Жизнь замечательных веществ

Натуральные материалы содержат (практически всегда) только один из зеркальных изомеров (такие уже особенности синтеза природных соединений самой природой), но в результате лабораторного синтеза можно получить только смесь обоих зеркальных изомеров (как правило, в равных соотношениях). Натуральное лавандовое масло содержит 85 % (R) – изомера линалоола, в то время как (S) – линалоол является главным компонентом (94–96 %) натурального цитрусового масла. Таким образом, определение соотношения зеркальных изомеров может использоваться в экспертизе подлинности масла для ароматерапии и других целей.

Ментол

Мята, леденцы «Взлетные», пастилки от кашля, дамские сигареты – все эти предметы объединяет одно замечательное вещество – ментол. Ментол – это тривиальное (исторически сложившееся) название, в соответствии с номенклатурой оно называется 2-изопропил– 5-метилциклогексанол. Несмотря на кажущуюся простоту и распространенность ментола, эта молекула не так уж и проста – в ней содержится три асимметрических (хиральных) атома углерода, и она может образовать 2³, то есть восемь оптических изомеров.

Маленькое отступление для тех, кто не знает слов «оптические изомеры», «зеркальные изомеры» и «хиральность».

Если атом углерода в молекуле связан с четырьмя различными атомами или атомными группами, то возможно существование двух соединений с одинаковой структурной формулой, но отличающихся пространственным строением. Молекулы таких соединений относятся друг к другу как предмет и его зеркальное изображение и являются пространственными изомерами.

Молекулы оптических изомеров несовместимы в пространстве (как левая и правая руки – отсюда ещё один термин для оптически активных соединений «хиральные» – от греческого «хирос» – рука), в них отсутствует плоскость симметрии. Таким образом, оптическими изомерами называются пространственные изомеры, молекулы которых относятся между собой как предмет и несовместимое с ним зеркальное изображение.

Оптические изомеры имеют одинаковые физические (температура плавления, кипения, растворимость в оптически неактивных растворителях) и химические свойства (реакции с оптически неактивными веществами), но различаются отношением к поляризованному свету. Такие изомеры обладают оптической активностью (один из них вращает плоскость поляризованного света влево, а другой – на такой же угол вправо). Различия в химических свойствах наблюдаются только в реакциях с оптически активными реагентами.

Оптическая изомерия проявляется в органических веществах различных классов и играет очень важную роль в химии природных соединений.

«Когда молекулы лекарства смотрятся в зеркало» (When Drug Molecules Look in the Mirror) – это заголовок статьи, опубликованной в июньском номере за 1996 год американского журнала Journal of Chemical Education. На первой странице обложки этого номера был следующий рисунок. На боку добродушно виляющего хвостом пса была изображена структурная формула пеницилламина. Пес смотрел в зеркало, а оттуда на него глядел страшный зверь с оскаленной клыкастой пастью и вставшей дыбом шерстью. На боку зверя была изображена та же самая структурная формула в виде зеркального отображения первой. Почему же фактически одно и то же вещество имеет столь разные обличья?

Дело в том, что часто только один из зеркальных изомеров обладает требуемым терапевтическим эффектом, тогда как второй антипод может вызвать нежелательные побочные эффекты или даже быть токсичным. Бывает и так, что каждый энантиомер обладает своим специфическим действием. Так, S(—) – тироксин («левотроид») – это природный гормон щитовидной железы. А правовращающий R(+) – тироксин («декстроид») понижает содержание холестерина в крови.

Некоторые производители придумывают для подобных случаев торговые названия-палиндромы, например, Darvon и Novrad. Но это, скажем так, ещё хороший вариант – хуже бывает, когда один из зеркальных изомеров проявляет фармакологическую активность, а его отражение является токсином или мутагеном.

Чем же объясняется различное действие энантиомеров? Человек – существо хиральное, то есть асимметричное. Асимметрично и его тело, и молекулы биологически активных веществ, из которых оно состоит. Молекулы хиральных лекарств, взаимодействуя с определенными хиральными центрами организма, например ферментами, могут действовать по-разному в зависимости от того, каким именно энантиомером является лекарство. «Правильное» лекарство подходит к своему рецептору, как ключ к замку, и запускает желаемую биохимическую реакцию. Действие же «неправильного» антипода можно уподобить попытке пожать правой рукой левую руку своего гостя.