Cтраница 2
Метка необходима только для того, чтобы можно было различить пространственное расположение двух энантиотопных СН2СООН - групп в промежуточной лимонной кислоте. Если синтезировать лимонную кислоту из немеченой НООССОСН2СООН и меченой СН3СООН, то метка находится в другой энантиотопной группе СН2СООН лимонной кислоты, и в конечном продукте НООССОСН2СН2СООН она удалена от СО-группы. При тщательном исследовании синтеза лимонной кислоты было обнаружено, что две стороны карбонильной группы в щавелевоуксусной кислоте сами по себе являются не эквивалентными, а энантиотопными; при ферментативном синтезе лимонной кислоты молекулы СНзСООН подходят исключительно с одной стороны карбонильной группы. [16]
Согласно Хансону [8], если получают хиральную совокупность при замене точечного лиганда в ограниченной нехиральной совокупности точечных лигандов на новый точечный лиганд, то первоначальная совокупность является прохиральной. Следовательно, любая молекула, содержащая энантиотопные группы, является прохиральной. Атомы, которые несут энантиотопные группы [8] или стороны [9], также называют прохиральны-ми. Атомы с диастереотопными группами могут быть или не быть прохи-ралыгыми. [17]
Энантиотопные группы нельзя отличить друг от друга в ахи-ральных условиях. Не поможет ни применение физических методов ( ИК - и ЯМР-спектроскопия), ни проведение химической реакции с ахиральным реагентом. И только в условиях, обеспечивающих появление различия между правыми и левыми молекулами, энантиотопные группы становятся различимыми. Для этого нужно создать возможность взаимодействия субстрата, имеющего энантиотопные группы, с какой-либо хиральной частицей, например с нерацемическим хиральным реагентом или нерацемическим хиральным катализатором. [18]
Энантиотопные группы нельзя отличить друг от друга в ахи-ральных условиях. Не поможет ни применение физических методов ( ИК - и ЯМР-спектроскопия), ни проведение химической реакции с ахиральным реагентом. И только в условиях, обеспечивающих появление различия между правыми и левыми молекулами, энантиотопные группы становятся различимыми. Для этого нужно создать возможность взаимодействия субстрата, имеющего энантиотопные группы, с какой-либо хиральной частицей, например с нерацемическим хиральным реагентом или нерацемическим хиральным катализатором. [19]
Комплекс субстрат-фермент становится диастерестопным. При этом активный центр, обозначенный символом Ох, отвечает за окисление при условии, что молекула субстрата предварительно была правильно ориентирована при ее иммобилизации на поверхности фермента. Правильная ориентация возможна лишь в том случае, если между поверхностью фермента и молекулой лимонной кислоты, содержащей энантиотопные группы, осуществляется трехточечный контакт тремя группами СООН. [20]
При ферментативном окислении лимонной кислоты поверхность фермента, взаимодействующего с субстратом, создает хиральное окружение субстрата и уничтожает элементы симметрии, бывшие в свободной молекуле субстрата. Комплекс субстрат-фермеит становится диастереотопным. При этом активный центр, обозначенный символом Ох отвечает за окисление при условии, что молекула субстрата предварительно была правильно ориентирована при ее иммобилизации на поверхности фермента. Правильная ориентация возможна лишь в том случае, если между поверхностью фермента и молекулой лимонной кислоты, содержащей энантиотопные группы, осуществляется трехточечный контакт тремя группами СООН. [21]
Па, Пб и Пв) и С, ( см. ниже), но они могут встречаться и в аксиальных группах. Атомы водорода при С3 эквивалентны. Пары атомов водорода Н4 / Н4 и Н2 / Н3 эквивалентны и образуют два энантиотопных ряда, которые могут быть названы энантиотопными рядами эквивалентных атомов водорода. Пары водородных атомов Hj / Hg и Н3 / Н4 образуют два эквивалентных ряда энантиотопных атомов водорода. Ни линейные, ни хиральные молекулы не могут содержать энантиотопных групп, и поэтому молекулы с такими группами должны быть нелинейными и ахиральными. [22]
Необходимо подчеркнуть, что в предыдущем анализе были использованы исключительно аргументы симметрии и поэтому выводы не зависят от деталей механизма реакций, которые влияют на различия в энергиях между диастереомерными переходными состояниями; чтобы прийти к заключению о принципиальном существовании различий в скоростях реакций, не требуется знания деталей и характера реакций и переходных состояний. Величина и характер различий в константах реакций зависят от величины и характера различий в энергиях диастереомерных переходных состояний; последние в свою очередь определяются природой и особенностью обоих переходных состояний. Однако аргументы симметрии, которые убеждают нас в существовании различия, в то же время не способны дать информацию о величине и характере этого различия или даже позволить решить, будут ли различия достаточно большими, чтобы их можно было наблюдать. Иначе говоря, хотя иногда имеются гипотезы о механизме реакций, объясняющие величину и направление различий в скоростях реакций, важно понять, что существует фундаментальное различие между такими аргументами, основанными на механизмах реакции, и аргументами симметрии, которые довольно подробно изложены выше. Гипотезы о механизме реакций являются эмпирическими, и поэтому их можно экспериментально проверить. Напротив, выводы, основанные на свойствах симметрии энантиотопных групп и сторон, нельзя экспериментально подтвердить или опровергнуть; они основаны только на логике аргументов и должны иметь силу, если логика верна, независимо от результатов опытов. Полезность этих выводов определяется экспериментальным обнаружением того, что различия между энантиотопными группами и сторонами часто достаточно велики, чтобы их можно было наблюдать, а иногда и очень велики, как, например, в некоторых ферментативных реакциях. [23]
Необходимо подчеркнуть, что в предыдущем анализе были использованы исключительно аргументы симметрии и поэтому выводы не зависят от деталей механизма реакций, которые влияют на различия в энергиях между диастереомерными переходными состояниями; чтобы прийти к заключению о принципиальном существовании различий в скоростях реакций, не требуется знания деталей и характера реакций и переходных состояний. Величина и характер различий в константах реакций зависят от величины и характера различий в энергиях диастереомерных переходных состояний; последние в свою очередь определяются природой и особенностью обоих переходных состояний. Однако аргументы симметрии, которые убеждают нас в существовании различия, в то же время не способны дать информацию о величине и характере этого различия или даже позволить решить, будут ли различия достаточно большими, чтобы их можно было наблюдать. Иначе говоря, хотя иногда имеются гипотезы о механизме реакций, объясняющие величину и направление различий в скоростях реакций, важно понять, что существует фундаментальное различие между такими аргументами, основанными на механизмах реакции, и аргументами симметрии, которые довольно подробно изложены выше. Гипотезы о механизме реакций являются эмпирическими, и поэтому их можно экспериментально проверить. Напротив, выводы, основанные на свойствах симметрии энантиотопных групп и сторон, нельзя экспериментально подтвердить или опровергнуть; они основаны только на логике аргументов и должны иметь силу, если логика верна, независимо от результатов опытов. Полезность этих выводов определяется экспериментальным обнаружением того, что различия между энантиотопными группами и сторонами часто достаточно велики, чтобы их можно было наблюдать, а иногда и очень велики, как, например, в некоторых ферментативных реакциях. [24]
На основании полученных результатов лимонную кислоту исключили, как промежуточное соединение из этой последовательности, поскольку считали, что карбоксильные группы у первичных атомов углерода ( СНзСООН) в лимонной кислоте должны быть неразличимы и, следовательно, введенная метка должна была бы равномерно распределиться по обеим первичным карбоксильным группам лимонной кислоты. Таким образом, если бы лимонная кислота была промежуточным продуктом, то метка должна была бы равномерно распределиться по двум карбоксильным группам а-кетоглутаровой кислоты. Как показано на рис. 10 ( Ха), реакция со стороны А будет давать лимонную кислоту, меченную по карбоксильной группе I, а реакция со стороны А - лимонную кислоту, меченную по карбоксильной группе II. Очевидно, реакция протекает исключительно по одному из этих путей, и в результате лимонная кислота содержит меченый атом углерода лишь в одной из двух энан-тиотопных карбоксильных групп. В последующих ферментативных ( и, следовательно, хиральных) реакциях эти энантиотопные группы реагируют с сильно различающимися скоростями, причем одна из них становится а-кетокарбоксильной группой, а другая остается карбоксильной группой, соседней с метиленовой. [25]