Doft och stereoisomeri

Kemisk bakgrund

Limonen, en kiral molekyl

Ordet kiral härstammar från grekiskans cheir, som betyder hand. Våra händer är kirala - vår högra hand är en spegelbild av den vänstra. Förutsättningen för att en molekyl ska vara kiral är att det sitter fyra olika grupper bundna till det asymmetriska centret. Kemiska föreningar med ett kiralt kol kan förekomma i två spegelbildsformer, sa kallade enantiomerer.

Även om isomererna består av samma beståndsdelar, kan deras olika strukturer ge dem mycket skilda egenskaper. Ett exempel på detta kan vi se hos molekylen limonen (C10H16). Limonen är en av molekylerna som ger apelsin och citron deras lukt. Limonen finns i många produkter som har en talliknande doft. Genom att titta på limonens strukturformel (figur 1), kan vi se att ringen två grupper (-H och -CH2CH3) som är spegelvända beroende på vilket håll man vandrar ut från kolatomen.

Nästan alla av enantiomerernas fysikaliska egenskaper är lika, såsom smältpunkt, kokpunkt och densitet. Men de roterar planpolariserat ljus åt olika håll, det vill säga de är optiskt aktiva. En molekyl som är identisk med sin spegelbild (exempel metanol) sägs vara akiral och är inte optiskt aktiv. Optiskt aktiva molekyler upptäcktes 1848 av Louis Pasteur. Pasteur plockade med en pincett fram två olika kristaller ur en lösning som fått kristallisera. Därmed var han först med att påvisa en av varianterna av stereoisomererna där samma ämne kan uppträda i en höger- eller vänstervriden form.

Figur 1

Den ena spegelbilden av limonen smakar apelsin (R-limonen) medan den andra smakar citron (S-limonen). Receptorerna i vår näsa är känsligare för spegelsymmetri - den ena formen luktar citron och den andra luktar apelsin. Hur vi än vrider och vänder på en av formerna av limonen, kan vi inte få den att överlappa den andra. De har uppenbarligen olika tredimensionella strukturer. I naturen kan man tycka att de båda formerna av kirala molekyler borde vara lika vanliga, reaktionerna borde vara symmetriska. Da vi studerar cellernas molekyler visar det sig dock att naturen huvudsakligen utnyttjar den ena av de båda enantiomererna. Därför har vi, och det gäller allt levande, växter som djur, aminosyror och därmed peptider, enzymer och andra proteiner, enbart av den ena spegelbildsformen. Kolhydrater och nukleinsyror som DNA och RNA är andra exempel. Enzymerna och receptorerna i våra celler är alltså uppbyggda av kirala molekyler. Ett enzym binder, företrädesvis den ena av de två enantiomererna av molekylen till sig. Receptorerna är vanligtvis extremt selektiva, endast den ena enantiomeren passar i receptorns säte.

I och med att de båda enantiomererna av en kiral molekyl ofta har helt olika effekt i cellen, är det viktigt att i laboratorier kunna framställa de båda formerna i ren form var för sig. Då man i laboratoriet under vanliga förhållanden framställer läkemedel får man en blandning av hälften S- och hälften R-formen. En sådan blandning av enantiomerer kallas för ett racemat. Syntesen är symmetrisk i den meningen att den ger lika mycket av de båda enantiomererna. Vid asymmetrisk syntes används metallorganiska föreningar som verktyg för att framställa den ena formen i överskott. I vissa fall kan den ena formen till och med vara skadlig. Så var det t.ex. med läkemedlet Thalidomid, som såldes under 1960-talet till gravida kvinnor under namnet Neurosedyn. Den ena av enantiomererna av talidomid hjälpte mot illamående, medan den andra alltför sent upptäcktes kunna ge fosterskador.

Att olika enantiomerer av samma molekyl har olika egenskaper kan vi också se hos molekylen karvon. Karvon ger, beroende på enantiomer doften hos mynta och kummin. Aminosyran tryptofan uppfattas som sött eller bittert beroende på spegelbildsformen. Vi kan skilja de olika doftmolekylerna at genom att olika receptorer i näsan absorberar de olika doftmolekylerna. En viss receptor passar ihop med exempelvis vänsterhandsformen och sänder impulser till hjärnan som sedan tolkar doften, medan en annan receptor passar ihop med högerhandsformen.

Fördjupning