분자 역학과 카이랄성 의약품

분자 역학은 어떤 분자의 주어진 기하구조로부터 그 분자의 상호작용에 의해 발생되는 여러 종류의 에너지들을 수학적인식에 의해 계산함으로써 전체 무리 에너지를 얻을 수 있었으며, 그 값으로부터 그 분자의 대략적인 기하학적인 형태를 예측하였다. 결합각이 너무 크거나 너무 작으면 각 무리가 생기게 된다. 결합 길이가 너무 길거나 너무 짧은 경우에도 결합 길이에 있어 신축 무리가 생기게 된다. 단일 결합 주위의 가림 상호작용은 비틀림 무리를 생기게 하는데, 이는 비결합 원자들이서로 너무 가깝게 존재하면 입체 또는 반 데르 발스 무리가 유발된다는 것이다. 

주어진 기하 구조에 대한 총 무리 에너지가 계산된 후, 프로그램에 의해 더 낮은 무리로의 기하구조가 자동적으로 약간의 변화가 가능하다. 무리가 새로운 기하 구조에 대해 다시 계산되고, 더 큰 변화가 일어나면서, 더욱더 많은 계산이 이루어진다. 이것이 수십 번 또는 수백 번이 반복된후 결국 계산 결과가 가장 우선하고 가장 적은 무리를 갖는 분자 형태에 일치하는 최소의 에너지에 수렴된다. 분자 역학의 계산은 유기 화학에서 매우 중요하다. 특히 제약 연구에서 의약품 분자와 체내의 수용체 분자들 사이의 적합한 보완 관계를 갖는가는 종종 새로운 의약품 개발을 위한 열쇠가 아닐까 한다.

 

여러 원료로부터 온 수백 개의 다른 조제 약품이 미국 식품 의약국에 의해 사용이 승인된다. 많은 의약품들이 식물이나 박테리아로부터 직접 분리되기도 하고, 어떤 것들은 천연에서 산출되는 화합물을 화학적으로 변형시켜 만들기도 한다.

그러나 약 33%는 실험실에서만 만들어지는 것이며 자연계와는 아무 관련이 없다.

직접이든 화학적 변형을 시킨 후 천연 원료로부터 나오는 약품은 보통 카이랄이며, 일반적으로 라셈 혼합물이 아니라 하나의 거울상이성질체만이 발견된다는 것이다. 예로 페니실린 곰팡이로부터 분리된 항생제인 페니실린 V는 2S, 2R, 5R, 6R 배열을 하고 있다. 이것의 거울상이성질체는 자연계에서 산출되지 않고 실험실에서만 합성될 수 있으며, 항생제로서의 활성을 전혀 띠지 않는다고 한다. 천연 원료로부터 얻어지는 의약품과는 달리, 실험실에서만 만들어지는 의약품들은 비카이랄이거나 만일 카이랄이라 할 지라도 일반 적으로 라셈 혼합물로서 제조 및 판매되고 있다. 예로, 이부프로 등의 상표로 판매되는 제품은 R 과 50:50 혼합물이다. 하지만 S 거울상 이성질체만이 류머티즘 질환을 치료하는데 사용되는 진통 항염제로서 효과가 있는 것으로 확인되었다. 이부프로펜의 R 거울상이성질체는 체내에서 서서히 S로 활성화 되기는 하지만 R 형태는 비활성화 상태이다. 의도하는 목적과 다르게 맞지 않는 거울상이성질체를 합성하고 투여하는 것이 화학적으로 낭비일 뿐만 아니라 라셈 혼합물 안에 있는 다른 거울상이성질체의 존재가 올바른 거울상이성질체를 이용하는 신체 능력에 영향을 끼치거나 올바른 거울상 이성질체가 의도하지 않는 약물적 효과를 가질 수도 있다. 예로, 라셈 혼합물 내에 R - 이부로펜이 존재한다면 S 거울상 이성질체가 가지는 효율을 12분에서 38분까지 감소시킨다고 한다.

이러한 문제를 극복하기 위해 제약 회사들은 라셈 혼합물 대신 하나의 거울상 이성질체를 합성할수 있게 하는 거울상 선택성 합성이라는 새로운 방법을 고안하려 한다고 한다.