라세미화

섬네일|카이랄인 일반적인 아미노산의 두 가지 거울상 이성질체
**라세미화**()는 화학에서 열이나 화학 반응에 의해 광학 활성 화합물이 라세미 형태(광학 비활성 형태)로 전환되는 것이다. 라세미화는 1:1의 거울상 이성질체의 몰비를 생성하고 이를 라세미 혼합물(즉, 동일한 양의 (+) 및 (−) 형태를 포함)이라고 한다. 플러스 형태는 우선성(右旋性, ), 마이너스 형태는 좌선성(左旋性, )이라고 한다. D 및 L 거울상 이성질체는 동일한 양으로 존재하며, 생성된 샘플은 라세미 혼합물() 또는 라세미체()로 기술된다. 라세미화는 다양한 메커니즘을 통해 진행될 수 있으며, 다른 거울상 이성질체는 다른 약학적 효과를 가질 수 있으므로 약리학에서 특히 중요하다.

## 입체화학
카이랄 분자는 다음과 같이 광학 특성이 다른 두 가지 형태(각 비대칭 지점에서)를 가지고 있다. 좌선성 형태((−) 형태)는 광선의 편광면에서 시계 반대 방향으로 회전하는 반면, 우선성 형태((+) 형태)는 광선의 평광면에서 시계 방향으로 회전한다. 3차원 공간에서 회전할 때 중첩되지 않는 두 가지 형태를 거울상 이성질체라고 한다. 표기법은 D-글리세르알데하이드 및 L-글리세르알데하이드에 대한 구조의 유사성을 나타내는 분자의 D 및 L 명명과 혼동되어서는 안된다. 또한 (*R*)- 및 (*S*)-는 빛의 회전보다는 칸-인골드-프렐로그 순위 규칙에 기반한 분자의 화학 구조를 나타낸다. D 및 L 표기법이 주로 당과 아미노산에 사용되기 때문에 R/S 표기법은 이제 +/−에 사용되는 기본 표기법이다.

라세미화는 하나의 순수한 형태의 거울상 이성질체가 동일한 비율의 두 거울상 이성질체로 전환되어 라세미체를 형성할 때 일어난다. 우선성 및 좌선성 분자의 수가 같을 때 라세미체의 순 광학 활성은 0이다. 거울상 이성질체는 또한 입체중심 주위에 상이한 분자 구조를 갖고 거울상이 아닌 입체 이성질체의 일종인 부분입체 이성질체와 구분되어야 한다.

용액에서 입체화학의 부분적 내지 완전한 라세미화는 S<sub>N</sub>1 메커니즘의 결과이다. 그러나 치환 반응에서 입체화학 입체배치의 완전한 역전이 발생하면 S<sub>N</sub>2 반응이 원인이 된다.

## 물리적 특성
고체 상태에서 라세미 혼합물은 다른 분자들 간의 상호작용으로 인해 순수한 거울상 이성질체와 다른 물리적 특성을 가질 수 있다(생물학적 중요성 문단 참조). 순수한 거울상 이성질체에서 라세미체로의 변화는 밀도, 녹는점, 용해도, 융해열, 굴절률 및 다양한 스펙트럼을 변경시킬 수 있다. 라세미체의 결정화는 별도의 (+) 및 (−) 형태 또는 단일 라세미 혼합물을 생성시킬 수 있다. 그러나 액체 및 기체 상태에서 라세미 혼합물은 순순한 거울상 이성질체와 동일하거나 거의 동일한 물리적 특성을 가지며 행동한다.

## 생물학적 중요성
일반적으로 대부분의 생화학 반응은 입체선택적이므로 하나의 입체 이성질체만 의도한 생성물을 생성하고 다른 하나는 반응에 참여하지 않거나 부작용을 일으킬 수 있다. 중요한 것은 아미노산의 L 형태와 당(주로 포도당)의 D 형태가 일반적으로 생물학적 반응 형태라는 것이다. 이것은 많은 생물학적 분자가 카이랄성이어서 특정 거울상 이성질체 사이의 반응이 순수한 입체 이성질체를 생성한다는 사실 때문이다. 또한 대부분의 아미노산 잔기가 L 형태로 존재한다는 사실도 주목할 만하다. 세균의 경우 세균의 세포벽에서 발견되는 짧은 폴리펩타이드로 중합되는 D-아미노산 잔기를 생성한다. 이러한 폴리펩타이드는 펩티데이스에 의해 덜 소화되며 일반적으로 L-아미노산을 생성하는 mRNA 번역 대신 세균의 효소에 의해 합성된다.

대부분의 생화학 반응의 입체선택적 특성은 화합물의 다른 거울상 이성질체가 사람에게 다른 특성과 영향을 미칠 수 있음을 의미한다. 많은 향정신성 약물들은 이성질체 간에 다른 활성 또는 효능을 나타낸다. 예를 들어 암페타민은 보통 라세미염으로 전환되는 반면 보다 활성이 높은 덱스트로암페타민은 난치성 사례 또는 더 심각한 적응증에 사용된다. 또 다른 예는 메타돈인데, 메타돈의 이성질체 중 하나는 오피오이드 작용제로서 활성을 가지며 다른 이성질체는 NMDA 수용체 길항제로서 활성을 갖는다.

의약품의 라세미화는 생체 내에서 일어날 수 있다. 탈리도마이드의 (*R*) 거울상 이성질체는 입덧에 효과적인 반면, (*S*) 거울상 이성질체는 임신 초기 3개월 내 복용시 선천적 기형을 유발한다. 하나의 거울상 이성질체만 사람에게 투여되는 경우 나중에 혈청에서 두 형태 모두 발견될 수 있다. 따라서 이 약물은 가임기 여성이 사용하기에 안전하지 않은 것으로 간주되며 다른 용도로 사용되지만 그 사용은 엄격하게 통제된다. 탈리도마이드는 다발성 골수종 치료에 사용할 수 있다.

일반적으로 사용되는 또 다른 약물은 이부프로펜으로 하나의 거울상 이성질체로는 항염증제이고, 다른 하나의 이성질체는 생물학적으로 불활성이다. 마찬가지로 (*S*) 입체 이성질체는 세로토닌 재흡수를 억제하는 항우울제인 시탈로프람(셀렉사)의 (*R*) 거울상 이성질체가 활성인 것보다 훨씬 더 반응성이 크다. 따라서 약물의 입체배치적 안정성은 제약 연구에서 관심 분야이다. 제약 산업에서 거울상 이성질체의 생산 및 분석은 카이랄 유기 합성 분야에서 연구된다.

## 라세미 혼합물의 형성
라세미화는 두 가지 순수한 거울상 이성질체를 같은 양으로 간단히 혼합하여 달성할 수 있다. 라세미화는 화학적 상호전환에서도 일어날 수 있다. 예를 들어 (*R*)-3-페닐-2-부탄온이 수산화 나트륨(NaOH) 또는 염화 수소(HCl)를 포함하는 수성 에탄올에 용해되면 라세미체가 형성된다. 라세미화는 입체중심이 평면이 되어 비카이랄이 되는 중간생성물 엔올 형태를 통해 일어난다. 도입되는 작용기는 평면의 양쪽에서 접근할 수 있으므로 카이랄 케톤으로 돌아가는 양성자화가 *R* 또는 *S* 형태를 생성하여 라세미체를 생성할 동일한 확률을 갖는다.

라세미화는 다음 과정 중 일부를 통해 일어날 수 있다.
* 단분자 치환 반응과 같은 자유 탄소 양이온 중간생성물을 통해 진행되는 치환 반응은 라세미화를 초래하는 치환기의 비입체특이적 첨가를 유도한다.
* 단분자 제거 반응도 탄소 양이온을 통해 진행되지만 카이랄 중심을 초래하지는 않는다. 대신 라세미체가 아닌 트랜스/시스(*E*/*Z*) 형태가 생성되는 일련의 기하 이성질체를 생성한다.
* 단분자 지방족 친전자성 치환 반응에서 탄소 음이온이 평면이거나 피라미드 구조를 유지할 수 없는 경우 항상 그런 것은 아니지만 라세미화가 일어나야 한다.
* 자유 라디칼 치환 반응에서 자유 라디칼의 형성이 카이랄 탄소에서 일어나면 거의 항상 라세미화가 관찰된다.

라세미화의 속도(L형에서 L형과 D형의 혼합물로의 전환 속도)는 회전율이 느린 조직의 생물학적 샘플, 법의학 샘플 및 지질 퇴적물의 화석을 연대 측정하는 방법으로 사용되었다. 이 기술은 아미노산 연대 측정으로 알려져 있다.

## 광학 활성의 발견
1843년에 루이 파스퇴르는 포도주에서 발견되는 파라타르타르산 또는 라세미산에서 광학 활성을 발견했다. 파스퇴르는 편광된 빛을 반대 방향으로 회전시키는 두 가지 거울상 이성질체 결정을 분리할 수 있었다.

## 같이 보기
* 광학 활성
* 거울상 이성질체
* 라세미 혼합물
* 라세미화효소

## 각주

분류:화학 반응
분류:입체화학
분류:단백질 구조
분류:번역 후 변형