Tính chất của hỗn hợp racemic:
- Hoạt tính quang học: Do hai enantiomer quay mặt phẳng ánh sáng phân cực theo hai chiều ngược nhau với độ lớn bằng nhau, một hỗn hợp racemic không có hoạt tính quang học. Nói cách khác, nó không làm quay mặt phẳng ánh sáng phân cực. Hiện tượng này xảy ra do sự bù trừ lẫn nhau về độ quay mặt phẳng ánh sáng phân cực của hai enantiomer.
- Điểm nóng chảy và điểm sôi: Điểm nóng chảy và điểm sôi của hỗn hợp racemic có thể khác với điểm nóng chảy và điểm sôi của từng enantiomer riêng lẻ. Điều này là do sự tương tác giữa các enantiomer trong hỗn hợp (ví dụ, tạo thành racemic tinh thể) có thể khác với sự tương tác giữa các phân tử giống nhau của một enantiomer tinh khiết.
- Tính tan: Tương tự như điểm nóng chảy và điểm sôi, tính tan của hỗn hợp racemic cũng có thể khác với tính tan của từng enantiomer riêng lẻ do sự khác biệt về tương tác phân tử.
Ký hiệu
Hỗn hợp racemic thường được ký hiệu bằng tiền tố (±) hoặc dl. Ví dụ, (±)-axit lactic hoặc dl-axit lactic biểu thị hỗn hợp racemic của axit lactic. Một cách ký hiệu khác là sử dụng RS để chỉ hỗn hợp racemic khi biết cấu hình tuyệt đối của các enantiomer.
Hình thành hỗn hợp racemic
Hỗn hợp racemic có thể được hình thành trong các phản ứng hóa học mà không có sự kiểm soát lập thể. Ví dụ, nếu một phân tử achiral phản ứng để tạo ra một trung tâm chiral mới, thì cả hai enantiomer sẽ được tạo ra với xác suất bằng nhau, dẫn đến một hỗn hợp racemic. Điều này thường xảy ra khi tấn công vào một nhóm carbonyl planar.
Tách hỗn hợp racemic (Resolution)
Việc tách hỗn hợp racemic thành các enantiomer riêng lẻ được gọi là sự phân giải. Có một số phương pháp để thực hiện việc này, bao gồm:
- Phân giải hóa học: Sử dụng một chiral reagent (chất thử quang hoạt) để chuyển đổi hỗn hợp racemic thành một hỗn hợp diastereomer, có thể được tách biệt bằng các phương pháp vật lý như kết tinh phân đoạn. Diastereomer, không giống như enantiomer, có các tính chất vật lý khác nhau.
- Phân giải sắc ký: Sử dụng pha tĩnh chiral trong cột sắc ký để tách các enantiomer dựa trên ái lực khác nhau của chúng đối với pha tĩnh. Kỹ thuật sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC) thường được sử dụng cho việc này.
- Phân giải enzyme: Sử dụng enzyme có tính chọn lọc enantiomer để chuyển đổi một enantiomer thành một sản phẩm khác, trong khi enantiomer kia không bị ảnh hưởng. Phương pháp này tận dụng tính đặc hiệu cao của enzyme.
Ví dụ
Một ví dụ về hỗn hợp racemic là (±)-ibuprofen. Ibuprofen thương mại thường là hỗn hợp racemic, mặc dù chỉ có enantiomer (S)-ibuprofen có hoạt tính dược lý đáng kể.
Tầm quan trọng
Hỗn hợp racemic có tầm quan trọng trong hóa học hữu cơ, hóa dược và các lĩnh vực liên quan khác. Việc hiểu các tính chất và phương pháp tách hỗn hợp racemic là cần thiết cho việc tổng hợp, phân tích và ứng dụng các phân tử chiral.
Ứng dụng trong dược phẩm
Sự hiểu biết về hỗn hợp racemic đặc biệt quan trọng trong ngành dược phẩm. Nhiều loại thuốc là chiral, và hai enantiomer của một loại thuốc có thể có tác dụng dược lý khác nhau. Trong một số trường hợp, một enantiomer có thể có tác dụng điều trị mong muốn, trong khi enantiomer kia có thể không hoạt động hoặc thậm chí có hại. Ví dụ, thalidomide, một loại thuốc được sử dụng vào những năm 1950 và 1960 để điều trị ốm nghén, đã được bán dưới dạng hỗn hợp racemic. Sau đó, người ta phát hiện ra rằng enantiomer (R)-thalidomide có tác dụng an thần, trong khi enantiomer (S)-thalidomide gây ra dị tật bẩm sinh nghiêm trọng. Ngày nay, nhiều loại thuốc chiral được bán dưới dạng enantiomer tinh khiết để tối đa hóa hiệu quả và giảm thiểu tác dụng phụ.
Tổng hợp bất đối xứng
Tổng hợp bất đối xứng là một lĩnh vực của hóa học hữu cơ tập trung vào việc phát triển các phương pháp để tổng hợp các phân tử chiral ở dạng enantiomer tinh khiết. Điều này rất quan trọng để sản xuất thuốc, hương liệu và các sản phẩm quan trọng khác. Các phương pháp tổng hợp bất đối xứng thường sử dụng các chất xúc tác chiral hoặc các chất phản ứng chiral để kiểm soát lập thể của phản ứng, dẫn đến việc hình thành ưu tiên một enantiomer.
Ví dụ khác về hỗn hợp racemic
- Axit lactic: Axit lactic được tìm thấy trong sữa chua và các sản phẩm sữa lên men khác tồn tại dưới dạng hỗn hợp racemic.
- Carvone: (R)-carvone có mùi thơm của thì là, trong khi (S)-carvone có mùi thơm của bạc hà. Hỗn hợp racemic của carvone sẽ có mùi thơm kết hợp của cả hai.
Phân biệt giữa hỗn hợp racemic và các dạng hỗn hợp khác
Điều quan trọng là phải phân biệt hỗn hợp racemic với các dạng hỗn hợp khác của các đồng phân lập thể, chẳng hạn như hỗn hợp diastereomer. Diastereomer là các đồng phân lập thể không phải là hình ảnh phản chiếu của nhau trong gương. Chúng có các tính chất vật lý và hóa học khác nhau, và có thể được tách biệt bằng các phương pháp vật lý thông thường.