Metody rozdziału mieszaniny
racemicznej

1. Przekształcenie w Diastereoizomery

2. Wykorzystanie zróżnicowanej absorpcji

3. Rozpoznanie Chiralne

4. Procesy Biochemiczne

5. Rozdział Kinetyczny

6. Rozdział Mechaniczny

7. Deracemizacja

Przekształcenie w Diastereoizomery

Jeżeli mieszanina racemiczna zawiera w swojej budowie grupę karboksylową,
możliwe jest utworzenie soli w reakcji z optycznie czynną zasadą

.

Utworzona w ten sposób para diastereoizomerów ma już różne właściwości i
można ją rozdzielić. Najczęściej wykorzystuje się różnicę w rozpuszczalności.
Mieszaninie diastereoizomerów pozwala się powoli krystalizować z odpowiednio
dobranego rozpuszczalnika. W związku z tym, że rozpuszczalność obu
diastereoizomerów jest różna, tworzące się na początku kryształy są dużo
bogatsze w jeden z izomerów. Przefiltrowanie osadu w tym momencie pozwala
na częściowy rozdział mieszaniny.
Niestety, różnica w rozpuszczalności na tyle duża aby przeprowadzić rozdział za
pomocą tylko jednej krystalizacji jest bardzo rzadko spotykana, dlatego też
niezbędne jest zazwyczaj wykonanie kilkukrotnej krystalizacji tzw. krystalizacji
frakcjonowanej.

Przekształcenie w Diastereoizomery

Na szczęście optycznie czynne zasady (przede wszystkim alkaloidy) są
stosunkowo tanie i łatwo dostępne np

.

Brucyna

Strychnin
a

Morfina

(+)-
Efedryna

Przekształcenie w Diastereoizomery

Rozdział alkoholi wymaga pewnej pomysłowości w uzyskiwaniu
soli diastereoizomerycznych nadających się do rekrystalizacji.
Aby rozszczepić alkohol racemiczny, ROH, przekształca się go
zazwyczaj w monoester kwasu ftalowego.
Strategia polega na tym, żeby pozostawić jedną z grup
karboksylowych

wolną,

umożliwiając

utworzenie

soli

diastereoizomerycznych z jedną z amin przedstawionych na
poprzednim slajdzie. Po rozdzieleniu odpowiednich soli
amonowych usuwa się aminę przez zakwaszanie i powstaje
jeden z enancjomerów monoestru kwasu ftalowego. Następnie
ester ten jest przekształcany przez hydrolizę zasadową do
jednego z enancjomerów wyjściowego alkoholu, ROH

CO

2

H

CO

2

R

Wykorzystanie zróżnicowanej absorpcji

Enancjomery

można

rozdzielić

również

przy

użyciu

chromatografii kolumnowej, Jeżeli kolumna chromatograficzna
zawiera odpowiednią chiralną fazę stacjonarną, enancjomery
powinny być wymywane z kolumny z różną szybkością. Mimo,
że nie powstają tutaj wiązania chemiczne, enancjomery
podlegają tutaj oddziaływaniom diastereoizomerycznym z
chiralną fazą stacjonarną. Jeśli jeden z enancjomerów jest
dobrze „rozpoznawany chiralnie” przez fazę stacjonarną,
będzie on w większym stopniu adsorbowany na chiralnej fazie
stacjonarnej, a co za tym idzie, wolniej wymywany.
Na przykład kwas migdałowy został niemal całkowicie
rozdzielony na kolumnie zawierającej skrobię

.

Kwas
migdałowy

Rozpoznanie Chiralne

Użycie

związków

inkluzyjnych

do

rozdziału

racematu

poprzez

diastereoizomery jest również spotykane.
Jednak w niektórych przypadkach możliwe jest utworzenie związku
inkluzyjnego z tylko jednym z obu enancjomerów. Taka metoda rozdziału nosi
nazwę rozpoznania chiralnego.
Wykorzystuje się tutaj fakt, że tylko jeden z enancjomerów („gość”) pasuje
do luki „gospodarza”.
Częściej spotykaną sytuacją jest wykorzystanie różnic w szybkościach
tworzenia obu diastereoizomerów związków inkluzyjnych. Przykładem może
być wykorzystanie eteru koronowego do częściowego rozdziału soli
amoniowej:

Rozpoznanie Chiralne

Kiedy roztwór wodny soli amoniowej został zmieszany z
roztworem chloroformowym czystego optycznie eteru
koronowego, a następnie obie fazy rozdzielono, okazało się,
że faza chloroformowa zawiera dwa razy więcej
diastereoizomerycznego kompleksu pomiędzy eterem
koronowym a enacjomerem R soli amoniowej.

Procesy Biochemiczne

Związek chiralny, który reaguje z różnymi szybkościami z dwoma
enancjomerami może być obecny w żywym organizmie. Przykładem
takich związków są oczywiście enzymy.
Enzymy, są to związki o dużej masie molowej, zwykle zawierające dużo
grup amidowych, katalizujące określone reakcje w żywych komórkach.
Wszystkie enzymy są katalizatorami, są chiralne, i w swoim naturalnym
wodnym środowisku wykazują wysoką stereoselektywność.
Te właściwości enzymów wykorzystano do rozdziału mieszanin
racemicznych.
Przykładem może być reakcja przedstawiona poniżej:

S

OCOMe

PCL

bufor fosforanowy

aceton

S

OCOMe

S

OH

racemat

+

Do przeprowadzenia syntezy jednego z enancjomerów chiralnego feromonu
owadziego potrzebne było rozszczepienie racemicznego octanu, które
osiągnięto przez enancjoselektywną hydrolizę dającą tylko jeden z
enacjomerów odpowiedniego alkoholu. Drugi enecjomeryczny octan
pozostał nietknięty przez lipazę z Pseudomonas cepacia (PCL), enzym
dobrany do tej reakcji.

Rozdział Kinetyczny

Jeżeli enancjomery reagują ze związkiem chiralnym z różnymi
szybkościami, czasami możliwy jest częściowy rozdział racematu,
zatrzymując tę reakcję przed jej ukończeniem.
Bardzo ważnym zastosowaniem tej metody jest możliwość rozdziału
enacjomerycznych alkenów w reakcji z diizopinokamfyloboranem,
ponieważ alkeny jest bardzo trudno przeprowadzić w diastereoizomery
jeżeli w ich cząsteczce brak jest innych grup funkcyjnych.
Innym ciekawym przykładem może być rozdział alkoholi allilowych
podanych poniżej poprzez reakcje epoksydowania:

Przemiana w podanym przykładzie jest wyjątkowo selektywna, gdyż
reakcji ulega tylko jeden z enancjomerów, natomiast drugi nie
reaguje w ogóle.

Rozdział Kinetyczny

Metoda ma tę wadę, że w jej wyniku można otrzymać tylko jeden z
enancjomerów, ale istnieją co najmniej dwie drogi aby uzyskać drugi
izomer:
- użycie drugiego enacjomeru chiralnego odczynnika
- przekształcenie produktu w wyjściowy związek oczywiście z
zachowaniem stereochemii

Rozdział Mechaniczny

To jest metoda dzięki której Ludwik Pasteur udowodnił, że racemiczny
kwas winowy składa się z (+)- i (-)-kwasu winowego. W przypadku
racemicznej soli sodowo-amonowej kwasu winowego okazało się, że
enacjomery krystalizują oddzielnie – wszystkie cząsteczki (+) tworzą
jeden kryształ, natomiast wszystkie (-) łączą się tworząc inny kryształ.
Ponieważ kryształy są nie nakładalne na siebie, więc różnią się wyglądem
a to pozwala wprawnemu krystalografowi rozdzielić je przy pomocy
pęsety.

Niestety, metoda ta ma niewielkie znaczenie praktyczne gdyż niewiele
związków krystalizuje w ten sposób. Nawet enacjomery winianu
sodowo-potasowego krystalizują oddzielnie poniżej 27°C.

Rozdział Mechaniczny

Bardziej użyteczną modyfikacją tej metody jest zaszczepienie
mieszaniny racemicznej czymś co spowoduje wykrystalizowanie tylko
jednego enacjomeru.
Znanym przykładem rozdziału mechanicznego racematu jest
rozszczepienie heptahelicenu.

Okazało się, że z wrzącego benzenu wypada w postaci kryształów tylko
jeden z enancjomerów.

Deracemizacja

W tym procesie jeden z enancjomerów przekształcany jest w drugi, a co za
tym idzie mieszanina racemiczna przekształcana jest w jeden czysty
enancjomer lub wzbogacona w jeden z nich.
Na przykład, podany poniżej tioester został umieszczony razem z
odpowiednio

dobranym

optycznie

czynnym

amidem

(obecność

zewnętrznej optycznie czynnej substancji jest niezbędna w tej metodzie).

Po 28 dniach roztwór zawierał 89% jednego enancjomeru i 11%
drugiego.
Aby deracemizacja mogła mieć miejsce muszą być spełnione dwa
warunki:
a) enacjomery muszą tworzyć różne kompleksy z czynną optycznie
substancją
b) muszą przekształcać się w warunkach eksperymentu
W tym przypadku niezbędna była obecność zasady (trietyloamina) aby
przekształcenie mogła nastąpić.