Hỗn hợp Raxemic (Racemic Mixtures)

5

Do có cùng số lượng của mỗi enantiomer, hỗn hợp raxemic không có hoạt tính quang học. Điều này nghĩa là nó không làm quay mặt phẳng của ánh sáng phân cực phẳng. Mỗi enantiomer riêng lẻ sẽ làm quay mặt phẳng của ánh sáng phân cực phẳng một góc bằng nhau nhưng ngược chiều nhau. Ví dụ, nếu một enantiomer quay mặt phẳng của ánh sáng phân cực phẳng +10 độ thì enantiomer kia sẽ quay -10 độ. Trong hỗn hợp raxemic, hai hiệu ứng quay này triệt tiêu lẫn nhau, dẫn đến độ quay quang học bằng không.

Có thể mô tả một cách khác như sau, nếu một enantiomer có cấu hình R (Rectus – phải) thì chất đối quang của nó sẽ có cấu hình S (Sinister – trái). Trong hỗn hợp racemic, số lượng phân tử có cấu hình R và S là như nhau, và vì chúng quay mặt phẳng ánh sáng phân cực theo hai hướng ngược nhau với cùng một độ lớn, chúng trung hòa lẫn nhau và hỗn hợp không còn khả năng làm quay mặt phẳng ánh sáng phân cực.

Tính chất của hỗn hợp Raxemic

• Hoạt tính quang học: Hỗn hợp raxemic không có hoạt tính quang học ($[α] = 0$), do sự triệt tiêu lẫn nhau của hai enantiomer.
• Điểm nóng chảy: Điểm nóng chảy của hỗn hợp raxemic thường khác với điểm nóng chảy của từng enantiomer riêng lẻ. Nó có thể cao hơn hoặc thấp hơn, tùy thuộc vào tương tác giữa các phân tử trong hỗn hợp.
• Điểm sôi: Điểm sôi thường tương tự với điểm sôi của từng enantiomer riêng lẻ.
• Độ tan: Độ tan của hỗn hợp raxemic có thể khác với độ tan của từng enantiomer riêng lẻ trong một dung môi nhất định.

Sự hình thành hỗn hợp Raxemic

Hỗn hợp raxemic có thể được hình thành theo một số cách, bao gồm:

• Tổng hợp hóa học: Nhiều phản ứng hóa học, đặc biệt là những phản ứng không liên quan đến chất phản ứng hoặc xúc tác chiral, tạo ra hỗn hợp raxemic của sản phẩm. Ví dụ, phản ứng cộng electrophin vào một nhóm carbonyl không đối xứng thường tạo ra một trung tâm bất đối mới và nếu trung tâm này không chịu ảnh hưởng của các yếu tố bất đối khác, sản phẩm sẽ là một hỗn hợp raxemic.
• Hỗn hợp hai enantiomer: Trộn hai enantiomer tinh khiết với tỉ lệ mol 1:1 sẽ tạo ra một hỗn hợp raxemic (phương pháp đơn giản nhất).
• Quá trình raxemic hóa: Một số hợp chất chiral có thể tự chuyển đổi thành hỗn hợp raxemic trong những điều kiện nhất định (ví dụ nhiệt độ cao, xúc tác acid/base), quá trình này được gọi là racemic hóa.

Tách hỗn hợp Raxemic (Resolution)

Việc tách hỗn hợp raxemic thành các enantiomer riêng lẻ, được gọi là resolution (sự phân giải), là một quá trình quan trọng trong hóa học, đặc biệt là trong công nghiệp dược phẩm. Vì hai enantiomer có thể có tác dụng sinh học khác nhau, nên thường cần phải phân lập một enantiomer cụ thể. Một số phương pháp phân giải phổ biến bao gồm:

• Kết tinh phân đoạn: Sử dụng chất phụ trợ chiral (chiral auxiliary) để tạo thành muối diastereomer. Các diastereomer, không còn là ảnh gương của nhau, có các tính chất vật lý khác nhau (ví dụ: độ tan) và có thể được tách ra bằng kết tinh phân đoạn. Sau đó, loại bỏ chất phụ trợ chiral để thu được enantiomer tinh khiết.
• Sắc ký chiral: Sử dụng pha tĩnh chiral để tách các enantiomer dựa trên ái lực khác nhau của chúng đối với pha tĩnh. Các enantiomer sẽ di chuyển qua cột sắc ký với tốc độ khác nhau và được thu riêng biệt.
• Enzyme phân giải: Sử dụng enzyme để chuyển hóa chọn lọc một enantiomer, để lại enantiomer kia không bị ảnh hưởng. Enzyme có tính chọn lọc lập thể cao, chỉ tương tác với một enantiomer nhất định. Sau đó, các sản phẩm (enantiomer đã bị biến đổi và enantiomer còn lại) được tách ra dễ dàng hơn.
• Sử dụng màng lọc chiral: Các enantiomer được tách dựa trên sự khác biệt trong tốc độ khuếch tán qua màng.

Ví dụ về Hỗn hợp Raxemic

Một ví dụ phổ biến về hỗn hợp raxemic là axit lactic ($CH_3CH(OH)COOH$), tồn tại dưới dạng hai enantiomer: axit D-lactic và axit L-lactic. Hỗn hợp raxemic của hai enantiomer này được gọi là axit (±)-lactic hoặc DL-lactic.

[Đoạn kết luận bạn đã nhắc đến và muốn giữ lại]

Tóm lại, hỗn hợp raxemic là hỗn hợp cân bằng của hai enantiomer, không có hoạt tính quang học. Việc hiểu về hỗn hợp raxemic và cách tách chúng rất quan trọng trong nhiều lĩnh vực, bao gồm hóa học, sinh học và dược phẩm.

Ý nghĩa trong Dược phẩm

Sự hiểu biết về hỗn hợp raxemic và các enantiomer riêng lẻ có tầm quan trọng đặc biệt trong dược phẩm. Hai enantiomer của một phân tử chiral có thể tương tác khác nhau với các thụ thể sinh học trong cơ thể, dẫn đến các tác dụng dược lý khác nhau. Trong một số trường hợp, một enantiomer có thể có tác dụng điều trị mong muốn (gọi là eutomer), trong khi enantiomer kia có thể không hoạt động (gọi là distomer) hoặc thậm chí có hại.

Một ví dụ nổi tiếng là thalidomide, được bán trên thị trường vào những năm 1950 và 1960 như một loại thuốc chống buồn nôn cho phụ nữ mang thai. Thalidomide là một hỗn hợp raxemic, và trong khi một enantiomer (R-thalidomide) có tác dụng an thần, thì enantiomer kia (S-thalidomide) lại gây ra dị tật bẩm sinh nghiêm trọng. Thảm họa thalidomide đã nhấn mạnh tầm quan trọng của việc đánh giá cẩn thận các đặc tính dược lý của từng enantiomer riêng lẻ trong hỗn hợp raxemic.

Ngày nay, các cơ quan quản lý như Cục Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ (FDA) yêu cầu đánh giá kỹ lưỡng các đặc tính dược lý và độc tính của từng enantiomer riêng lẻ đối với các loại thuốc chiral. Trong nhiều trường hợp, các loại thuốc hiện đại được phát triển dưới dạng enantiomer tinh khiết (thuốc eutomer) để tối đa hóa hiệu quả điều trị và giảm thiểu các tác dụng phụ tiềm ẩn.

Ký hiệu của Hỗn hợp Raxemic

Một số ký hiệu khác nhau được sử dụng để biểu thị hỗn hợp raxemic, bao gồm:

• (±)-: Đây là ký hiệu phổ biến nhất, biểu thị sự hiện diện của cả hai enantiomer với lượng bằng nhau.
• dl- hoặc DL-: Ký hiệu này có nguồn gốc từ việc sử dụng D và L để biểu thị cấu hình tuyệt đối của các enantiomer.
• racem- hoặc rac-: Tiền tố này đôi khi được sử dụng trước tên của hợp chất.

Ví dụ, hỗn hợp racemic của ibuprofen có thể được kí hiệu là (±)-ibuprofen, *dl*-ibuprofen, hoặc rac-ibuprofen.

Ví dụ khác về Hỗn hợp Raxemic

Ngoài axit lactic, một số ví dụ khác về hỗn hợp raxemic bao gồm:

• Ibuprofen: Mặc dù ibuprofen được bán trên thị trường dưới dạng hỗn hợp raxemic, chỉ có enantiomer S-(+)-ibuprofen là có hoạt tính dược lý (giảm đau, hạ sốt, kháng viêm). Enantiomer R-(-) không có hoạt tính, nhưng trong cơ thể, một phần R-(-)-ibuprofen có thể chuyển hóa thành dạng S-(+)-ibuprofen.
• Carvone: R-(-)-carvone có mùi bạc hà, trong khi S-(+)-carvone có mùi thì là. Hỗn hợp raxemic của carvone sẽ có mùi kết hợp của cả hai.
• Methorphan: Dextromethorphan (một thành phần trong nhiều thuốc ho) là đồng phân quang học dạng “dextro” (quay phải) của levomethorphan (một chất gây nghiện opioid).

Phân tích Hỗn hợp Raxemic

Một số kỹ thuật phân tích có thể được sử dụng để xác định sự hiện diện và thành phần của hỗn hợp raxemic, bao gồm:

• Chiral HPLC (Sắc ký lỏng hiệu năng cao chiral): Kỹ thuật này sử dụng pha tĩnh chiral để tách các enantiomer và xác định tỉ lệ của chúng.
• Chiral GC (Sắc ký khí chiral): Tương tự như chiral HPLC, nhưng sử dụng pha khí.
• NMR (Cộng hưởng từ hạt nhân) với tác nhân phân giải chiral (chiral solvating agent): Tác nhân phân giải chiral có thể được sử dụng để tạo ra các môi trường khác nhau cho hai enantiomer, làm cho chúng có các tín hiệu NMR khác nhau, từ đó có thể phân biệt và định lượng.
• Đo độ phân cực (Polarimetry): Mặc dù hỗn hợp raxemic không có hoạt tính quang học, kỹ thuật này có thể được sử dụng để xác định độ tinh khiết enantiomer (enantiomeric excess – ee) sau khi phân giải hoặc để kiểm tra xem một chất có phải là hỗn hợp raxemic hay không.
• Phổ kế CD (Circular Dichroism): Kỹ thuật này đo sự khác biệt trong sự hấp thụ ánh sáng phân cực tròn trái và phải của một chất. Các enantiomer có phổ CD đối nhau, trong khi hỗn hợp racemic không có tín hiệu CD.

Báo cáo nội dung bị lỗi