Хиральность в живой и неживой природе

Хираль­ность — несов­ме­сти­мость объ­ек­та со сво­им зер­каль­ным отра­же­ни­ем любой ком­би­на­ци­ей вра­ще­ний и пере­ме­ще­ний в трех­мер­ном про­стран­стве. Речь идет толь­ко об иде­аль­ном плос­ком зер­ка­ле. В нем прав­ша пре­вра­ща­ет­ся в лев­шу и наобо­рот.

Хираль­ность типич­на для рас­те­ний и живот­ных, и сам тер­мин про­ис­хо­дит от греч. χείρ — рука.

Есть пра­вые и левые ракуш­ки и даже пра­вые и левые клю­вы у кле­стов (рис. 1).

«Зер­каль­ность» рас­про­стра­не­на и в нежи­вой при­ро­де (рис. 2).

В послед­нее вре­мя ста­ли мод­ны «хираль­ные», т. е. зер­каль­ные часы (обра­ти­те вни­ма­ние на над­пись на цифер­бла­те) (рис. 3).

И даже в линг­ви­сти­ке есть место хираль­но­сти! Это палин­дро­мы: сло­ва и пред­ло­же­ния-пере­вер­ты­ши, напри­мер: Я УДАРЮ ДЯДЮ, ТЁТЮ РАДУЯ, Я УДАРЮ ТЁТЮ, ДЯДЮ РАДУЯ или ЛЕЕНСОН — УДАВ, НО ОН В АДУ НОС НЕ ЕЛ!

Очень важ­на хираль­ность для хими­ков и фар­ма­цев­тов. Химия зани­ма­ет­ся объ­ек­та­ми в нано­мас­шта­бе (мод­ное сло­во «нано» про­ис­хо­дит от греч. νάννοςкар­лик). Хираль­но­сти в химии посвя­ще­на моно­гра­фия, на облож­ке кото­рой () — хираль­ные колон­ны и две хираль­ные моле­ку­лы гек­са­ге­ли­це­на (от helix — спи­раль).

А важ­ность хираль­но­сти для меди­ци­ны сим­во­ли­зи­ру­ет облож­ка июнь­ско­го номе­ра аме­ри­кан­ско­го жур­на­ла Journal of Chemical Education за 1996 год (рис. 4).

На боку доб­ро­душ­но виля­ю­ще­го хво­стом пса изоб­ра­же­на струк­тур­ная фор­му­ла пени­цил­ла­ми­на. Пес смот­рит в зер­ка­ло, а отту­да на него гля­дит страш­ный зверь с оска­лен­ной клы­ка­стой пастью, горя­щи­ми огнем гла­за­ми и встав­шей дыбом шер­стью. На боку зве­ря изоб­ра­же­на та же самая струк­тур­ная фор­му­ла в виде зер­каль­но­го отоб­ра­же­ния пер­вой. Назва­ние опуб­ли­ко­ван­ной в этом номе­ре ста­тьи о лекар­ствен­ных хираль­ных сред­ствах было не менее крас­но­ре­чи­вым: «Когда моле­ку­лы лекарств смот­рят­ся в зер­ка­ло». Поче­му же «зер­каль­ное отра­же­ние» так дра­ма­ти­че­ски изме­ня­ет облик моле­ку­лы? И как узна­ли, что две моле­ку­лы явля­ют­ся «зер­каль­ны­ми анти­по­да­ми»?

Поляризация света и оптическая активность

Со вре­мен Нью­то­на в нау­ке шли спо­ры о том, пред­став­ля­ет ли свет собой вол­ны или части­цы. Нью­тон пола­гал, что свет состо­ит из частиц с дву­мя полю­са­ми — «север­ным» и «южным». Фран­цуз­ский физик Этьен Луи Малюс, ввел поня­тие о поля­ри­зо­ван­ном све­те, с одним направ­ле­ни­ем «полю­сов». Тео­рия Малю­са не под­твер­ди­лась, одна­ко назва­ние оста­лось.

В 1816 году фран­цуз­ский физик Огю­стен Жан Фре­нель выска­зал необыч­ную для того вре­ме­ни идею о том, что све­то­вые вол­ны — попе­реч­ные, как вол­ны на поверх­но­сти воды.

Фре­нель объ­яс­нил и явле­ние поля­ри­за­ции све­та: в обыч­ном све­те коле­ба­ния про­ис­хо­дят хао­тич­но, во всех направ­ле­ни­ях, пер­пен­ди­ку­ляр­ных направ­ле­нию луча. Но, прой­дя через неко­то­рые кри­стал­лы, напри­мер исланд­ско­го шпа­та или тур­ма­ли­на, свет при­об­ре­та­ет осо­бые свой­ства: вол­ны в нем колеб­лют­ся толь­ко в одной плос­ко­сти. Образ­но гово­ря, луч тако­го све­та подо­бен шер­стя­ной нит­ке, кото­рую про­дер­ну­ли через узкую щель меж­ду дву­мя ост­ры­ми лез­ви­я­ми брит­вы. Если вто­рой такой же кри­сталл поста­вить пер­пен­ди­ку­ляр­но пер­во­му, поля­ри­зо­ван­ный свет через него не прой­дет.

Отли­чить обыч­ный свет от поля­ри­зо­ван­но­го мож­но с помо­щью опти­че­ских при­бо­ров — поля­ри­мет­ров; ими поль­зу­ют­ся, напри­мер, фото­гра­фы: поля­ри­за­ци­он­ные филь­тры помо­га­ют изба­вить­ся от бли­ков на фото­гра­фии, кото­рые воз­ни­ка­ют при отра­же­нии све­та от поверх­но­сти воды.

Ока­за­лось, что при про­хож­де­нии поля­ри­зо­ван­но­го све­та через неко­то­рые веще­ства плос­кость поля­ри­за­ции пово­ра­чи­ва­ет­ся. Впер­вые это явле­ние обна­ру­жил в 1811 году фран­цуз­ский физик Фран­с­уа Доми­ник Ара­го у кри­стал­лов квар­ца. Это свя­за­но со стро­е­ни­ем кри­стал­ла. При­род­ные кри­стал­лы квар­ца асим­мет­рич­ны, при­чем они быва­ют двух типов, кото­рые отли­ча­ют­ся по сво­ей фор­ме, как пред­мет от сво­е­го зер­каль­но­го изоб­ра­же­ния. Эти кри­стал­лы вра­ща­ют плос­кость поля­ри­за­ции све­та в про­ти­во­по­лож­ных направ­ле­ни­ях; их назва­ли пра­во- и лево­вра­ща­ю­щи­ми.

«Левый» и «правый» кристаллы кварца

«Левый» и «пра­вый» кри­стал­лы квар­ца

В 1815 году фран­цуз­ский физик Жан Батист Био и немец­кий физик Томас Иоганн Зее­бек выяс­ни­ли, что неко­то­рые орга­ни­че­ские веще­ства, напри­мер сахар и ски­пи­дар, так­же обла­да­ют спо­соб­но­стью вра­щать плос­кость поля­ри­за­ции, при­чем не толь­ко в кри­стал­ли­че­ском, но и в жид­ком, рас­тво­рен­ном и даже газо­об­раз­ном состо­я­ни­ях. Ока­за­лось, что каж­дый «цве­то­вой луч» бело­го све­та пово­ра­чи­ва­ет­ся на раз­ный угол. Силь­нее все­го пово­ра­чи­ва­ет­ся плос­кость поля­ри­за­ции для фио­ле­то­вых лучей, мень­ше все­го — для крас­ных. Поэто­му бес­цвет­ное веще­ство в поля­ри­зо­ван­ном све­те может стать окра­шен­ным.

Как и в слу­чае кри­стал­лов, неко­то­рые хими­че­ские соеди­не­ния мог­ли суще­ство­вать в виде как пра­во-, так и лево­вра­ща­ю­щих раз­но­вид­но­стей. Одна­ко оста­ва­лось неяс­ным, с каким свой­ством моле­кул свя­за­но это явле­ние: самый тща­тель­ный хими­че­ский ана­лиз не мог обна­ру­жить меж­ду ними ника­ких раз­ли­чий! Такие раз­но­вид­но­сти веществ назва­ли опти­че­ски­ми изо­ме­ра­ми, а сами соеди­не­ния — опти­че­ски актив­ны­ми. Ока­за­лось, что у опти­че­ски актив­ных веществ есть и тре­тий тип изо­ме­ров — опти­че­ски неак­тив­ные. Это обна­ру­жил в 1830 году зна­ме­ни­тый швед­ский химик Йёнс Якоб Бер­це­ли­ус: вино­град­ная кис­ло­та С4Н6О6 опти­че­ски неак­тив­на, а вин­ная кис­ло­та точ­но тако­го же соста­ва обла­да­ет в рас­тво­ре пра­вым вра­ще­ни­ем. Но никто не знал, суще­ству­ет ли не встре­ча­ю­ща­я­ся в при­ро­де «левая» вин­ная кис­ло­та — анти­под пра­во­вра­ща­ю­щей.

Открытие Пастера

Луи Пастер (https://ru.wikipedia.org)

Луи Пастер (https://ru.wikipedia.org)

Опти­че­скую актив­ность кри­стал­лов физи­ки свя­зы­ва­ли с их асим­мет­рич­но­стью; пол­но­стью сим­мет­рич­ные кри­стал­лы, напри­мер куби­че­ские кри­стал­лы пова­рен­ной соли, опти­че­ски неак­тив­ны. При­чи­на же опти­че­ской актив­но­сти моле­кул дол­гое вре­мя оста­ва­лась совер­шен­но зага­доч­ной. Пер­вое откры­тие, про­ли­вав­шее свет на это явле­ние, сде­лал в 1848 году нико­му тогда не извест­ный фран­цуз­ский уче­ный Луи Пастер. Еще в сту­ден­че­ские годы он заин­те­ре­со­вал­ся хими­ей и кри­стал­ло­гра­фи­ей, рабо­тая под руко­вод­ством выше­упо­мя­ну­то­го Жана Бати­ста Био и вид­но­го фран­цуз­ско­го хими­ка-орга­ни­ка Жана Бати­ста Дюма. После окон­ча­ния Выс­шей нор­маль­ной шко­лы в Пари­же моло­дой (ему было все­го 26 лет) Пастер рабо­тал лабо­ран­том у Анту­а­на Бала­ра. Балар был уже извест­ным хими­ком, кото­рый за 22 года до это­го про­сла­вил­ся откры­ти­ем ново­го эле­мен­та — бро­ма. Сво­е­му асси­стен­ту он дал тему по кри­стал­ло­гра­фии, не пред­по­ла­гая, что это при­ве­дет к выда­ю­ще­му­ся откры­тию.

В ходе иссле­до­ва­ния Пастер при­го­то­вил рас­твор натри­е­во-аммо­ни­е­вой соли опти­че­ски неак­тив­ной вино­град­ной кис­ло­ты и мед­лен­ным выпа­ри­ва­ни­ем воды полу­чил кра­си­вые приз­ма­ти­че­ские кри­стал­лы этой соли. Кри­стал­лы эти, в отли­чие от кри­стал­лов вино­град­ной кис­ло­ты, ока­за­лись асим­мет­рич­ны­ми. У части кри­стал­ли­ков одна харак­тер­ная грань нахо­ди­лась спра­ва, а у дру­гих — сле­ва, при­чем по фор­ме два типа кри­стал­лов были как бы зер­каль­ным отра­же­ни­ем друг дру­га.

Тех и дру­гих кри­стал­лов полу­чи­лось поров­ну. Зная, что в подоб­ных слу­ча­ях кри­стал­лы квар­ца вра­ща­ют в раз­ные сто­ро­ны, Пастер решил про­ве­рить, не будет ли наблю­дать­ся это явле­ние и на полу­чен­ной им соли. Воору­жив­шись уве­ли­чи­тель­ным стек­лом и пин­це­том, Пастер акку­рат­но раз­де­лил кри­стал­лы на две куч­ки. Их рас­тво­ры, как и сле­до­ва­ло ожи­дать, обла­да­ли про­ти­во­по­лож­ным опти­че­ским вра­ще­ни­ем, а смесь рас­тво­ров была опти­че­ски неак­тив­ной (пра­вая и левая поля­ри­за­ции вза­им­но ком­пен­си­ро­ва­лись). Пастер на этом не оста­но­вил­ся. Из каж­до­го из двух рас­тво­ров с помо­щью силь­ной сер­ной кис­ло­ты он вытес­нил более сла­бую орга­ни­че­скую кис­ло­ту. Мож­но было пред­по­ло­жить, что в обо­их слу­ча­ях полу­чит­ся исход­ная вино­град­ная кис­ло­та, кото­рая опти­че­ски неак­тив­на. Одна­ко ока­за­лось, что из одно­го рас­тво­ра обра­зо­ва­лась вовсе не вино­град­ная, а извест­ная пра­во­вра­ща­ю­щая вин­ная кис­ло­та, а из дру­го­го рас­тво­ра полу­чи­лась тоже вин­ная кис­ло­та, но вра­ща­ю­щая вле­во! Эти кис­ло­ты полу­чи­ли назва­ние d-вин­ной (от лат. dexter — пра­вый) и l-вин­ной (от лат. laevus — левый). В даль­ней­шем направ­ле­ние опти­че­ско­го вра­ще­ния ста­ли обо­зна­чать зна­ка­ми (+) и (-), а абсо­лют­ную кон­фи­гу­ра­цию моле­ку­лы в про­стран­стве — бук­ва­ми R и S. Итак, неак­тив­ная вино­град­ная кис­ло­та ока­за­лась сме­сью рав­ных коли­честв извест­ной «пра­вой» вин­ной кис­ло­ты и ранее неиз­вест­ной «левой». Имен­но поэто­му рав­ная смесь их моле­кул в кри­стал­ле или в рас­тво­ре не обла­да­ет опти­че­ской актив­но­стью. Для такой сме­си ста­ли при­ме­нять назва­ние «раце­мат», от лат. racemus — вино­град. Два анти­по­да, даю­щие при сме­ше­нии в рав­ных коли­че­ствах опти­че­ски неак­тив­ную смесь, полу­чи­ли назва­ние энан­тио­ме­ров (от греч. έναντίοςпро­ти­во­по­лож­ный).

Поняв зна­че­ние сво­е­го экс­пе­ри­мен­та, Пастер выбе­жал из лабо­ра­то­рии и, встре­тив лабо­ран­та физи­че­ско­го каби­не­та, бро­сил­ся к нему и вос­клик­нул: «Я толь­ко что сде­лал вели­кое откры­тие!» Кста­ти, Пасте­ру очень повез­ло с веще­ством: в даль­ней­шем хими­ки обна­ру­жи­ли все­го несколь­ко подоб­ных слу­ча­ев кри­стал­ли­за­ции при опре­де­лен­ной тем­пе­ра­ту­ре сме­си опти­че­ски раз­лич­ных кри­стал­ли­ков, доста­точ­но круп­ных, что­бы их мож­но было под лупой раз­де­лить пин­це­том.

Пастер открыл еще два мето­да раз­де­ле­ния раце­ма­та на два анти­по­да. Био­хи­ми­че­ский метод осно­ван на изби­ра­тель­ной спо­соб­но­сти неко­то­рых мик­ро­ор­га­низ­мов усва­и­вать толь­ко один из изо­ме­ров. Во вре­мя посе­ще­ния Гер­ма­нии один из апте­ка­рей дал ему дав­но сто­яв­шую склян­ку с вино­град­ной кис­ло­той, в кото­рой заве­лась зеле­ная пле­сень. В сво­ей лабо­ра­то­рии Пастер обна­ру­жил, что быв­шая когда-то неак­тив­ной кис­ло­та ста­ла лево­вра­ща­ю­щей. Ока­за­лась, что зеле­ный плес­не­вой гри­бок Penicillum glaucum «поеда­ет» толь­ко пра­вый изо­мер, остав­ляя левый без изме­не­ния. Такое же дей­ствие ока­зы­ва­ет эта пле­сень на раце­мат мин­даль­ной кис­ло­ты, толь­ко в дан­ном слу­чае она «поеда­ет» лево­вра­ща­ю­щий изо­мер, не тро­гая пра­во­вра­ща­ю­щий.

Тре­тий спо­соб раз­де­ле­ния раце­ма­тов был чисто хими­че­ским. Для него нуж­но было иметь опти­че­ски актив­ное веще­ство, кото­рое при вза­и­мо­дей­ствии с раце­ми­че­ской сме­сью по-раз­но­му свя­зы­ва­лось бы к каж­дым из энан­тио­ме­ров. В резуль­та­те два веще­ства в сме­си не будут анти­по­да­ми (энан­тио­ме­ра­ми) и их мож­но будет раз­де­лить как два раз­ных веще­ства. Это мож­но пояс­нить такой моде­лью на плос­ко­сти. Возь­мем смесь двух анти­по­дов — Я и R. Их хими­че­ские свой­ства оди­на­ко­вые. Вне­сем в смесь несим­мет­рич­ный (хираль­ный) ком­по­нент, напри­мер Z, кото­рый может реа­ги­ро­вать с каким-либо участ­ком в этих энан­тио­ме­рах. Полу­чим два веще­ства: ЯZ и ZR (или ЯZ и RZ). Эти струк­ту­ры не явля­ют­ся зер­каль­но сим­мет­рич­ны­ми, поэто­му такие веще­ства будут чисто физи­че­ски раз­ли­чать­ся (тем­пе­ра­ту­рой плав­ле­ния, рас­тво­ри­мо­стью, еще чем-нибудь) и их мож­но раз­де­лить.

Пастер сде­лал еще мно­го откры­тий, в чис­ле кото­рых при­вив­ки про­тив сибир­ской язвы и бешен­ства, ввел мето­ды асеп­ти­ки и анти­сеп­ти­ки.

Иссле­до­ва­ние Пасте­ра, дока­зы­ва­ю­щее воз­мож­ность «рас­щеп­ле­ния» опти­че­ски неак­тив­но­го соеди­не­ния на анти­по­ды — энан­тио­ме­ры, пер­во­на­чаль­но вызва­ло у мно­гих хими­ков недо­ве­рие, одна­ко, как и после­ду­ю­щие его рабо­ты, при­влек­ло самое при­сталь­ное вни­ма­ние уче­ных. Вско­ре фран­цуз­ский химик Жозеф Ашиль Ле Бель с помо­щью тре­тье­го пасте­ров­ско­го мето­да рас­ще­пил несколь­ко спир­тов на опти­че­ски актив­ные анти­по­ды. Немец­кий химик Иоганн Вис­ли­це­нус уста­но­вил, что суще­ству­ют две молоч­ные кис­ло­ты: опти­че­ски неак­тив­ная, обра­зу­ю­ща­я­ся в скис­шем моло­ке (молоч­ная кис­ло­та бро­же­ния), и пра­во­вра­ща­ю­щая, кото­рая появ­ля­ет­ся в рабо­та­ю­щей мыш­це (мясо­мо­лоч­ная кис­ло­та). Подоб­ных при­ме­ров ста­но­ви­лось всё боль­ше, и тре­бо­ва­лась тео­рия, объ­яс­ня­ю­щая, чем же отли­ча­ют­ся друг от дру­га моле­ку­лы анти­по­дов.

Теория Вант-Гоффа

Якоб Хендрик Вант-Гофф (https://ru.wikipedia.org)

Якоб Хенд­рик Вант-Гофф (https://ru.wikipedia.org)

Такую тео­рию создал моло­дой гол­ланд­ский уче­ный Якоб Хенд­рик Вант-Гофф, кото­рый в 1901 году полу­чил первую в исто­рии Нобе­лев­скую пре­мию по химии. Соглас­но его тео­рии, моле­ку­лы, как и кри­стал­лы, могут быть хираль­ны­ми — «пра­вы­ми» и «левы­ми», явля­ясь зер­каль­ным отра­же­ни­ем друг дру­га. Про­стей­ший при­мер — моле­ку­лы, в кото­рых име­ет­ся так назы­ва­е­мый асим­мет­ри­че­ский атом угле­ро­да, окру­жен­ный четырь­мя раз­ны­ми груп­па­ми. Это мож­но про­де­мон­стри­ро­вать на при­ме­ре про­стей­шей ами­но­кис­ло­ты ала­ни­на. Две изоб­ра­жен­ные моле­ку­лы невоз­мож­но сов­ме­стить в про­стран­стве ника­ки­ми пово­ро­та­ми.

Мно­гие уче­ные отнес­лись к тео­рии Вант-Гоф­фа недо­вер­чи­во. А извест­ный немец­кий химик-орга­ник, выда­ю­щий­ся экс­пе­ри­мен­та­тор, про­фес­сор Лейп­циг­ско­го уни­вер­си­те­та Адольф Коль­бе раз­ра­зил­ся рез­кой до непри­ли­чия ста­тьей в Journal für praktische Chemie с ехид­ным назва­ни­ем «Zeiche der Zeit» («При­ме­ты вре­ме­ни»). Он срав­ни­вал тео­рию Вант-Гоф­фа с «отбро­са­ми чело­ве­че­ско­го ума», с «кокот­кой, наря­жен­ной в мод­ные одеж­ды и покрыв­шей лицо бели­ла­ми и румя­на­ми, что­бы попасть в поря­доч­ное обще­ство, в кото­ром для нее нет места». Коль­бе писал, что «неко­е­му док­то­ру Вант-Гоф­фу, зани­ма­ю­ще­му долж­ность в Утрехт­ском вете­ри­нар­ном учи­ли­ще, оче­вид­но, не по вку­су точ­ные хими­че­ские иссле­до­ва­ния. Он счел более при­ят­ным сесть на Пега­са (веро­ят­но, взя­то­го напро­кат из вете­ри­нар­но­го учи­ли­ща) и пове­дать миру то, что узрел с хими­че­ско­го Пар­на­са… Насто­я­щих иссле­до­ва­те­лей пора­жа­ет, как почти неиз­вест­ные хими­ки берут­ся так уве­рен­но судить о высо­чай­шей про­бле­ме химии — вопро­се о про­стран­ствен­ном поло­же­нии ато­мов, кото­рый, пожа­луй, нико­гда не будет решен… Такой под­ход к науч­ным вопро­сам неда­лек от веры в ведьм и духов. А таких хими­ков сле­до­ва­ло бы исклю­чить из рядов насто­я­щих уче­ных и при­чис­лить к лаге­рю натур­фи­ло­со­фов, совсем немно­гим отли­ча­ю­щих­ся от спи­ри­тов».

Со вре­ме­нем тео­рия Вант-Гоф­фа полу­чи­ла пол­ное при­зна­ние. Каж­дый химик зна­ет, что, если в сме­си поров­ну «пра­вых» и «левых» моле­кул, веще­ство в целом будет опти­че­ски неак­тив­ным. Имен­но такие веще­ства и полу­ча­ют­ся в кол­бе в резуль­та­те обыч­но­го хими­че­ско­го син­те­за. И толь­ко в живых орга­низ­мах, при уча­стии асим­мет­рич­ных аген­тов, напри­мер фер­мен­тов, обра­зу­ют­ся асим­мет­рич­ные соеди­не­ния. Так, в при­ро­де пре­об­ла­да­ют ами­но­кис­ло­ты и саха­ра́ толь­ко одной кон­фи­гу­ра­ции, а обра­зо­ва­ние их анти­по­дов подав­ле­но. В неко­то­рых слу­ча­ях раз­ные энан­тио­ме­ры мож­но раз­ли­чить и без вся­ких при­бо­ров — когда они по-раз­но­му вза­и­мо­дей­ству­ют с асим­мет­ри­че­ски­ми рецеп­то­ра­ми в нашем орга­низ­ме. Яркий при­мер — ами­но­кис­ло­та лей­цин: ее пра­во­вра­ща­ю­щий изо­мер слад­кий, а лево­вра­ща­ю­щий — горь­кий.

Конеч­но, тут же воз­ни­ка­ет вопрос о том, как же появи­лись на Зем­ле пер­вые опти­че­ски актив­ные хими­че­ские соеди­не­ния, напри­мер та же при­род­ная пра­во­вра­ща­ю­щая вин­ная кис­ло­та, или как воз­ник­ли «асим­мет­рич­ные» мик­ро­ор­га­низ­мы, пита­ю­щи­е­ся толь­ко одним из энан­тио­ме­ров. Ведь в отсут­ствие чело­ве­ка неко­му было осу­ществ­лять направ­лен­ный син­тез опти­че­ски актив­ных веществ, неко­му было раз­де­лять кри­стал­лы на пра­вые и левые! Одна­ко подоб­ные вопро­сы ока­за­лись настоль­ко слож­ны­ми, что одно­знач­но­го отве­та на них нет и поныне. Уче­ные схо­дят­ся лишь в том, что суще­ству­ют асим­мет­рич­ные неор­га­ни­че­ские или физи­че­ские аген­ты (асим­мет­рич­ные ката­ли­за­то­ры, поля­ри­зо­ван­ный сол­неч­ный свет, поля­ри­зо­ван­ное маг­нит­ное поле), кото­рые мог­ли дать началь­ный тол­чок асим­мет­ри­че­ско­му син­те­зу орга­ни­че­ских веществ. Похо­жее явле­ние мы наблю­да­ем и в слу­чае асим­мет­рии «веще­ство — анти­ве­ще­ство», посколь­ку все кос­ми­че­ские тела состо­ят толь­ко из веще­ства, а отбор про­изо­шел на самых ран­них ста­ди­ях обра­зо­ва­ния Все­лен­ной.

Хиральные лекарства

Хими­ки часто отно­сят­ся к энан­тио­ме­рам как к одно­му соеди­не­нию, посколь­ку их хими­че­ские свой­ства иден­тич­ны. Одна­ко их био­ло­ги­че­ская актив­ность может быть совер­шен­но раз­лич­ной. Чело­век — суще­ство хираль­ное. И это отно­сит­ся не толь­ко к его внеш­не­му виду. «Пра­вые» и «левые» лекар­ства, вза­и­мо­дей­ствуя с хираль­ны­ми моле­ку­ла­ми в орга­низ­ме, напри­мер с фер­мен­та­ми, могут дей­ство­вать по-раз­но­му. «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. Необ­хо­ди­мость в опти­че­ски чистых энан­тио­ме­рах объ­яс­ня­ет­ся так­же тем, что часто толь­ко один из них обла­да­ет тре­бу­е­мым тера­пев­ти­че­ским эффек­том, тогда как­в­то­рой анти­под может в луч­шем слу­чае быть бес­по­лез­ным, а в худ­шем — вызвать неже­ла­тель­ные побоч­ные
эффек­ты или даже быть ток­сич­ным. Это ста­ло оче­вид­ным после нашу­мев­шей тра­ги­че­ской исто­рии с тали­до­ми­дом — лекар­ствен­ным сред­ством, кото­рое назна­ча­ли в 1960-е годы бере­мен­ным жен­щи­нам как эффек­тив­ное сно­твор­ное и успо­ка­и­ва­ю­щее. Одна­ко со вре­ме­нем про­яви­лось его побоч­ное тера­то­ген­ное (от греч. τέρας — чудо­ви­ще) дей­ствие, и
на свет появи­лась мас­са мла­ден­цев с врож­ден­ны­ми урод­ства­ми. Лишь в кон­це 1980-х годов выяс­ни­лось, что при­чи­ной несча­стий был толь­ко один из энан­тио­ме­ров тали­до­ми­да — пра­во­вра­ща­ю­щий — и толь­ко лево­вра­ща­ю­щий изо­мер явля­ет­ся мощ­ным тран­кви­ли­за­то­ром. К сожа­ле­нию, такое раз­ли­чие в дей­ствии лекар­ствен­ных форм рань­ше не было извест­но, поэто­му про­да­ва­е­мый тали­до­мид был раце­ми­че­ской сме­сью обо­их анти­по­дов. Они отли­ча­ют­ся вза­им­ным рас­по­ло­же­ни­ем в про­стран­стве двух фраг­мен­тов моле­ку­лы.

Еще один при­мер. Пени­цил­ла­мин, струк­ту­ра кото­ро­го была нари­со­ва­на на соба­ке и вол­ке на об-лож­ке жур­на­ла, — доволь­но про­стое про­из­вод­ное ами­но­кис­ло­ты цисте­и­на. Это веще­ство при­ме­ня­ют при ост­рых и хро­ни­че­ских отрав­ле­ни­ях медью, рту­тью, свин­цом, дру­ги­ми тяже­лы­ми метал­ла­ми, так как оно обла­да­ет спо­соб­но­стью давать проч­ные ком­плек­сы с иона­ми этих метал­лов; обра­зу­ю­щи­е­ся ком­плек­сы уда­ля­ют­ся поч­ка­ми. При­ме­ня­ют пени­цил­ла­мин так­же при раз­лич­ных фор­мах рев­ма­то­ид­но­го арт­ри­та, в ряде дру­гих слу­ча­ев. При этом при­ме­ня­ют толь­ко «левую» фор­му пре­па­ра­та, так как «пра­вая» ток­сич­на и может при­ве­сти к сле­по­те.

Быва­ет и так, что каж­дый энан­тио­мер обла­да­ет сво­им спе­ци­фи­че­ским дей­стви­ем. Так, лево­вра­ща­ю­щий S-тирок­син (лекар­ствен­ный пре­па­рат лево­тро­ид) — это при­род­ный гор­мон щито­вид­ной желе­зы. А пра­во-вра­ща­ю­щий R-тирок­син (декс­т­ро­ид) пони­жа­ет содер­жа­ние холе­сте­ри­на в кро­ви. Неко­то­рые про­из­во­ди­те­ли при­ду­мы­ва­ют для подоб­ных слу­ча­ев тор­го­вые назва­ния-палин­дро­мы, напри­мер, darvon и novrad для син­те­ти­че­ско­го нар­ко­ти­че­ско­го аналь­ге­ти­ка и пре­па­ра­та от каш­ля соот­вет­ствен­но.

218-0066

Лекарства-палиндромы

Лекар­ства-палин­дро­мы

В насто­я­щее вре­мя мно­гие лекар­ствен­ные сред­ства выпус­ка­ют­ся в виде опти­че­ски чистых соеди­не­ний. Их полу­ча­ют тре­мя мето­да­ми: раз­де­ле­ни­ем раце­ми­че­ских сме­сей, моди­фи­ка­ци­ей при­род­ных опти­че­ски актив­ных соеди­не­ний и пря­мым син­те­зом. Послед­ний так­же тре­бу­ет хираль­ных источ­ни­ков, посколь­ку любые дру­гие тра­ди­ци­он­ные мето­ды син­те­за дают раце­мат. Это, кста­ти, одна из при­чин очень высо­кой сто­и­мо­сти неко­то­рых лекарств, посколь­ку направ­лен­ный син­тез толь­ко одно­го из них — слож­ная зада­ча. Поэто­му не уди­ви­тель­но, что из мно­же­ства син­те­ти­че­ских хираль­ных пре­па­ра­тов, выпус­ка­е­мых во всем мире, лишь неболь­шая часть явля­ет­ся опти­че­ски чистой, осталь­ные — раце­ма­ты.

Илья Леен­сон,
канд. хим. наук, ст. науч. сотр. хими­че­ско­го факуль­те­та МГУ

Если вы нашли ошиб­ку, пожа­луй­ста, выде­ли­те фраг­мент тек­ста и нажми­те Ctrl+Enter.

Связанные статьи

Оценить: 
Звёзд: 1Звёзд: 2Звёзд: 3Звёзд: 4Звёзд: 5 (3 оценок, среднее: 5,00 из 5)
Загрузка...
 
 

Метки: , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,

 

3 комментария

  • VM:

    Очень инте­рес­ная и позна­ва­тель­ная ста­тья, боль­шое спа­си­бо.

  • Евгений:

    Спа­си­бо за инте­рес­но напи­сан­ную и позна­ва­тель­ную ста­тью.

  • Базиль:

    Палин­дро­мы – сомни­тель­ный при­мер хираль­но­сти. Срав­ни­ва­ет­ся не зер­каль­ное отра­же­ние, а текст, кото­рый ОДИНАКОВ!
    А хираль­ность пред­по­ла­га­ет отли­чие. Ско­рее, все дру­гие пред­ло­же­ния, кро­ме палин­дро­мов, хираль­ны.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Недопустимы спам, оскорбления. Желательно подписываться реальным именем. Аватары - через gravatar.com