Mezcla racémica - Racemic mixture

En química , un mezcla racémica , o racemato ( / r s i m t , r ə -, r æ s ɪ m t / ), es uno que tiene iguales cantidades de izquierda y diestros enantiómeros de una molécula quiral . La primera mezcla racémica conocida fue el ácido racémico , que Louis Pasteur descubrió que era una mezcla de los dos isómeros enantioméricos del ácido tartárico . Una muestra con un solo enantiómero es un compuesto enantioméricamente puro o enantiopuro .

Etimología

A partir del ácido racémico que se encuentra en las uvas; del latín racemus , que significa racimo de uvas. Este ácido, cuando se produce naturalmente en las uvas, es solo la versión para diestros de la molécula, más conocida como ácido tartárico . En muchas lenguas germánicas, el ácido racémico se denomina "ácido de uva", por ejemplo, traubensäure alemán y druvsyra sueco . Carl von Linné le dio a la baya del saúco rojo el nombre científico Sambucus racemosa, ya que el nombre sueco, druvfläder , significa 'anciano de la uva', llamado así porque sus bayas crecen en un racimo similar a una uva.

Nomenclatura

Una mezcla racémica se indica con el prefijo (±) - o dl- (para azúcares se puede usar el prefijo dl - ), lo que indica una mezcla igual (1: 1) de isómeros dextro y levo. También se utilizan el prefijo rac- (o racem- ) o los símbolos RS y SR (todos en cursiva ).

Si la proporción no es 1: 1 (o no se conoce), en su lugar se usa el prefijo (+) / (-) , d / l - o d / l- (con una barra).

La IUPAC desaconseja enérgicamente el uso de d y l .

Propiedades

Un racemato es ópticamente inactivo , lo que significa que no hay rotación neta de luz polarizada en el plano . Aunque los dos enantiómeros rotan la luz polarizada en el plano en direcciones opuestas, las rotaciones se cancelan porque están presentes en cantidades iguales.

En contraste con los dos enantiómeros puros, que tienen propiedades físicas idénticas excepto por la dirección de rotación de la luz polarizada en el plano, un racemato a veces tiene propiedades diferentes de cualquiera de los enantiómeros puros. Los diferentes puntos de fusión son los más comunes, pero también son posibles diferentes solubilidades y puntos de ebullición .

Los productos farmacéuticos pueden estar disponibles como racemato o como enantiómero puro, que pueden tener diferentes potencias. Debido a que los sistemas biológicos tienen muchas asimetrías quirales, los enantiómeros puros frecuentemente tienen efectos biológicos muy diferentes; los ejemplos incluyen glucosa y metanfetamina .

Cristalización

Hay cuatro formas de cristalizar un racemato, según la sustancia; tres de los cuales HWB Roozeboom había distinguido en 1899:

Conglomerado (a veces conglomerado racémico )
Si las moléculas de la sustancia tienen una afinidad mucho mayor por el mismo enantiómero que por el opuesto, resultará una mezcla mecánica de cristales enantioméricamente puros. La mezcla de cristales R y S enantioméricamente puros forma una mezcla eutéctica . En consecuencia, el punto de fusión del conglomerado es siempre menor que el del enantiómero puro. La adición de una pequeña cantidad de un enantiómero al conglomerado aumenta el punto de fusión. Aproximadamente el 10% de los compuestos quirales racémicos cristalizan como conglomerados.
Compuesto racémico (a veces verdadero racemato )
Si las moléculas tienen una mayor afinidad por el enantiómero opuesto que por el mismo enantiómero, la sustancia forma una única fase cristalina en la que los dos enantiómeros están presentes en una proporción ordenada de 1: 1 en la célula elemental. Agregar una pequeña cantidad de un enantiómero al compuesto racémico disminuye el punto de fusión. Pero el enantiómero puro puede tener un punto de fusión más alto o más bajo que el compuesto. Un caso especial de compuestos racémicos son los compuestos criptoracémicos (o criptoracematos ), en los que el cristal en sí tiene sentido de las manos (es enantiomórfico), a pesar de contener ambos enantiomorfos en una proporción de 1: 1.
Pseudoracemato (a veces solución sólida racémica )
Cuando no hay una gran diferencia en la afinidad entre el mismo enantiómero y el opuesto, entonces, en contraste con el compuesto racémico y el conglomerado, los dos enantiómeros coexistirán de manera desordenada en la red cristalina. La adición de una pequeña cantidad de un enantiómero cambia el punto de fusión ligeramente o no cambia en absoluto.
Cuasiracemato
Un cuasiracemato es un cocristal de dos compuestos similares pero distintos, uno de los cuales es zurdo y el otro diestro. Aunque químicamente diferentes, son estéricamente similares (isostéricos) y aún pueden formar una fase cristalina racémica. Uno de los primeros racematos estudiados, por Pasteur en 1853, se forma a partir de una mezcla 1: 2 de la sal bis amónica del ácido (+) - tartárico y la sal bis amónica del ácido (-) - málico en agua. Re-investigados en 2008, los cristales formados tienen forma de mancuerna con la parte central compuesta por (+) - bitartrato de amonio, mientras que las partes externas son una mezcla cuasirracémica de (+) - bitartrato de amonio y (-) - bimalato de amonio.

Resolución

La separación de un racemato en sus componentes, los enantiómeros puros, se denomina resolución quiral . Existen varios métodos, incluida la cristalización, la cromatografía y el uso de enzimas . La primera resolución exitosa de un racemato fue realizada por Louis Pasteur , quien separó manualmente los cristales de un conglomerado.

Síntesis

Sin una influencia quiral (por ejemplo, un catalizador quiral , disolvente o material de partida), una reacción química que produce un producto quiral siempre producirá un racemato. Eso puede hacer que la síntesis de un racemato sea más barata y más fácil que hacer el enantiómero puro, porque no requiere condiciones especiales. Este hecho también lleva a la pregunta de cómo evolucionó la homoquiralidad biológica en lo que se presume es una tierra primordial racémica.

Los reactivos de, y las reacciones que producen, mezclas racémicas se dice que son "no estereoespecíficos " o "no estereoselectivos ", por su indecisión en una estereoisomería particular . Un escenario frecuente es el de una especie plana (como un átomo de carbono sp 2 o un carbocatión intermedio) que actúa como electrófilo. El nucleófilo tendrá un 50% de probabilidad de 'golpear' cualquiera de los dos lados del agrupamiento plano, produciendo así una mezcla racémica:

Reaccion-racemato-sin-texto.png

Productos farmacéuticos racémicos

Algunas moléculas de fármacos son quirales y los enantiómeros tienen diferentes efectos sobre las entidades biológicas. Se pueden vender como un enantiómero o como una mezcla racémica. Los ejemplos incluyen talidomida , ibuprofeno , cetirizina y salbutamol . Adderall es una mezcla desigual de ambos enantiómeros de anfetamina . Una sola dosis de anfetamina combina las sales de sulfato neutro de dextroanfetamina y anfetamina, con el isómero dextro del sacarato de anfetamina y el aspartato de D / L-anfetamina monohidrato. El analgésico recetado tramadol también es un racemato.

En algunos casos (por ejemplo, ibuprofeno y talidomida ), los enantiómeros se interconvierten o racemizan in vivo . Esto significa que la preparación de un enantiómero puro para la medicación es en gran medida inútil. Sin embargo, a veces se pueden preparar y vender muestras que contienen enantiómeros puros a un costo más alto en los casos en que el uso requiera específicamente un isómero (por ejemplo, para un reactivo estereoespecífico ); compare omeprazol y esomeprazol . Pasar de un fármaco racémico a un fármaco quiral específico puede resultar en un mejor perfil de seguridad o un índice terapéutico mejorado. Este proceso se llama cambio quiral y el fármaco enantiopuro resultante se llama cambio quiral . Para citar algunos ejemplos, el esomeprazol es un interruptor quiral de (±) -omeprazol; levocetirizina es un interruptor quiral de (±) -cetirizina

Si bien a menudo solo un enantiómero del fármaco puede estar activo, hay casos en los que el otro enantiómero es dañino, como el salbutamol y la talidomida . El enantiómero (R) de la talidomida es eficaz contra las náuseas matutinas, mientras que el enantiómero (S) es teratogénico y causa defectos de nacimiento. Dado que el fármaco se racemiza, no se puede considerar que el fármaco sea seguro para mujeres en edad fértil, y su uso está estrictamente controlado cuando se utiliza para tratar otras enfermedades.

La metanfetamina está disponible con receta médica con el nombre de marca Desoxyn . El componente activo de Desoxyn es clorhidrato de dextrometanfetamina . Este es el isómero derecho de la metanfetamina. El isómero zurdo de la metanfetamina, la levometanfetamina , es un fármaco de venta libre que tiene una acción menos central y más periférica.

Regla de Wallach

La regla de Wallach (propuesta por primera vez por Otto Wallach ) establece que los cristales racémicos tienden a ser más densos que sus contrapartes quirales . Esta regla ha sido corroborada por el análisis de la base de datos cristalográfica.

Ver también

Referencias