مخلوط راسمیک چیست؟ – ویژگی ها و جداسازی آن ها

مخلوط راسمیک اولین بار توسط لویی پاستور به اکتشاف رسید. این مخلوط از انانتیومر ها با میزان برابر تشکیل می شود. انانتیومرها به مقدار برابر از انانتیومر راست گردان و چپ گردان یک مولکول کایرال هستند. از آن جایی که در مخلوط راسمیک انانتیومر ها با جهت چرخش مخالف هم با یکدیگر مخلوط می شوند، همدیگر را خنثی می کنند. این مخلوط از لحاظ نوری خنثی بوده و فعال نیست. به طور معمول برای شناسایی ماهیت مخلوط راسمیک از علامت مثبت و منفی به صورت پیش وند استفاده می شود. در این مقاله نشریه جهان شیمی فیزیک به این موضوع و مطالب پیرامون آن می پردازیم.

ویژگی های مخلوط راسمیک

مخلوطهای راسمیک فعالیت نوری ندارد. به این موضوع پیشتر هم اشاره کردیم. دلیل این امر نیز وجود مقدار برابر از انانتیومرهای چپ گردان و راست گردان که چرخشی خلاف جهت یکدیگر دارند بیان شد. ویژگی ها و خاصیت های مخلوطهای راسمیک می تواند از خواص و ویژگی های انانتیومر های خالص متفاوت باشد. این تفاوت ها می تواند در ویژگی هایی از جمله نقطه ی ذوب، نقطه ی جوش و انحلال پذیری مخلوط راسمیک و انانتیومرهای خالص باشد.

در مخلوطهای راسمیک چرخش یک انانتیومر چپ گردان با چرخش یک انانیومر راست گردان به علت خلاف جهت و هم اندازه بودن این چرخش ها، خنثی می شود. انانتیومرها به صورت تنها دارای خاصیت ها و ویژگی های بسیار مشابه به یک دیگر هستند. به عنوان مثال نقطه های جوش و انحلال پذیری انانتیومر ها با یک دیگر یکسان است. همین امر علت آن است که نمی توان انانتیومرها را با شیوه های تقطیر جزء به جزء و یا تبلور جداسازی کرد. اما استثنای این قضیه نیز زمانی است که حلال، فعال نوری باشد.

راسمیک شدن به چه صورتی است؟

زمانی که مواد کایرال یک مخلوط راسمیک را تشکیل بدهند، فرایند راسمیک شدن اتفاق می افتد. به طور کلی فرایند تشکیل مخلوطهای راسمیک را راسمیک شدن و یا همان Racemization نام گذاری کرده اند. مخلوط کردن میزانی برابر از انانتیومر های مواد، شیوه ای برای راسمیک شدن و ساخت مخلوط راسمیک در نظر گرفته می شود. به عنوان یک مثال برای فرایند راسمیک شدن به این شیوه، می توان به حل شدن (R)-3- فنیل-۲-بوتانون در یک محلول آبی اتانول دارای هیدروژن کلرید و یا سدیم هیدروکسید اشاره کرد.

این فرایند ذکر شده منجر به تشکیل یک مخلوط راسمیک می شود. زمانی فرایند راسمیک شدن باعث تشکیل این مخلوط می شود که طی آن، یک مخلوط با مقدار برابر از انانتیومر های راست گردان و چپ گردان تشکیل شده باشد. گاهی امکان دارد که یک مخلوط راسمیک از طریق تبلور به وجود آید. برخی اوقات، دو مدل ایزومرهای چپ گردان و راست گردان نیز می توانند از تبلور یک مخلوط راسمیک حاصل شوند.

سنتز مخلوط راسمیک

مخلوطهای راسمیک از یک واکنشی که در عدم حضور حلال کایرال و یا کاتالیزگر منجر به تولید یک فرآورده ی کایرال شود، حاصل می شود. تولید کردن انانتیومر ها به صورت خالص نیازمند شرایط و امکانات ویژه ای می باشد که فرایند تولیدشان را دشوار و هزینه بر می کند. اما تولید مخلوطهای راسمیک به شیوه ای که ذکر شد، به نسبت ساده تر و مقرون به صرفه است. واکنش دهنده ها و یا همان ریجنت های فرایند تولید و تهیه ی مخلوطهای راسمیک، ویژگی فضا گزینی و یا فضا ویژگی ندارند.

خاصیت فضا گزینی همان Stereo selectivity و خاصیت فضا ویژگی همان Stereo specificity است. فرایند سنتز مخلوطهای راسمیک، با برخورد یک ماده ی هسته دوست (به احتمال پنجاه درصد) به هر دو سمت یک مولکول مسطح، انجام می گیرد. حاصل این واکنش به همین شیوه، مخلوط راسمیک خواهد بود. در نتیجه، وجود ذرات مسطح می تواند علت انجام واکنش راسمیک شدن و تولید مخلوط راسمیک بشود.

تفکیک مخلوط های راسمیک

یکی از چالشی ترین فرایند هایی که شیمی دان ها و محققین این رشته را درگیر می کند، تفکیک و جدا سازی مخلوطهای راسمیک است. از مهم ترین دلایل این پدیده نیز برابری ویژگی های انحلال پذیری، نقطه ی ذوب و نقطه ی جوش انانتیومر ها است. از این رو شیوه هایی مانند تبلور، تقطیر و سایر روش هایی از این دست برای جداسازی و تفکیک مخلوط های راسمیک کارایی نخواهند داشت. مخلوطهای راسمیک رفتار های متفاوتی را در محیط کایرال از خود نشان می دهند. همین امر موجب می شود تا جدا سازی مخلوط های راسمیک در محیط کایرال انجام شود.

شیوه ی استفاده از عامل تفکیک کننده و یا همان Resolving Agent که مبنای آن اختلاف خاصیت های فیزیکی در دیاسترومرها است، برای جدا سازی مخلوطهای راسمیک به کار گرفته می شود. روش کروماتو گرافی یا به بیان روشن تر کروماتوگرافی کایرال شیوه ی دیگری است که برای جدا سازی مخلوطهای راسمیک کاربرد دارد. برای خالص سازی یک ماده در تفکیک انانتیومر ها از این شیوه استفاده می شود.

فزونی انانتیومری

کایرالیته ی یک مولکول خاص، از پر اهمیت ترین موارد در کاربرد های آن مولکول خاص در نظر گرفته می شود. همین ویژگی به وسیله ی دو مولکول لیمونین در میوه های پرتقال و لیمو، طعم های متفاوت آن ها از یک دیگر را باعث می شود. در سنتز بیولوژیکی ترکیب های پر اهمیت توسط شیمی دان ها، انانتیومر های با خلوص بالا به کار برده می شوند. فزونی انانتیومری و یا همان Enantiomeric Excess (ee) درجه ی خلوص انانتیومری یک محلول را نشان می دهد.

فزونی انانتیومری از قدر مطلق اختلاف کسر مولی هر انانتیومر به دست می آید. به صورت عملی اما فزونی انانتیومری به صورت درصد بیان می شود. در فرایند سنتز نا متقارن و یا همان Asymmetric Synthesis معیار برای تشخیص موفقیت فرایند، فزونی انانتیومری آن است. از شیوه هایی که پیش تر به آن ها اشاره کردیم نیز برای تولید ماده ی خالص و جدا سازی مخلوطهای راسمیک استفاده می شود. اما از این شیوه ها در فرایند های گران قیمت و چند مرحله ای و سنتزی استفاده نمی شود. علت آن هم کم شدن بازده ی واکنش در صورت حذف یکی از انانتیومر ها است.

به کار بردن ریجنت کایرال علی رغم سختی ها و معایبی که دارد، به عنوان روش جای گزین کاربرد دارد. در سنتز آلی از نوین ترین و مناسب ترین روش ها، استفاده از کاتالیزور های کایرال است که امکان استفاده های مجدد از آن ها نیز وجود دارد.