Stereokemija
Stereokemija je poddisciplina kemije koja proučava prostorni raspored atoma koji tvore strukturu molekula i njihovu manipulaciju.[1] Proučavanje stereokemije usredotočeno je na odnose između stereoizomera, koji su definirani kao spojevi koji imaju istu molekulsku formulu i slijed vezanih atoma (konstituciju), ali se razlikuju u geometrijskom položaju atoma u prostoru. Iz tog razloga, također je poznata kao 3D kemija—prefiks "stereo-" znači "trodimenzionalnost".[2] Stereokemija se odnosi na sve vrste spojeva i iona, organske i anorganske vrste. Stereokemija utječe na biološku, fizikalnu i supramolekularnu kemiju.
Stereokemijska znantno utječe na reaktivnost kemijskih spojeva što je nama posebno bitno jer su biološki sustavi iznimno selektivni i vrlo često razlikuju molekule koje su tek neznatno sterekemijski različite.
Stereokemiju dijelimo na statičku i dinamičku stereokemiju.
Godine 1815. Jean-Baptiste Biotovo opažanje optičke aktivnosti označilo je početak povijesti organske stereokemije. Primijetio je da organske molekule mogu zakretati ravninu polarizirane svjetlosti u otopini ili u plinovitoj fazi.[3] Unatoč Biotovim otkrićima, Louis Pasteur se obično opisuje kao prvi stereokemičar, nakon što je 1842. primijetio da soli vinske kiseline prikupljene iz posuda za proizvodnju vina mogu zakretati ravninu polarizirane svjetlosti, ali da soli iz drugih izvora ne mogu. Ovo je jedino fizikalno svojstvo koje se razlikuje između dviju vrsta tartaratnih soli, što je posljedica optičke izomerije.
Godine 1874. Jacobus Henricus van 't Hoff i Joseph Le Bel objasnili su optičku aktivnost terminima tetraedarskog rasporeda atoma vezanih za ugljik. Kekulé je istraživao tetraedarske modele ranije, 1862., ali nikada nije objavio svoj rad; Emanuele Paternò je vjerojatno znao za njih, ali je bio prvi koji je nacrtao i raspravljao o trodimenzionalnim strukturama, kao što je 1,2-dibromoetan u Giornale di Scienze Naturali ed Economiche 1869.[4]
Pojam "kiralno" uveo je Lord Kelvin 1904. Arthur Robertson Cushny, škotski farmakolog, prvi je dao jasan primjer 1908. razlike u bioaktivnosti između enantiomera kiralne molekule, tj. (-)-Adrenalin je dva puta snažniji od (±)- oblika kao vazokonstriktor i 1926. je postavio temelje kiralnoj farmakologiji/stereofarmakologiji [5][6] (biološki odnosi optički izomernih tvari).
Kasnije 1966. godine osmišljena je Cahn-Ingold-Prelogova nomenklatura ili pravilo sekvence za dodjeljivanje apsolutne konfiguracije stereogenom/kiralnom centru (R- i S- oznaka)[7] i proširena za primjenu na olefinske veze (E- i Z- notacija).
Cahn–Ingold–Prelogova pravila prioriteta dio su sustava za opisivanje stereokemije molekule. Oni rangiraju atome oko stereocentra na standardan način, omogućujući nedvosmislene opise njihovih relativnih položaja u molekuli.
Fischerova projekcija je pojednostavljeni način prikazivanja stereokemije oko stereocentra.
Stereokemija ima važnu primjenu u području medicine, posebice farmaceutike. Često citiran primjer važnosti stereokemije odnosi se na katastrofu talidomida. Talidomid je farmaceutski lijek, prvi put pripremljen 1957. godine u Njemačkoj, propisan za liječenje jutarnjih mučnina kod trudnica. Otkriveno je da je lijek teratogen, uzrokujući ozbiljna genetska oštećenja ranog embrionalnog rasta i razvoja, što dovodi do deformacije udova kod beba. Nekoliko predloženih mehanizama teratogenosti uključuje različite biološke funkcije enantiomera (R)- i (S)-talidomida.[8] U ljudskom tijelu, međutim, talidomid prolazi racemizaciju: čak i ako se samo jedan od dva enantiomera primjenjuje kao lijek, drugi enantiomer se proizvodi kao rezultat metabolizma.[9] Prema tome, netočno je tvrditi da je jedan stereoizomer siguran, dok je drugi teratogen.[10] Talidomid se trenutno koristi za liječenje drugih bolesti, osobito raka i lepre. Provedeni su strogi propisi i kontrole kako bi se izbjegla njegova uporaba od strane trudnica i spriječile razvojne deformacije. Ova je katastrofa bila pokretačka snaga koja je zahtijevala strogo testiranje lijekova prije nego što budu dostupni javnosti.
U još jednom primjeru, lijek ibuprofen može postojati kao (R)- i (S)-izomeri. Samo je (S)-ibuprofen aktivan u smanjenju upale i boli.
Atropizomerija proizlazi iz nemogućnosti rotacije oko veze, kao što je zbog steričke smetnje između funkcionalnih skupina na dva sp2-hibridizirana ugljikova atoma. Obično su atropizomeri kiralni, i kao takvi su oblik aksijalne kiralnosti. Atropizomerija se može opisati kao konformacijska izomerija
Cis/trans-izomeri često su povezane alkenske dvostruke veze.
Općenitija E/Z nomenklatura odnosi se na koncept cis/trans-izomerije, a posebno je korisna za složenije spojeve.
Dijastereomeri su neidentični stereoizomeri koji se ne mogu preklopiti. Uobičajeni primjer dijastereomerije je kada se dva spoja razlikuju jedan od drugog po (R)/(S) apsolutnoj konfiguraciji u nekim, ali ne u svim odgovarajućim stereocentrima.
Epimeri su dijastereomeri koji se razlikuju na točno jednom takvom položaju. Cis/trans-izomerija je još jedan tip dijastereomernog odnosa.
- Primjer: Donji par također se može klasificirati kao epimeri.
Enantiomeri su parovi zrcalnih slika koje se ne mogu preklapati. Svaki član para ima različitu konfiguraciju.
- ↑ Ernest Eliel Basic Organic Stereochemistry ,2001 ISBN 0471374997; Bernard Testa and John Caldwell Organic Stereochemistry: Guiding Principles and Biomedicinal Relevance 2014 ISBN 3906390691; Hua-Jie Zhu Organic Stereochemistry: Experimental and Computational Methods 2015 ISBN 3527338225; László Poppe, Mihály Nógrádi, József Nagy, Gábor Hornyánszky, Zoltán Boros Stereochemistry and Stereoselective Synthesis: An Introduction 2016 ISBN 3527339019
- ↑ "the definition of stereo-". Dictionary.com. Archived from the original on 2010-06-09.
- ↑ Nasipuri, D (2021). Stereochemistry of Organic Compounds Principles and Applications (4th ed.). New Delhi: New Age International. p. 1. ISBN 978-93-89802-47-4.
- ↑ Paternò, Emanuele (1869). "Intorno all'azione del percloruro di fosforo sul clorale". Giorn. Sci. Nat. Econ. 5: 117–122.
- ↑ Smith, Silas W. (2009-05-04). "Chiral Toxicology: It's the Same Thing…Only Different". Toxicological Sciences. 110 (1): 4–30. doi:10.1093/toxsci/kfp097. ISSN 1096-6080. PMID 19414517.
- ↑ Patočka, Jiří; Dvořák, Aleš (2004-07-31). "Biomedical aspects of chiral molecules". Journal of Applied Biomedicine. 2 (2): 95–100. doi:10.32725/jab.2004.011.
- ↑ Cahn, R. S.; Ingold, Christopher; Prelog, V. (April 1966). "Specification of Molecular Chirality". Angewandte Chemie International Edition in English. 5 (4): 385–415. doi:10.1002/anie.196603851. ISSN 0570-0833.
- ↑ Stephens TD, Bunde CJ, Fillmore BJ (June 2000). "Mechanism of action in thalidomide teratogenesis". Biochemical Pharmacology. 59 (12): 1489–99. doi:10.1016/S0006-2952(99)00388-3. PMID 10799645.
- ↑ Teo SK, Colburn WA, Tracewell WG, Kook KA, Stirling DI, Jaworsky MS, Scheffler MA, Thomas SD, Laskin OL (2004). "Clinical pharmacokinetics of thalidomide". Clin. Pharmacokinet. 43 (5): 311–327. doi:10.2165/00003088-200443050-00004. PMID 15080764. S2CID 37728304.
- ↑ Francl, Michelle (2010). "Urban legends of chemistry". Nature Chemistry. 2 (8): 600–601. Bibcode:2010NatCh...2..600F. doi:10.1038/nchem.750. PMID 20651711.
