ラセミ混合物

化学 において、ラセミ混合物またはラセミ化合物（/ r eɪ ˈ s iː m eɪ t、r ə -、ˈ r æ s ɪ m eɪ t / ^{[1] ）は、}キラルな分子または塩の左利きの光学異性体と右利きの光学異性体が等量含まれる混合物です。ラセミ混合物は自然界ではまれですが、多くの化合物は工業的にラセミ化合物として生産されています。

最初に知られたラセミ混合物はラセミ酸であり、ルイ・パスツールはこれが酒石酸の2つのエナンチオマーの混合物であることを発見した。彼はラセミ酒石酸のアンモニウムナトリウム塩の水溶液から始めて、混合物の結晶を手作業で分離した。パスツールは、酒石酸アンモニウム塩が（77°Fで）異なる結晶形を持つエナンチオマー結晶を与えるという事実を利用した。マクロスケールから分子レベルまで推論して、彼は分子が重ね合わせることのできない鏡像を持っているに違いないと考えた。^[2] エナンチオマーが1つだけのサンプルは、エナンチオマー的に純粋またはエナンチオピュアな化合物である。^[3]

ブドウに含まれるラセミ酸から。ラテン語のracemus (ブドウの房)に由来。ブドウで自然に生成されるこの酸は、分子の右手型のみで、酒石酸としてよく知られています。多くのゲルマン語では、ラセミ酸は「ブドウ酸」と呼ばれています。たとえば、ドイツ語はtraubensäure、スウェーデン語はdruvsyraです。カール・フォン・リンネは、レッドエルダーベリーにSambucus racemosa という学名を付けました。スウェーデン語の名前druvfläder は「ブドウのエルダー」を意味し、その果実がブドウのような房になって生えるところからそう呼ばれています。

ラセミ混合物は接頭辞(±)-またはdl- (糖の場合は接頭辞dl -が使用される) で表され、右旋性異性体と左旋性異性体の等量 (1:1) 混合物であることを示します。また、接頭辞rac- (またはracem- ) や記号RSおよびSR (すべて斜体) も使用されます。

比率が 1:1 でない (または不明な) 場合は、代わりに接頭辞 (+)/(−)、d/l - 、またはd/l- (スラッシュ付き) が使用されます。

IUPACではdとlの使用は推奨されていない。^{[4] [5]}

ラセミ体は光学的に不活性（アキラル）であり、平面偏光の偏光を回転させないことを意味する。2つのエナンチオマーは平面偏光を反対方向に回転させますが、負（-）反時計回り（左旋性）エナンチオマーと正（+）時計回り（右旋性）エナンチオマーが同量存在するため、回転は互いに打ち消し合います。^[6]

平面偏光の回転方向を除いて物理的特性が同一である 2 つの純粋なエナンチオマーとは対照的に、ラセミ体は純粋なエナンチオマーのいずれとも異なる特性を持つ場合があります。融点が異なるのが最も一般的ですが、溶解度や沸点が異なる場合もあります。

医薬品はラセミ体または純粋なエナンチオマーとして入手可能であり、効力が異なる可能性があります。生物系には多くのキラル非対称性があるため、純粋なエナンチオマーは生物学的効果が大きく異なることがよくあります。例としては、グルコースとメタンフェタミンが挙げられます。

ラセミ体を結晶化する方法には 4 つあり、そのうち 3 つはHWB Roozeboom が1899 年までに区別していました。

凝灰岩（ラセミ凝灰岩と呼ばれることもある）

物質の分子が、同じエナンチオマーに対して、反対のエナンチオマーに対してよりもずっと高い親和性を持っている場合、エナンチオマー的に純粋な結晶の機械的混合物が生じる。エナンチオマー的に純粋なR結晶とS結晶の混合物は共晶混合物を形成する。その結果、複合体の融点は常に純粋なエナンチオマーの融点よりも低くなる。複合体に少量のエナンチオマーを加えると、融点が上昇する。ラセミキラル化合物の約10％が複合体として結晶化する。^[7]

ラセミ化合物（真のラセミ化合物の場合もある）

分子が、同じエナンチオマーよりも反対のエナンチオマーに対してより大きな親和性を持つ場合、物質は、2つのエナンチオマーが基本セル内で1:1の比率で整然と存在する単一の結晶相を形成する。ラセミ化合物に少量のエナンチオマーを加えると、融点が下がる。しかし、純粋なエナンチオマーは、化合物よりも高いまたは低い融点を持つ可能性がある。ラセミ化合物の特殊なケースは、クリプトラセミ化合物（またはクリプトラセメート）であり、この化合物では、両方のエナンチオマーが1:1の比率で含まれているにもかかわらず、結晶自体が利き手性（エナンチオモルフィック）を持っている。[ ^8]

擬ラセミ体（ラセミ固溶体ともいう）

同じエナンチオマーと反対のエナンチオマーの間に親和性に大きな差がない場合、ラセミ化合物と複合体とは対照的に、2 つのエナンチオマーは結晶格子内で無秩序に共存します。 1 つのエナンチオマーを少量添加しても、融点はわずかに変化するか、まったく変化しません。

準ラセミ体

準ラセミ化合物は、2 つの類似しているが異なる化合物の共結晶であり、そのうちの 1 つは左利きで、もう 1 つは右利きです。化学的には異なりますが、立体的には類似しており (等比重)、ラセミ結晶相を形成することができます。1853 年にパスツールによって研究された最初のラセミ化合物の 1 つは、水中の(+)-酒石酸のビスアンモニウム塩と (-)-リンゴ酸のビスアンモニウム塩の 1:2 混合物から形成されます。2008 年に再調査された^[9]では、形成された結晶はダンベル型で、中央部分はアンモニウム (+)- 酒石酸水素塩で構成され、外側の部分はアンモニウム (+)- 酒石酸水素塩とアンモニウム (-)- リンゴ酸水素塩の準ラセミ混合物でした。

ラセミ化合物をその成分である個々のエナンチオマーに分離することをキラル分割といいます。この分離には、結晶化、クロマトグラフィー、さまざまな試薬の使用など、さまざまな方法があります。

キラルな影響（例えば、キラル触媒、溶媒、または出発物質）がなければ、キラルな生成物を生成する化学反応は常にラセミ体を生成します。特別な条件を必要としないため、ラセミ体の合成は純粋なエナンチオマーを作るよりも安価で簡単になります。この事実は、ラセミ体であったと推定される原始地球上で 生物学的ホモキラリティーがどのように進化したかという疑問にもつながります。

ラセミ混合物の試薬およびラセミ混合物を生成する反応は、特定の立体異性体において決定できないため、「立体特異的ではない」または「立体選択的ではない」と言われています。よくあるシナリオは、平面種（sp ²炭素原子やカルボカチオン中間体など）が求電子剤として作用することです。求核剤は、平面グループの両側のいずれかに「当たる」確率が 50% あり、その結果ラセミ混合物が生成されます。

一部の薬物分子はキラルであり、エナンチオマーは生物学的実体に対して異なる効果を発揮します。これらは 1 つのエナンチオマーとして、またはラセミ混合物として販売されます。例としては、サリドマイド、イブプロフェン、セチリジン、サルブタモールなどがあります。エナンチオマーの比率に応じて異なる効果を発揮するよく知られた薬物は、アンフェタミンです。アデロールは、両方のアンフェタミンエナンチオマーの不均等な混合物です。1 回のアデロール投与量には、デキストロアンフェタミンとアンフェタミンの中性硫酸塩と、アンフェタミンサッカラートの右旋性異性体および D/L-アンフェタミンアスパラギン酸一水和物が含まれています。元のベンゼドリンはラセミ混合物であり、単離されたデキストロアンフェタミンは後にデキセドリンとして市場に導入されました。処方鎮痛剤トラマドールもラセミ体です。

場合によっては（イブプロフェンやサリドマイドなど）、エナンチオマーが体内で相互変換またはラセミ化する 。つまり、医薬品用に純粋なエナンチオマーを調製することはほとんど意味がない。しかし、特定の1つの異性体が必要な場合（立体特異的試薬など）には、純粋なエナンチオマーを含むサンプルを高コストで製造して販売することもある。オメプラゾールとエソメプラゾールを比較してください。ラセミ薬からキラルな特定の薬への移行は、安全性プロファイルの向上や治療指数の向上のために行われることがあります。このプロセスはキラルスイッチングと呼ばれ、結果として得られるエナンチオ純粋な薬はキラルスイッチと呼ばれます。^[10]例として、エソメプラゾールは（±）-オメプラゾールのキラルスイッチであり、レボセチリジンは（±）-セチリジンのキラルスイッチです。

多くの場合、薬剤の一方のエナンチオマーのみが有効であるが、サルブタモール^[11]やサリドマイドのように、もう一方のエナンチオマーが有害な場合もある。サリドマイドの(R)エナンチオマーはつわりに有効であるが、(S)エナンチオマーは催奇形性があり、出生異常を引き起こす。この薬剤はラセミ化するため、妊娠可能年齢の女性にとって安全であるとは考えられず、^[12]他の病気の治療に使用する場合は厳しく使用が制限されている。^[13]

メタンフェタミンは、デソキシンというブランド名で処方箋により入手可能です。デソキシンの有効成分はデキストロメタンフェタミン塩酸塩です。これはメタンフェタミンの右利き異性体です。メタンフェタミンの左利き異性体であるレボメタンフェタミンは、中枢作用性が低く、末梢作用性が高い市販薬です。20 世紀のメトドリンは、メタンフェタミンの両異性体 (レボとデキストロ) の 50:50 ラセミ混合物でした。

ワラッハの法則（オットー・ワラッハが最初に提唱）は、ラセミ結晶はキラル結晶よりも密度が高くなる傾向があることを述べています。^[14]この法則は結晶学データベース分析によって実証されています。^[15]

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