostudomány számára szimbolizálja az amerikai magazin júniusi számának címlapja Journal of Chemical Education 1996-ra (4. ábra).

4. http://pubs.acs.org

Az oldalán egy jókedvűen csóváló farkú kutya látható szerkezeti képlet penicillamin. A kutya belenéz a tükörbe, és onnan egy szörnyű vadállat néz rá, csupasz agyaras szájjal, tűzben égő szemekkel és égnek a szőrével. Ugyanez a szerkezeti képlet van ábrázolva a fenevad oldalán, az első tükörképe formájában. Az ebben a számban megjelent, királis drogokról szóló cikk címe sem volt kevésbé beszédes: „Amikor a gyógyszermolekulák tükörbe néznek”. Miért változtatja meg olyan drámaian a "tükörtükrözés" a molekula megjelenését? És honnan tudtad, hogy a két molekula "tükör antipód"?

A fény polarizációja és az optikai aktivitás

Newton kora óta vita folyik a tudományban arról, hogy a fény hullámok vagy részecskék. Newton úgy gondolta, hogy a fény két pólusú részecskékből áll - "északi" és "déli". A francia fizikus, Etienne Louis Malus bevezette a polarizált fény fogalmát, egy "pólus" irányban. Malus elméletét nem erősítették meg, de a név megmaradt.

1816-ban Augustin Jean Fresnel francia fizikus egy akkoriban szokatlan gondolatot fogalmazott meg, miszerint a fényhullámok keresztirányúak, mint a hullámok a víz felszínén.

Fresnel a fénypolarizáció jelenségét is kifejtette: a közönséges fényben az oszcillációk véletlenszerűen, a nyaláb irányára merőlegesen mennek végbe. Ám néhány kristályon, mint például az izlandi sparnán vagy a turmalinon áthaladva a fény felszívódik speciális tulajdonságok: a benne lévő hullámok csak egy síkban oszcillálnak. Képletesen szólva, egy ilyen fénysugár olyan, mint egy gyapjúszál, amelyet két éles borotvapenge közötti keskeny résen húznak át. Ha egy második hasonló kristályt az elsőre merőlegesen helyezünk el, a polarizált fény nem jut át ​​rajta.

Optikai eszközök - polariméterek - segítségével meg lehet különböztetni a közönséges fényt a polarizált fénytől; használják például a fotósok: a polarizáló szűrők segítenek megszabadulni a fényképen a tükröződéstől, amely akkor keletkezik, amikor a fény visszaverődik a víz felszínéről.

Kiderült, hogy amikor a polarizált fény áthalad bizonyos anyagokon, a polarizációs sík elfordul. Ezt a jelenséget először 1811-ben Francois Dominique Arago francia fizikus fedezte fel kvarckristályokban. Ez a kristály szerkezetének köszönhető. A természetes kvarckristályok aszimmetrikusak, és két típusuk van, amelyek alakjukban különböznek, mint egy tárgy a tükörképétől. Ezek a kristályok a fény polarizációs síkját ellenkező irányba forgatják; jobb- és balkezeseknek nevezték őket.

1815-ben Jean Baptiste Biot francia fizikus és Thomas Johann Seebeck német fizikus megállapította, hogy egyes szerves anyagok, például a cukor és a terpentin is képesek a polarizációs síkot elforgatni, nemcsak kristályos, hanem folyadékban is, oldott állapotban is. sőt gáz halmazállapotúak is. Kiderült, hogy minden "színsugár" fehér fény bekapcsol különböző szögben. A polarizációs sík az ibolya sugaraknál forog a legjobban, a vörösnél a legkevésbé. Ezért a polarizált fényben lévő színtelen anyag elszíneződhet.

Mint a kristályoknál, néhány kémiai vegyületek jobb- és balkezes fajták formájában is létezhetett. Az azonban továbbra is tisztázatlan maradt, hogy ez a jelenség a molekulák milyen tulajdonságához kapcsolódik: a legalaposabb kémiai elemzés nem találtam különbséget köztük! Az ilyen anyagokat optikai izomereknek, magukat a vegyületeket pedig optikailag aktívnak nevezték. Kiderült, hogy az optikai hatóanyagok létezik egy harmadik típusú izomer – optikailag inaktív. Ezt a híres svéd kémikus, Jöns Jacob Berzelius fedezte fel 1830-ban: a C 4 H 6 O 6 borkősav optikailag inaktív, a teljesen azonos összetételű borkősav pedig oldatban jobbra forog. De senki sem tudta, hogy létezik-e természetben nem előforduló „baloldali” borkősav – a jobbra forgatás antipódja.

Pasteur felfedezése

Louis Pasteur (https://ru.wikipedia.org)

A fizika kristályainak optikai aktivitása aszimmetriájukkal függött össze; teljesen szimmetrikus kristályok, például köbös kristályok asztali só, optikailag inaktívak. A molekulák optikai aktivitásának oka sokáig teljesen rejtélyes maradt. Az első felfedezést, amely rávilágított erre a jelenségre, az akkor még ismeretlen francia tudós, Louis Pasteur tette 1848-ban. Még diák korában érdeklődött a kémia és a krisztallográfia iránt, ahol a már említett Jean Baptiste Biot és a neves francia szerves vegyész, Jean Baptiste Dumas keze alatt dolgozott. A párizsi Higher Normal School elvégzése után a fiatal (mindössze 26 éves) Pasteur Antoine Balard laboratóriumi asszisztenseként dolgozott. Balar már híres vegyész volt, aki 22 évvel korábban egy új elem – a bróm – felfedezéséről vált híressé. Asszisztensének adott egy krisztallográfiai témát, nem számított arra, hogy ez kiemelkedő felfedezéshez vezet.

Pasteur kutatásai során az optikailag inaktív borkősav nátrium-ammóniumsójából oldatot készített, és a víz lassú elpárologtatásával gyönyörű prizmás kristályokat kapott ebből a sóból. Ezek a kristályok, ellentétben a borkősav kristályaival, aszimmetrikusaknak bizonyultak. A kristályok egy részének jobb, másoknak bal oldala volt egy jellegzetes lapja, és a kétféle kristály alakja mintegy tükörképe volt egymásnak.

Ezek és más kristályok ugyanolyanok lettek. Tudva, hogy ilyen esetekben a kvarckristályok különböző irányokba forognak, Pasteur úgy döntött, megvizsgálja, vajon ez a jelenség megfigyelhető-e a kapott són. Pasteur nagyítóval és csipesszel felfegyverkezve óvatosan két kupacra osztotta a kristályokat. Megoldásaik a várakozásoknak megfelelően ellentétes optikai forgatással rendelkeztek, és az oldatok keveréke optikailag inaktív (a jobb és bal polarizációt kölcsönösen kompenzálták). Pasteur nem állt meg itt. Mind a két oldatból erős kénsav segítségével kiszorította a gyengébb szerves savat. Feltételezhető, hogy mindkét esetben az eredeti borkősavat kapják, amely optikailag inaktív. Kiderült azonban, hogy az egyik oldatból nem szőlősav, hanem a jól ismert jobbra forgató borkősav keletkezett, és egy másik, de balra forgó oldatból is kaptak borkősavat! Ezeket a savakat ún d- bor (a lat. dexter- jobbra) és l- bor (a lat. laevus- bal). Ezt követően az optikai forgás irányát a (+) és (-) jelekkel, a molekula térbeli abszolút konfigurációját pedig betűkkel kezdték jelölni. RÉs S.Így az inaktív borkősav az ismert „jobboldali” és a korábban ismeretlen „baloldali” borkősav egyenlő mennyiségének keveréke. Ez az oka annak, hogy molekuláik egyenlő arányú keveréke kristályban vagy oldatban nem rendelkezik optikai aktivitással. Egy ilyen keverékhez a „racemát” nevet kezdték használni, lat. racemus- szőlő. Két antipódot, amelyek azonos mennyiségben összekeverve optikailag inaktív keveréket adnak, enantiomereknek nevezzük (a görög έναντίος szóból). - szemben).

Pasteur, felismerve kísérletének jelentőségét, kirohant a laboratóriumból, és a fizikai irodában találkozott egy laboránssal, és odasietett hozzá, és így kiáltott fel: „Nagyszerű felfedezést tettem!” Pasteurnek egyébként nagy szerencséje volt az anyaggal: a jövőben a kémikusok csak néhány hasonló esetet fedeztek fel, amikor optikailag különböző kristályok keverékéből bizonyos hőmérsékleten kristályosodik, elég nagy ahhoz, hogy nagyító alatt csipesszel szét lehessen választani.

Pasteur további két módszert fedezett fel a racemát két antipódra osztására. A biokémiai módszer azon alapul, hogy egyes mikroorganizmusok szelektíven képesek csak az egyik izomer felszívódására. Egy németországi látogatása alkalmával az egyik gyógyszerész adott neki egy hosszú ideig tartó szőlősavat, amiben zöldpenész indult meg. Pasteur laboratóriumában felfedezte, hogy egykor az inaktív sav balkezessé vált. Kiderült, hogy a zöldpenészgomba Penicillum glaucum csak a jobb oldali izomert „eszik”, a bal oldali változatlan marad. Ez a penész ugyanúgy hatással van a mandulasav racemátjára is, csak ebben az esetben a balra forgató izomert „falja” anélkül, hogy hozzáérne a jobbra forgatóhoz.

A racemátok elválasztásának harmadik módja tisztán kémiai volt. Számára egy optikailag aktív anyagra volt szükség, amely racém keverékkel kölcsönhatásba lépve másként kötődik az egyes enantiomerekhez. Ennek eredményeként a keverékben lévő két anyag nem lesz antipód (enantiomer), és két különböző anyagként szétválasztható. Ez egy ilyen modellel magyarázható repülőgépen. Vegyünk két antipód keverékét - I és R. Kémiai tulajdonságaik megegyeznek. Vigyünk a keverékbe egy aszimmetrikus (királis) komponenst, például Z-t, amely ezekben az enantiomerekben bármely hellyel reagálhat. Két anyagot kapunk: I Zés ZR (vagy I Zés R.Z.). Ezek a szerkezetek nem tükörszimmetrikusak, így az ilyen anyagok pusztán fizikailag (olvadáspont, oldhatóság, valami más) különböznek egymástól, és szétválaszthatók.

Pasteur még sok felfedezést tett, többek között a lépfene és veszettség elleni védőoltásokat, aszeptikus és antiszeptikus módszereket vezetett be.

Pasteur tanulmánya, amely bebizonyította egy optikailag inaktív vegyület antipódokra - enantiomerekre való "felosztásának" lehetőségét, kezdetben sok kémikus bizalmatlanságát keltette fel, azonban későbbi munkáihoz hasonlóan ez is felkeltette a tudósok legnagyobb figyelmét. Hamarosan Joseph Achille Le Bel francia kémikus a harmadik Pasteur-módszerrel több alkoholt optikailag aktív antipódokra hasított. Johann Wislicenus német vegyész megállapította, hogy két tejsav létezik: optikailag inaktív, amely a savanyú tejben képződik (erjesztett tejsav), és jobbra forgató, amely a működő izomban jelenik meg (hús-tejsav). Egyre több ilyen példa akadt, és egy elméletre volt szükség annak magyarázatára, hogy miben különböznek egymástól az antipódok molekulái.

Van't Hoff elmélet

Jacob Hendrik van't Hoff (https://ru.wikipedia.org)

Ezt az elméletet egy fiatal holland tudós, Jacob Hendrik Van't Hoff alkotta meg, aki 1901-ben megkapta az első Nóbel díj kémiában. Elmélete szerint a molekulák, akárcsak a kristályok, lehetnek királisak – „jobbra” és „balra”, lévén egymás tükörképei. A legegyszerűbb példa- olyan molekulák, amelyekben négy különböző csoporttal körülvett úgynevezett aszimmetrikus szénatom található. Ez a legegyszerűbb alanin aminosav példájával igazolható. A két ábrázolt molekula a térben semmilyen forgatással nem kombinálható.

Sok tudós bizalmatlanul reagált Van't Hoff elméletére. A híres német szerves vegyész, kiváló kísérletező, a lipcsei egyetem professzora, Adolf Kolbe pedig egy obszcén durva cikkben robbant be Journal fur praktische Chemie"Zeiche der Zeit" ("Az idők jelei") rosszindulatú címmel. Van't Hoff elméletét az „emberi elme hordalékához” hasonlította, „egy divatos ruhákba öltözött cocottal, aki arcát fehérrel és vörössel takarja el, hogy egy tisztességes társadalomba kerüljön, amelyben nincs helye számára. " Kolbe azt írta, hogy Egy bizonyos van't Hoff orvos, aki az utrechti állatorvosi iskolában dolgozik, nyilvánvalóan nem szereti az egzakt kémiai kutatásokat. Kellemesebbnek találta egy Pegasuson ülni (valószínűleg egy állatorvosi iskolától kölcsönözve), és elmeséli a világnak, amit a Parnassus vegyszerből látott... Az igazi kutatókat lenyűgözi, hogy a szinte ismeretlen vegyészeket milyen magabiztosan ítélik meg a legnagyobb probléma kémia - az atomok térbeli helyzetének kérdése, amely talán soha nem fog megoldódni... A tudományos kérdések ilyen megközelítése nem áll távol a boszorkányokba és szellemekbe vetett hittől. Az ilyen vegyészeket pedig ki kell zárni az igazi tudósok sorából, és a természetfilozófusok táborával kell számolni, akik alig különböznek a spiritualistáktól.».

Idővel van't Hoff elmélete teljes elismerést nyert. Minden vegyész tudja, hogy ha egy keverékben egyenlő számú "jobboldali" és "baloldali" molekula van, akkor az anyag egésze optikailag inaktív lesz. Ezeket az anyagokat a lombikban hagyományos kémiai szintézis eredményeként nyerik. És csak az élő szervezetekben, aszimmetrikus szerek, például enzimek részvételével aszimmetrikus vegyületek képződnek. Tehát a természetben csak egy konfigurációjú aminosavak és cukrok dominálnak, és antipódjaik képződését elnyomják. Egyes esetekben a különböző enantiomerek mindenféle műszer nélkül is megkülönböztethetők – amikor eltérően lépnek kölcsönhatásba szervezetünk aszimmetrikus receptoraival. Feltűnő példa erre a leucin aminosav: jobbra forgató izomerje édes, balra forgatója keserű.

Természetesen azonnal felmerül a kérdés, hogyan jelentek meg a Földön az első optikailag aktív kémiai vegyületek, például ugyanaz a természetes jobbra forgató borkősav, vagy hogyan keletkeztek "aszimmetrikus" mikroorganizmusok, amelyek csak az egyik enantiomerrel táplálkoznak. Valóban, személy hiányában nem volt senki, aki az optikailag aktív anyagok irányított szintézisét elvégezze, nem volt senki, aki a kristályokat jobbra és balra osztotta volna! Az ilyen kérdések azonban olyan összetettnek bizonyultak, hogy a mai napig nincs rájuk egyértelmű válasz. A tudósok csak abban értenek egyet, hogy léteznek aszimmetrikus szervetlen vagy fizikai tényezők (aszimmetrikus katalizátorok, polarizált napfény, polarizált mágneses tér), amelyek kezdeti lendületet adhatnak a szerves anyagok aszimmetrikus szintézisének. Hasonló jelenséget figyelünk meg az "anyag - antianyag" aszimmetria esetében is, hiszen minden tértestek csak anyagból állnak, és a szelekció a világegyetem kialakulásának legkorábbi szakaszában történt.

Királis gyógyszerek

A vegyészek az enantiomereket gyakran egyetlen vegyületként említik, mivel kémiai tulajdonságaik azonosak. Biológiai aktivitásuk azonban teljesen eltérő lehet. Az ember egy királis lény. És ez nem csak arra vonatkozik kinézet. A "jobboldali" és a "baloldali" gyógyszerek, amelyek kölcsönhatásba lépnek a szervezetben lévő királis molekulákkal, például enzimekkel, eltérően hatnak. A „helyes” gyógyszer úgy illeszkedik a receptorába, mint egy zár kulcsa, és elindítja a kívánt biokémiai reakciót. A „rossz” antipód akciója ahhoz a kísérlethez hasonlítható, hogy jobb kezével megrázza vendége bal kezét. Az optikailag tiszta enantiomerek szükségességét az is magyarázza, hogy gyakran csak az egyikük fejti ki a kívánt terápiás hatást, míg a második antipód legjobb esetben használhatatlan, rosszabb esetben pedig nem kívánt mellékhatásokat okoz.
hatása, vagy akár mérgező is lehet. Ez a szenzáció után nyilvánvalóvá vált tragikus történelem talidomiddal, egy olyan gyógyszerrel, amelyet az 1960-as években terhes nőknek írtak fel hatékony altatóként és nyugtatóként. Idővel azonban megnyilvánult oldalsó teratogén (görögül τέρας - szörnyeteg) hatása, és
nagyon sok baba született veleszületett deformációval. Csak az 1980-as évek végén derült ki, hogy a talidomidnak csak az egyik enantiomerje, a jobbra forgató enantiomer okozta a szerencsétlenséget, és csak a balra forgató izomer hatékony nyugtató hatású. Sajnos az adagolási formák hatásában ekkora különbséget korábban nem ismertek, így a forgalomba hozott talidomid mindkét antipód racém keveréke volt. A molekula két fragmentumának térbeli elrendezésében különböznek egymástól.

Még egy példa. A penicillamin, amelynek szerkezetét egy kutyára és egy farkasra rajzolták egy magazin címlapjára, a cisztein aminosav meglehetősen egyszerű származéka. Ezt az anyagot rézzel, higannyal, ólommal és más nehézfémekkel történő akut és krónikus mérgezésre használják, mivel képes erős komplexeket képezni ezen fémek ionjaival; a keletkező komplexeket a vesék eltávolítják. A penicillamint is használják különféle formák rheumatoid arthritis, néhány más esetben. Ebben az esetben csak a gyógyszer "bal" formáját használják, mivel a "jobb" forma mérgező és vaksághoz vezethet.

Az is előfordul, hogy minden enantiomernek megvan a saját specifikus hatása. Tehát balra forgató S-tiroxin ( gyógyszerkészítmény A Levotroid egy természetesen előforduló pajzsmirigyhormon. A jobbra forgó R-tiroxin (dextroid) pedig csökkenti a vér koleszterinszintjét. Egyes gyártók palindrom kereskedelmi nevekkel állnak elő az ilyen esetekre, például darvon és novrad a szintetikus kábító fájdalomcsillapító és köhögés elleni gyógyszerre.

Jelenleg sok gyógyszert optikailag tiszta vegyületek formájában állítanak elő. Ezeket három módszerrel állítják elő: racém keverékek szétválasztásával, természetes optikailag aktív vegyületek módosításával és közvetlen szintézissel. Ez utóbbihoz királis források is szükségesek, mivel bármely más hagyományos szintetikus módszer racemátot eredményez. Ez egyébként az egyik oka egyes gyógyszerek nagyon magas költségének, mivel csak az egyikük irányított szintézise - nehéz feladat. Ezért nem meglepő, hogy a világszerte előállított számos szintetikus királis drognak csak egy kis része optikailag tiszta, a többi racemát.

Ilya Leenson,
folypát. chem. Tudományok, művészet. tudományos együttműködő Moszkvai Állami Egyetem Kémiai Kara

A szerkezeti izomerek mellett az alkánok sorozatában vannak térbeli izomerek is. Ezt a 3-metil-hexán példájával ábrázolhatjuk.

A C*-nak nevezett szénatom négy különböző csoporthoz kapcsolódik. Ebben a szénhidrogénben azonos atomkötési sorrend mellett alkilcsoportok eltérően helyezkedhetnek el a C* szénatom körüli térben. A térbeli izomerek síkon történő ábrázolására többféleképpen is lehetőség van (6.1., 6.2. ábra).

Rizs. 6.1. Térfogati kép "ékek" használatával

Rizs. 6.2. Vetítési képletek Halász

A 6.2. ábrán a C* szénatom középen, a vízszintes vonal a C* szén és a rajzsík előtt kiálló csoportok közötti kötést, a függőleges vonal pedig a C* atom és a a rajzsík mögött elhelyezkedő csoportok. A Fisher-vetületek csak a rajzsíkban forgathatók el, és csak 180 fokkal, nem 90 fokkal vagy 270 fokkal. Ezek a képletek két különböző vegyületet jelentenek. Ugyanúgy különböznek egymástól, mint egy tárgy és annak tükörképe, vagy mint egy bal és jobb kéz. A bal és a jobb kéz két nagyon hasonló tárgy, de lehetetlen kombinálni őket (nem lehet a bal kesztyűt a jobb kézre tenni), ami azt jelenti, hogy két különböző tárgyról van szó.

Két vegyületet: egy tárgyat és tükörképét (I és II), amelyek egymással nem kompatibilisek, enantiomereknek nevezik (a görög „enantio” szóból - ellenkezőleg).

A vegyület azon tulajdonságát, hogy enantiomerek formájában létezik, kiralitásnak nevezik (a görög "chiros" szóból - kéz), magát a vegyületet pedig királisnak.

A 3-metil-hexán molekulának nincs szimmetriasíkja, ezért enantiomerek formájában létezhet (lásd 6.1. ábra).

Egy molekulának van kiralitása, ha nincs szimmetriasíkja. Számos olyan szerkezeti elem létezik, amelyek miatt egy molekula nem azonos a tükörképével. Ezek közül a legfontosabb a királis szénatom.

A királis atom vagy királis centrum egy szénatom, amely négy különböző csoporthoz kapcsolódik, és C*-nak jelöljük.

Az a molekula, amelyben két vagy több azonos csoport kapcsolódik egy szénatomhoz, szimmetriasíkja van, ezért nincs kiralitása, mivel a molekula és tükörképe azonos. Az ilyen molekulákat ún akirális .

Például az izopentán nem létezhet enantiomerként, és nincs kiralitása.

Az enantiomerek ugyanezt mutatják fizikai tulajdonságok, egy kivétellel. Például a 2-bróm-bután molekula két enantiomerként létezik. Forráspontjuk, olvadáspontjuk, sűrűségük, oldhatóságuk, törésmutatójuk azonos. Az egyik enantiomert a sík polarizált fény forgásának jelével lehet megkülönböztetni a másiktól. Az enantiomerek a polarizált fény síkját azonos szögben forgatják, de különböző irányokba: az egyik - az óramutató járásával megegyező, a másik - azonos szöggel, de az óramutató járásával ellentétes irányba.

Az enantiomerek azonos kémiai tulajdonságokkal rendelkeznek, a kiralitást nem ismerő reagensekkel való kölcsönhatásuk sebessége azonos. Optikailag aktív reagenssel végzett reakció esetén az enantiomerek reakciósebessége eltérő. Néha annyira különböznek egymástól, hogy egy adott reagens reakciója az enantiomerek egyikével egyáltalán nem megy végbe.

Az élethez számos fontos és szükséges molekula két formában létezik. Ez a két forma királis, mivel egy ideális lapos tükörben való visszaverődésüket nem lehet egymásra helyezni. Úgy viszonyulnak egymáshoz, mint egy bal és jobb kéz. Ezért ezt a tulajdonságot ún kiralitás(a görög cheir szóból - kéz).

A molekulák két formáját ún enantiomerek vagy optikai izomerek. Az enantiomereknek a kiralitás ellentétes jelentése van, azaz. ellentétes konfiguráció. Az egyik enantiomer a síkban polarizált fény polarizációs síkját jobbra, a másik enantiomer pedig pontosan ugyanilyen szögben balra forgatja.

Egy kristály vagy molekula kiralitását azok határozzák meg szimmetria. Molekula akirális (nem királis), akkor és csak akkor, ha van nem megfelelő forgástengely, vagyis egy n-szeres elforgatás (360°/n-es elforgatás), majd egy erre a tengelyre merőleges síkban történő visszaverődéssel a molekula önmagára tükröződik. Tehát a molekula királis, ha nincs ilyen tengelye, pl. ha az azonosságtranszformáción kívül nincs más szimmetriaművelet, amely a molekulát önmagára tükrözné. Mivel a királis molekulák nem rendelkeznek ilyen szimmetriával, ezért ún diszszimmetrikus. Nem feltétlenül aszimmetrikusak (azaz szimmetria nélküliek), mivel más formájuk is lehet. szimmetria. Azonban minden aminosav (a glicin kivételével) és sok cukor valóban aszimmetrikus és diszszimmetrikus.

Kiralitás és élet

Gyakorlatilag minden biológiai polimernek homokirálisnak kell lennie ahhoz, hogy működjön (minden monomerük azonos irányú. Egy másik használt kifejezés az optikailag tiszta vagy 100%-os optikailag aktív). A fehérjékben lévő összes aminosav „balkezes”, míg a DNS-ben, az RNS-ben és az anyagcsereútvonalakban lévő összes cukor „jobbkezes”.

50%-ban jobbos és 50%-os baloldali formák keverékét nevezzük racemát vagy racém keverék. A racém polipeptidek nem tudják kialakítani az enzimek által megkívánt speciális formákat, mert ilyenkor az oldalláncaik véletlenszerűen kilógnak. Ezenkívül egy nem megfelelő kiralitású aminosav tönkreteszi a stabilizáló α-hélixet a fehérjékben. A DNS nem lehet stabil hélix formájában, ha legalább egy rossz kiralitású monomer lenne – lehetetlen lenne hosszú láncokat alkotni. Ez azt jelenti, hogy a DNS nem lenne képes sok információt tárolni és életet fenntartani.

A hagyományos kémia racemátokat termel

Egy elismert szerves kémia tankönyv bátran idéz egy egyetemes kémiai szabályt:

"A királis vegyületek akirális reagensekből történő szintézise mindig racém módosulást eredményez.""Optikailag inaktív reagensek optikailag inaktív termékeket termelnek"

Ez a termodinamika törvényeinek következménye. A jobb és a bal alak szabadenergiája (G) azonos, így a szabadenergia-különbség (ΔG) nulla. Állandó Kémiai egyensúly(K) - a kémiai egyensúly elérésekor a rendszerben lévő anyagok koncentrációi közötti kölcsönös függést kifejező érték. Bármely reakció egyensúlyi állandója (K) a termékek koncentrációjának a hatóanyaghoz viszonyított egyensúlyi aránya. A két elem közötti reakciót bármely Kelvin-hőmérsékleten (T) a standard képlettel ábrázoljuk:

K = exp(–ΔG/RT)

ahol R az abszolút gázállandó (= Avogadro-szám * Boltzmann-állandó k) = 8,314 j./K.mol

A "bal" aminosavak "jobbra" (L → R) vagy fordítva (R → L) megváltoztatásának reakciójához ΔG \u003d 0, tehát K \u003d 1. Így a reakció akkor ér el egyensúlyt, amikor a A molekulák "baloldali" és "jobboldali" formái azonosak, azaz. racemát keletkezik. Ez magyarázza a fenti oktatószabályt.

A bal oldali formák elválasztása a jobbtól

A racemát rezolválásához (vagyis a két enantiomer szétválasztásához) egy másik homokirális anyagot kell bevinni. Az eljárást egy szerves kémia tankönyv ismerteti. Az ötlet az, hogy az anyag „baloldali” és „jobboldali” formái ugyanazokkal a tulajdonságokkal rendelkeznek, kivéve, ha királis jelenségről van szó. Analógia: A bal és a jobb kezünk ugyanúgy megragad egy akirális tárgyat, például egy baseballütőt, de másképpen illeszkedik a királis tárgyakhoz, például a bal kézi kesztyűhöz. Így a racemát megoldásához a vegyész általában élő szervezetekből származó, kész homokirális anyagot használ. Az R és L enantiomerek reakciótermékei a kizárólag jobboldali R´ anyaggal, azaz R-R´ és L-R´ (úgynevezett diasztereoizomerek) nem egymás tükörképei. Így eltérő fizikai tulajdonságokkal rendelkeznek, például vízben oldódnak, ami azt jelenti, hogy szétválaszthatók.

Ez azonban nem oldja meg az élő szervezetek optikai aktivitásának eredeti eredetének rejtélyét. Legutóbbi nemzetközi konferencia "A homokiralitás és az élet eredete" világosan megmutatta, hogy ennek a kiralitásnak az eredete teljes rejtély az evolucionisták számára. Egy homokirális polimer véletlenszerű kialakulásának valószínűsége N monomerből 2 –N. Egy kis, 100 aminosavból álló fehérje esetében ez a valószínűség = 2 -100 = 10 -30. Megjegyzendő, hogy ez bármely homokirális polipeptid előállításának valószínűsége. A funkcionális homokirális polimer kialakulásának valószínűsége rendkívül kicsi, mivel sok helyen szükséges az aminosavak pontos sorrendje. Természetesen sok homokirális polimer szükséges az élethez, ezért a valószínűségeket meg kell szorozni. Az eset tehát nem alternatíva.

Egy másik probléma, hogy a homokirális biológiai anyagok idővel racemizálódnak. Ez az aminosav racemizációs kormeghatározási módszer alapja. Kormeghatározási módszerként nem túl megbízható, mivel a racemizáció mértéke nagymértékben függ a hőmérséklettől és a pH-tól, valamint az aminosav típusától. A racemizáció a peptidek szintézisében és hidrolízisében is óriási probléma. Ez azt mutatja, hogy az élettelen kémia a halál felé irányul, nem az élet felé.

A kiralitás fontosságának tragikus emlékeztetője a talidomid. Az 1960-as évek elején ezt a gyógyszert olyan terhes nőknek írták fel, akik reggeli rosszulléttől és hányástól szenvedtek. Míg azonban a bal oldali formák erős nyugtatók, a jobb oldali formák megzavarhatják a magzat fejlődését, ami súlyos születési rendellenességekhez vezethet. Sajnos a gyógyszer szintézise során a racemát keletkezett, ahogy az várható is volt, és a rossz enantiomert nem távolították el a gyógyszer forgalomba hozatala előtt.

Saját kémia oktatásom során az egyik szükséges kísérlet ezeket a fogalmakat demonstrálta. A 3+ 9 diszszimmetrikus komplex iont akirális reagensekből szintetizáltuk, így racemát keletkezett. Növényi eredetű homokirális savval végzett reakcióval rezolváltuk, így diasztereoizomereket képeztünk, amelyek frakcionált kristályosítással rezolválhatók. Amikor a keletkezett homokirális kristályok feloldódtak, és oldott aktív szenet (katalizátort) adtunk hozzá, az anyag gyorsan racemizálódott, mivel a katalizátor felgyorsította az egyensúlyi állapotot.

Az élet eredetével foglalkozó kutatók más eszközöket próbáltak kidolgozni a szükséges homokiralitás elérésére. Sikertelen kísérletek történtek a racemátok más módon történő megoldására.

UV fény körkörös polarizációval

Körkörös polarizációjú fényben az irány elektromos mező a nyaláb mentén forog, tehát királis jelenségről van szó. A homokirális anyagok eltérő abszorpciós intenzitással rendelkeznek a bal és a jobb CP fényben – ez az ún. cirkuláris dikroizmus (CD). Hasonlóképpen, a CP fényt a bal- és jobbkezes enantiomerek eltérően nyelték el. Mivel a fotolízis (fénypusztulás) csak akkor megy végbe, amikor a fény fotonjai elnyelődnek, a CP fény az egyik enantiomert gyorsabban és könnyebben elpusztítja, mint a másikat. Mivel azonban a fény bizonyos mértékig a "helyes" formát is tönkreteszi, ez nem eredményezné az élethez szükséges 100%-os homokiralitást. Az egyik legjobb eredmény a 20%-os optikai tisztaságú kámfor volt, de ez azután történt, hogy a kiindulási anyag 99%-a megsemmisült. 35,5%-os optikai tisztaság jönne ki 99,99%-os lebomlás után. "Majdnem optikailag tiszta keverék (99,99%) ... az aszimptotikus ponton jön létre, ahol egyáltalán nem marad anyag."

További probléma, hogy a CD nagysága és előjele (azaz a bal vagy jobb formák bátorítása) a CP fény frekvenciájától függ, ami azt jelenti, hogy a felbontás csak szűk frekvenciasávban tud CP fénnyel. Széles sávban azonban az enantioszelektív hatások elpusztítják.

A közelmúltban Jeremy Bailey ausztrál csillagász cikke keltette életre a cirkulárisan polarizált fény ötletét, mint a kiralitás problémájának megoldását. Tudományés nyilvánosságot kapott a médiában. Csapata körkörösen polarizált infravörös sugárzást észlelt a ködben. A cikkben egyetértenek abban, hogy nem találták sem a szükséges cirkulárisan polarizált ultraibolya fényt, sem bizonyítékot arra, hogy a ködben aminosavak képződnek. Tisztában vannak a CP fény rendkívül korlátozott enantioszelektivitásával és azzal is, hogy a hatás a teljes spektrumban nulla. A kémiai evolúcióba vetett hitük azonban befolyásolja az adatok értelmezését.

Nem minden evolucionistát győz meg Bailey csapatának javaslata. Például Jeffrey Bada azt mondta: „Ez csak a „talán”-nak nevezett lépések sorozata. Számomra ez teszi az egész összképet egy nagy "talán"-ba.

Egy másik javasolt cirkulárisan polarizált fényforrás a neutroncsillag szinkrotron, de ez csak spekuláció, és nem oldja meg a kémiai problémákat.

Béta-bomlás és a gyenge nukleáris erő ereje

A béta-bomlás a radioaktív bomlás egyik formája, és a természet négy alapvető erőjének egyike, a gyenge nukleáris erő hajtja. Ennek az erőnek van egy kis kiralitása, amelyet paritásmegmaradásnak neveznek, ezért egyes teoretikusok úgy gondolták, hogy a β-bomlás felelős lehet az élő szervezetek kiralitásáért. A gyenge nukleáris erő erősségét azonban találóan nevezik meg - a hatás nagyon kicsi -, nagyon messze van attól, hogy a szükséges 100%-os homokiralitást megteremtse. Az egyik kiralitási szakértő, William Bonnet szerves kémikus, a Stanfoy Egyetem emeritus professzora elmondta: "egyik munka sem adott meggyőző eredményt". Egy másik kutató arra a következtetésre jutott:

"a szükséges kivételes prebiológiai körülmények nem támasztják alá a β-radiolízis gondolatát, mint a vadon élő állatok optikai aktivitásának szelekciós tényezőjét"

A paritás meg nem őrzésének másik szempontja, hogy az L-aminosavak és a D-cukrok energiája elméletileg valamivel alacsonyabb, mint enantiomerjeik. De az energiakülönbség mérhetetlen - csak körülbelül 10-17 kT. Ez azt jelenti, hogy az aminosavak racém keverékének minden 6x10 17 molekulájára csak egy feleslegben lévő L-enantiomer lesz!

Optikailag aktív kvarcporok

A kvarc egy széles körben elterjedt ásvány, a szilícium-dioxid (SiO 2 ) leggyakoribb formája a Földön. Kristályai hatszögletűek és aszimmetrikusak. Egyes kutatók megpróbáltak optikailag aktív kvarcporokat használni, hogy az egyik enantiomert jobban felszívják, mint a másikat. De próbálkozásaik nem jártak sikerrel. Ezenkívül a Földön egyenlő számú jobb- és balkezes kvarckristály található.

önkiválasztás

Egyes királis anyagok homokirális kristályokká kristályosodnak. Louis Pasteur nemcsak a betegségek csíraelméletének megalapítója volt, hanem az élet "spontán eredetéről" szóló eszmék rombolója és kreacionista is. Ő volt az első ember a történelemben, aki megoldott egy versenytársat. Egy ilyen anyag, a nátrium-aluminát-tartarát bal és jobb oldali kristályait csipesszel választotta el.

Ez a szétválás egy intelligens kutató külső beavatkozásának köszönhető, aki képes volt felismerni a különböző mintákat. Az állítólagos primitív Földön nem volt ilyen felfedező. Ezért a két forma, még ha véletlenül is elválasztható lenne, ismét együtt oldódna, és ismét egy racemátot alkotna.

Pasteurnek szerencséje volt, hogy azon kevés anyagok egyikét választotta, amely magától kristályos formára bomlik. És ez az anyag is csak 23°C alatti hőmérsékleten rendelkezik ezzel a tulajdonsággal, így még szerencse, hogy a 19. századi laboratóriumokat nem fűtötték túl jól!

Sikeres vetés

Egyes teoretikusok azt javasolták, hogy egy homokirális kristályokkal túltelített oldat sikeres beoltása ugyanazt az enantiomert kristályosítaná ki. Azonban az "ősleves", ha létezett volna, rendkívül híg és erősen szennyezett lett volna, amint azt sok kutató megjegyezte. Ezenkívül semmit sem lehetett tenni a növekvő homokirális kristályokkal, mivel az a megmaradt rossz enantiomer oldatába merülne. Az oldat betöményítése a rossz enantiomer kristályosodását eredményezné. Az oldat hígítása feloldaná a kristályt, így a tervezett folyamatot elölről kell kezdeni.

Homokirális minta

Egyes kutatók azt javasolták, hogy a homokirális polimer véletlenül keletkezett, és sablonként szolgált. Ez a feltételezés azonban komoly problémákba ütközik. 100%-ban jobboldali policitidilsav (csak citozin monomereket tartalmazó RNS) sablonját szintetizálták (okos vegyészek!). Ez irányíthatja az oligomerizációt (kis láncok képződését) (aktivált) G (guanin) nukleotidokból. Valójában a tiszta jobbkezes G-k sokkal hatékonyabban oligomerizálódnak, mint a tiszta balkezes G-k. De a racém G-k nem oligomerizálódnak, mert:

„Az ellentétes kiralitású monomerek lánclezáróként beépülnek a sablonba… Ez az elnyomás az élet keletkezésének számos elmélete számára komoly probléma”

A tRNS-ek a megfelelő enantiomereket választották ki

A kiralitási probléma megoldására Russell Doolittle, a San Diego-i Kaliforniai Egyetem biokémia professzora tett egy kísérletet. Azt állította: "[t-RNS-szintáz] létezésük kezdetétől valószínűleg csak L-aminosavakat kötöttek" Soha nem magyarázza meg, hogyan működhetnének az ilyen összetett enzimek, ha maguk nem lennének homokirálisak, vagy hogyan működtek azelőtt, hogy az RNS homokirális ribózból állt volna. Doolittle „megoldása” nem más, mint a probléma megoldása. Aligha cáfolható, ha nem az a tény, hogy egy híres teremtésellenes könyvben jelent meg, ami mond valamit a szerkesztésük minőségéről vagy a teremtésellenes érvek minőségéről.

Úgy tűnik, Doolittle megpróbálta megmagyarázni a korábbi televíziós teremtés/evolúció vitáját Dwayne Gish biokémikussal, amely 5000 ember előtt zajlott a Liberty Egyetemen 1981. október 13-án. Proevolutionary Journal Tudomány a vitát Gish javára "kudarcnak" minősítette. Másnap evolúciópárti washingtoni posta„A tudomány egy nullát vesztett a kreacionizmus miatt” címmel számolt be a vitáról. A cikk idézte Dullittle-t: „Hogyan fogok találkozni a feleségemmel?”, ami arra utal, hogy Dullittle maga is tudta, hogy elveszett.

Mágneses mezők

Számos német kémikus Edhard Bremeier vezetésével az Intézetből Szerves kémiaés a bonni Biochemistry kijelentette, hogy egy nagyon erős mágneses tér (1,2–2,1 T) 98%-ban homokirális termékeket állít elő az akirális reagensekből. Ez lehetővé tette a vegyészek, például Philip Kosiensky, a Southamptoni Egyetem munkatársa számára, hogy feltételezzék, hogy a Föld mágneses tere okozhatta az élet homokiralitását. Bár a Föld mágneses tere közel 10 000-szer gyengébb, mint a kísérletben használt, Kosienski úgy vélte, hogy hatalmas időtávok eredményezték volna a ma tapasztalt homokiralitást. Valószínűleg megfeledkezett a paleomágneses tér reverzióiról!

Más vegyészek, például Tony Barret, az Imperial College London munkatársa úgy gondolta, hogy a német kísérlet „túl szépnek tűnik, hogy igaz legyen”. Ez az óvatosság körülbelül hat héttel ezelőtt kifizetődött. Senki más nem tudta reprodukálni a német csapat eredményeit. Kiderült, hogy a munkacsoport egyik kutatója, Guido Zadel, akinek disszertációja a munka alapjául szolgált, homokirális adalékanyaggal keverte össze a reagenseket.

[Magnetokirális dikroizmus – postscript]

Következtetés

A korábban idézett oktatóanyag így szól:

„Optikailag aktív kenyeret és húst eszünk, házakban élünk, ruhát hordunk és optikailag aktív cellulózból készült könyveket olvasunk. Az izmainkat alkotó fehérjék, a májunkban és a vérünkben lévő glikogén, az enzimek és hormonok… mind optikailag aktívak. A természetes anyagok optikailag aktívak, mivel az őket alkotó enzimek ... optikailag aktívak. Az optikailag aktív enzimek eredetét illetően csak találgathatunk."

Ha az élet eredetéről csak "spekulálni" tudunk, miért mondják olyan sokan, hogy az evolúció "tény"? Ismételje elég gyakran a pletykát, és az emberek lenyelik.

Linkek és jegyzetek