واکنشهایی مولکولهای کایرال با واکنشگرهای فعال نوری.

(Reactions of chiral molecules with optically active reagens).

تاکنون واکنشهای ترکیبات کایرال را تنها با واکنشگرهای غیرفعال نوری مورد بحث قرار داده ایم. حال واکنشهای آنها را با واکنشگرهای فعال نوری مورد بررسی قرار داده و یکی از مفید‌ترین کاربردهای آنها: تفکیک یک مخلوط راسمیک یعنی، جداسازی انانتیومرها از مخلوط راسمیک را مورد بررسی قرار می‌دهیم.
می‌دانیم که وقتی واکنش دهنده‌های غیرفعال نوری به یک ترکیب کایرال تبدیل شوند محصول یک مخلوط راسمیک خواهد بود. می‌دانیم که انانتیومرهای سازنده مخلوط راسمیک دارای خواص فیزیکی مشابهی هستند( به جز در مورد جهت چرخش نور پلاریزه) و از این رو نمی‌توان آنها را با روش‌های معمولی از قبیل تقطیر به جزء به جزء و یا تبلور جداسازی نمود. با وجود این، در سرتاسر این کتاب مکرراً به آزمایشاتی اشاره شده است که از ترکیبات فعال نوری نظیر (+) –بوتیل الکتر نوع دوم، (-) 2- برومواکتان، (-) –a-فنیل اتیل کلید، (+)-a- فصل پروپیونامید استفاده شده است. چگونه این ترکیبات فعال نوری حاصل شده‌اند؟

بعضی از ترکیبات فعال نوری برخورد داریم که خود ممکن است از آن آگاه نباشیم. ما از نان و گوشت فعال نوری تغذیه می‌کنیم، خانه‌هایی که در آنها زندگی می‌کنیم، لباسهایی که می‌پوشیم و کتابهایی که می‌خوانیم همگی از سلولز فعال نوری ساخته شده‌اند. پروتئینها که سازنده عضلات و سایر بافتهای ما هستند، گلیکوژنی که در کبد و گلوکزی که در خون ما وجود دارد، آنزیمها و هورمونهایی که باعث رشد و تنظیم فرآیندهای بدن ما هستند – همگی فعال نوری می‌باشند. ترکیباتی که در طبیعت وجود دارند، فعالیت نوری هستند زیرا آنزیمهائی که باعث تشکیل آنها می‌گردند – و غالباً مواد اولیه سازنده آنها – از نظر نوری فعال هستند. این که چرا آنزیمها خود فعال نوری، هستند. تنها می‌توانیم به حدس و گمان متوسل شویم.
آمینواسیدها که واحدهای سازنده پروتئینها هستند، حضورشان به میزان ناچیز در سنگواره‌های آسمانی گزارش شده است. بخشی از شواهد مربوط به وجود آمینواسیدها در سنگواره‌های آسمانی به وسیلة‌ سیریل پونامیروما (از دانشگاه مریلند) گزارش شده است و مبداء آنها واقعاً آسمانی است زیرا از نظر نوری غیرفعالند – در حالی که نمونه‌های زمینی که همراه با مواد حاصل از منابع بیولوژیکی هستند از نظر نوری فعال می‌باشند.
از این ترکیبات به طور طبیعی یافت می‌شوند می‌توان ترکیبات فعال نوری دیگر را تهیه نمود. به عنوان مثال، قبلاً مشاهد شد که به چه صورت می‌توان (-)-2- متیل -1-بوتانول را بدون این که تغییری در کنفیگوراسیون ایجاد شود به کلرید یا اسید مربوطه تبدیل نمود ؛ این ترکیبات فعال نوری به نوبه خود می‌توانند به بسیاری ا زترکیبات دیگر تبدیل شوند.
اغلب ترکیبات فعال نوری از طریق تفکیک مخلوط راسمیک به دست می‌آیند، به عبارت دیگر از جداسازی مخلوط راسمیک به انانتیومرهایش حاصل می‌گردند. این چنین تفکیکهایی غالباً با استفاده از واکنشگرهای فعال نوری انجام می‌شوند؛ این واکنشگرها معمولاً از منابع طبیعی به دست می‌آیند.


بیشتر تفکیکها از طریق واکنش بازهای آلی با اسیدهای آلی و ایجاد نمکهای مربوطه انجام می شود. به عنوان مثال،‌فرض کنید که اسید راسمیک، -HA ( ) را تهیه کرده‌ایم. امروزه، بازهای بسیار پیچیده‌ای به نام آلکالوئیدها (یعنی شبیه قلیا) از گیاهان مختلفی استخراجی شده‌اند که از جمله می‌توان کوکائین، مرفین، استریکین و کنین را نام برد. بیشتر آلکالوئیدهای به دست آمده از گیاهان صرفاً حاوی یک انانتیومر بوده و از این رو از نظر نوری فعال هستند. حال یکی از این بازهای فعال نوری را که بر چب‌بر است، B-(-)، در نظر گرفته آن را با اسید راسمیک هستند. حال یکی از این بازهای فعال نوری را که چب‌بر است، B-(-) در نظر گرفته آن را با اسید راسمیک HA-( ) مخلوط می‌نمائیم. اسید به صورت دو کنفیگوراسیون وجود دارد، در حالی که باز فقط به صورت یک کنفیگوراسیون موجود است؛ در نتیجه بلورهایی از دو نمک متفاوت تشکیل می‌گردد،

^- BH⁺(-)-A , (-)-BH⁺(+)-A -(-)

این دو نمک چه رابطه‌ای با هم دارند؟ از آنجا که قسمت اسیدی آنها را نمی‌توان بر هم منطبق نمود لذا بر هم قابل انطباق نیستند. از آنجا که قسمت بازی آنها تصویری آینه‌ای نیستند لذا تصویر آینه‌ای یکدیگر نمی‌باشند. این نمکها ایزومرهای فضایی هستند که انانتیومر نبوده و در نتیجه دیاسترئومرند.

عکس پیدا نشد

البته این نمکهای دیاسترئومری دارای خواص فیزیکی متفاوت، از جمله انحلال‌پذیری متفاوت در یک حلال هستند. از این رو می توان آنها را به وسیلة عمل تبلور نوبتی از هم جدا نمود. پس از جداسازی دو نمک، اسید فعال نوری را می‌توان از هر یک از دو نمک با افزایش اسید معدنی قوی که جانشین اسید آلی ضعیف می‌گردد، به دست آورد. چنانچه نمک با دقت به وسیله تبلورهای مکرر، خالص گردد تا این که تمامی ذرات دیاسترئومر خارج شود، اسید به دست آمده نیز از نظر نوری خالص خواهد بود. از آلکالوئیدهای (-)- بروسین، (-)- کنین، (-)-استریکینین و (+)- سینکونین می‌توان برای تفکیک استفاده نمود.
برای تفکیک بازهای آلی عمل عکس انجام می‌گیرد: به عنوان مثال، از بعضی از اسیدهای فعال نوری از قبیل (-)- مالیک اسید که به طور طبیعی یافت می‌شوند می‌توان استفاده نمود.
همان‌طور که خواهیم دید تفکیک الکلها که اهمیت خاصی در سنتز دارد مسائل خاصی را هم ایجاد می‌کند. از آنجا که الکلها نه به اندازه کافی اسیدی‌اند و نه به اندازه کافی بازی، نمی‌توان آنها را مستقیماً به وسیله تشکیل نمک تفکیک نمود. با وجود این می‌توان با اصلاح روش ذکر شده تفکیک را انجام داد: یک «دستگیره» اسیدی که به آنها متصل می‌شود تا تشکیل نمک‌ها را تسهیل کند و هنگامی که دیگر به آن احتیاجی نباشد می‌توان آن را از مولکول جدا نمود.
ترکیباتی غیر از بازها، اسیدهای آلی و یا الکها را نیز می توان تفکیک نمود. گر چه شیمی آنها ممکن است با شیمی تشکیل نمک که در بالا ذکر شد متفاوت باشد ولیکن اصل یکی است. یعنی: یک مخلوط راسمیک به وسیلة یک واکنشگر فعال نوری به مخلوطی از دیاسترئومرها تبدیل می‌شود که سپس می‌تواند جداسازی شود.

واکنشهایی مولکولهای کایرال با واکنشگرهای فعال نوری.

(Reactions of chiral molecules with optically active reagens).

تاکنون واکنشهای ترکیبات کایرال را تنها با واکنشگرهای غیرفعال نوری مورد بحث قرار داده ایم. حال واکنشهای آنها را با واکنشگرهای فعال نوری مورد بررسی قرار داده و یکی از مفید‌ترین کاربردهای آنها: تفکیک یک مخلوط راسمیک یعنی، جداسازی انانتیومرها از مخلوط راسمیک را مورد بررسی قرار می‌دهیم.
می‌دانیم که وقتی واکنش دهنده‌های غیرفعال نوری به یک ترکیب کایرال تبدیل شوند محصول یک مخلوط راسمیک خواهد بود. می‌دانیم که انانتیومرهای سازنده مخلوط راسمیک دارای خواص فیزیکی مشابهی هستند( به جز در مورد جهت چرخش نور پلاریزه) و از این رو نمی‌توان آنها را با روش‌های معمولی از قبیل تقطیر به جزء به جزء و یا تبلور جداسازی نمود. با وجود این، در سرتاسر این کتاب مکرراً به آزمایشاتی اشاره شده است که از ترکیبات فعال نوری نظیر (+) –بوتیل الکتر نوع دوم، (-) 2- برومواکتان، (-) –a-فنیل اتیل کلید، (+)-a- فصل پروپیونامید استفاده شده است. چگونه این ترکیبات فعال نوری حاصل شده‌اند؟

بعضی از ترکیبات فعال نوری برخورد داریم که خود ممکن است از آن آگاه نباشیم. ما از نان و گوشت فعال نوری تغذیه می‌کنیم، خانه‌هایی که در آنها زندگی می‌کنیم، لباسهایی که می‌پوشیم و کتابهایی که می‌خوانیم همگی از سلولز فعال نوری ساخته شده‌اند. پروتئینها که سازنده عضلات و سایر بافتهای ما هستند، گلیکوژنی که در کبد و گلوکزی که در خون ما وجود دارد، آنزیمها و هورمونهایی که باعث رشد و تنظیم فرآیندهای بدن ما هستند – همگی فعال نوری می‌باشند. ترکیباتی که در طبیعت وجود دارند، فعالیت نوری هستند زیرا آنزیمهائی که باعث تشکیل آنها می‌گردند – و غالباً مواد اولیه سازنده آنها – از نظر نوری فعال هستند. این که چرا آنزیمها خود فعال نوری، هستند. تنها می‌توانیم به حدس و گمان متوسل شویم.
آمینواسیدها که واحدهای سازنده پروتئینها هستند، حضورشان به میزان ناچیز در سنگواره‌های آسمانی گزارش شده است. بخشی از شواهد مربوط به وجود آمینواسیدها در سنگواره‌های آسمانی به وسیلة‌ سیریل پونامیروما (از دانشگاه مریلند) گزارش شده است و مبداء آنها واقعاً آسمانی است زیرا از نظر نوری غیرفعالند – در حالی که نمونه‌های زمینی که همراه با مواد حاصل از منابع بیولوژیکی هستند از نظر نوری فعال می‌باشند.
از این ترکیبات به طور طبیعی یافت می‌شوند می‌توان ترکیبات فعال نوری دیگر را تهیه نمود. به عنوان مثال، قبلاً مشاهد شد که به چه صورت می‌توان (-)-2- متیل -1-بوتانول را بدون این که تغییری در کنفیگوراسیون ایجاد شود به کلرید یا اسید مربوطه تبدیل نمود ؛ این ترکیبات فعال نوری به نوبه خود می‌توانند به بسیاری ا زترکیبات دیگر تبدیل شوند.
اغلب ترکیبات فعال نوری از طریق تفکیک مخلوط راسمیک به دست می‌آیند، به عبارت دیگر از جداسازی مخلوط راسمیک به انانتیومرهایش حاصل می‌گردند. این چنین تفکیکهایی غالباً با استفاده از واکنشگرهای فعال نوری انجام می‌شوند؛ این واکنشگرها معمولاً از منابع طبیعی به دست می‌آیند.


بیشتر تفکیکها از طریق واکنش بازهای آلی با اسیدهای آلی و ایجاد نمکهای مربوطه انجام می شود. به عنوان مثال،‌فرض کنید که اسید راسمیک، -HA ( ) را تهیه کرده‌ایم. امروزه، بازهای بسیار پیچیده‌ای به نام آلکالوئیدها (یعنی شبیه قلیا) از گیاهان مختلفی استخراجی شده‌اند که از جمله می‌توان کوکائین، مرفین، استریکین و کنین را نام برد. بیشتر آلکالوئیدهای به دست آمده از گیاهان صرفاً حاوی یک انانتیومر بوده و از این رو از نظر نوری فعال هستند. حال یکی از این بازهای فعال نوری را که بر چب‌بر است، B-(-)، در نظر گرفته آن را با اسید راسمیک هستند. حال یکی از این بازهای فعال نوری را که چب‌بر است، B-(-) در نظر گرفته آن را با اسید راسمیک HA-( ) مخلوط می‌نمائیم. اسید به صورت دو کنفیگوراسیون وجود دارد، در حالی که باز فقط به صورت یک کنفیگوراسیون موجود است؛ در نتیجه بلورهایی از دو نمک متفاوت تشکیل می‌گردد،

^- BH⁺(-)-A , (-)-BH⁺(+)-A -(-)

این دو نمک چه رابطه‌ای با هم دارند؟ از آنجا که قسمت اسیدی آنها را نمی‌توان بر هم منطبق نمود لذا بر هم قابل انطباق نیستند. از آنجا که قسمت بازی آنها تصویری آینه‌ای نیستند لذا تصویر آینه‌ای یکدیگر نمی‌باشند. این نمکها ایزومرهای فضایی هستند که انانتیومر نبوده و در نتیجه دیاسترئومرند.

تصویر : CH117.gif

البته این نمکهای دیاسترئومری دارای خواص فیزیکی متفاوت، از جمله انحلال‌پذیری متفاوت در یک حلال هستند. از این رو می توان آنها را به وسیلة عمل تبلور نوبتی از هم جدا نمود. پس از جداسازی دو نمک، اسید فعال نوری را می‌توان از هر یک از دو نمک با افزایش اسید معدنی قوی که جانشین اسید آلی ضعیف می‌گردد، به دست آورد. چنانچه نمک با دقت به وسیله تبلورهای مکرر، خالص گردد تا این که تمامی ذرات دیاسترئومر خارج شود، اسید به دست آمده نیز از نظر نوری خالص خواهد بود. از آلکالوئیدهای (-)- بروسین، (-)- کنین، (-)-استریکینین و (+)- سینکونین می‌توان برای تفکیک استفاده نمود.
برای تفکیک بازهای آلی عمل عکس انجام می‌گیرد: به عنوان مثال، از بعضی از اسیدهای فعال نوری از قبیل (-)- مالیک اسید که به طور طبیعی یافت می‌شوند می‌توان استفاده نمود.
همان‌طور که خواهیم دید تفکیک الکلها که اهمیت خاصی در سنتز دارد مسائل خاصی را هم ایجاد می‌کند. از آنجا که الکلها نه به اندازه کافی اسیدی‌اند و نه به اندازه کافی بازی، نمی‌توان آنها را مستقیماً به وسیله تشکیل نمک تفکیک نمود. با وجود این می‌توان با اصلاح روش ذکر شده تفکیک را انجام داد: یک «دستگیره» اسیدی که به آنها متصل می‌شود تا تشکیل نمک‌ها را تسهیل کند و هنگامی که دیگر به آن احتیاجی نباشد می‌توان آن را از مولکول جدا نمود.
ترکیباتی غیر از بازها، اسیدهای آلی و یا الکها را نیز می توان تفکیک نمود. گر چه شیمی آنها ممکن است با شیمی تشکیل نمک که در بالا ذکر شد متفاوت باشد ولیکن اصل یکی است. یعنی: یک مخلوط راسمیک به وسیلة یک واکنشگر فعال نوری به مخلوطی از دیاسترئومرها تبدیل می‌شود که سپس می‌تواند جداسازی شود.