Racemización - Racemization

En química , la racemización es una conversión, por calor o por reacción química, de un compuesto ópticamente activo en una forma racémica (ópticamente inactiva). La mitad de la sustancia ópticamente activa se convierte en su imagen especular (enantiómero) denominada mezclas racémicas (es decir, contienen la misma cantidad de formas (+) y (-)). Si la racemización da como resultado una mezcla en la que los enantiómeros D y L están presentes en cantidades iguales, la muestra resultante se describe como una mezcla racémica o un racemato. La racemización puede proceder a través de varios mecanismos diferentes y tiene un significado particular en farmacología, ya que diferentes enantiómeros pueden tener diferentes efectos farmacéuticos.

Estereoquímica

Dos enantiómeros de un aminoácido genérico que es quiral

Las moléculas quirales tienen dos formas (en cada punto de asimetría), que difieren en sus características ópticas: la forma levógira (la forma (-) - ) rotará el plano de polarización de un haz de luz hacia la izquierda, mientras que la forma dextrorrotatoria (la forma (+) - ) rotará el plano de polarización de un haz de luz hacia la derecha. Se dice que las dos formas, que no se pueden superponer cuando se rotan en un espacio tridimensional, son enantiómeros . La notación no debe confundirse con la denominación de moléculas D y L , que se refiere a la similitud en la estructura con D -glyceraldehyde y L -glyceraldehyde. Además, ( R ) - y ( S ) - se refieren a la estructura química de la molécula según las reglas de prioridad de Cahn-Ingold-Prelog de denominación en lugar de la rotación de la luz.

La racemización ocurre cuando una forma pura de un enantiómero se convierte en una proporción igual de ambos enantiómeros, formando un racemato . Cuando hay un número igual de moléculas dextrorrotantes y levógiros, la rotación óptica neta de un racemato es cero. Los enantiómeros también deben distinguirse de los diastereómeros que son un tipo de estereoisómero que tienen diferentes estructuras moleculares alrededor de un estereocentro y no son imágenes especulares.

Propiedades físicas

El racemato puede tener propiedades físicas diferentes de cualquiera de los enantiómeros puros debido a las interacciones intermoleculares diferenciales (ver la sección de Importancia biológica). El cambio de un enantiómero puro a un racemato puede cambiar su densidad, punto de fusión, solubilidad, calor de fusión, índice de refracción y sus diversos espectros. La cristalización de un racemato puede dar como resultado formas (+) y (-) separadas, o un solo compuesto racémico.

Importancia biológica

En general, la mayoría de las reacciones bioquímicas son estereoselectivas, por lo que solo un estereoisómero producirá el producto deseado mientras que el otro simplemente no participa o puede causar efectos secundarios. Es de destacar que la forma L de los aminoácidos y la forma D de los azúcares (principalmente glucosa) suelen ser la forma biológicamente reactiva. Esto se debe al hecho de que muchas moléculas biológicas son quirales y, por tanto, las reacciones entre enantiómeros específicos producen estereoisómeros puros. También es notable el hecho de que todos los residuos de aminoácidos existen en forma L. Sin embargo, las bacterias producen residuos de D -aminoácidos que se polimerizan en polipéptidos cortos que se pueden encontrar en las paredes de las células bacterianas. Estos polipéptidos son menos digeribles por las peptidasas y son sintetizados por enzimas bacterianas en lugar de la traducción del ARNm que normalmente produciría L- aminoácidos.

La naturaleza estereoselectiva de la mayoría de las reacciones bioquímicas significaba que diferentes enantiómeros de una sustancia química pueden tener diferentes propiedades y efectos en una persona. Muchos psicofármacos muestran una actividad o eficacia diferente entre los isómeros, por ejemplo, la anfetamina a menudo se dispensa como sales racémicas, mientras que la dextroanfetamina más activa se reserva para casos refractarios o indicaciones más graves; otro ejemplo es la metadona , de la cual un isómero tiene actividad como agonista opioide y el otro como antagonista de NMDA .

La racemización de fármacos farmacéuticos puede ocurrir in vivo . La talidomida como enantiómero ( R ) es eficaz contra las náuseas matutinas , mientras que el enantiómero ( S ) es teratogénico y causa defectos de nacimiento cuando se toma en el primer trimestre del embarazo. Si solo se administra un enantiómero a un sujeto humano, ambas formas se pueden encontrar más tarde en el suero sanguíneo. Por lo tanto, el medicamento no se considera seguro para mujeres en edad fértil y, aunque tiene otros usos, su uso está estrictamente controlado. La talidomida se puede usar para tratar el mieloma múltiple . Otro fármaco de uso común es el ibuprofeno, que solo es antiinflamatorio como un enantiómero mientras que el otro es biológicamente inerte. Asimismo, el estereoisómero ( S ) es mucho más reactivo que el enantiómero ( R ) del citalopram (Celexa), un antidepresivo que inhibe la recaptación de serotonina, está activo. La estabilidad configuracional de un fármaco es, por tanto, un área de interés en la investigación farmacéutica. La producción y análisis de enantiómeros en la industria farmacéutica se estudia en el campo de la síntesis orgánica quiral.

Formación de mezclas racémicas.

La racemización se puede lograr simplemente mezclando cantidades iguales de dos enantiómeros puros. La racemización también puede ocurrir en una interconversión química. Por ejemplo, cuando se disuelve ( R ) -3-fenil-2-butanona en etanol acuoso que contiene NaOH o HCl , se forma un racemato. La racemización se produce mediante una forma enólica intermedia en la que el estereocentro anterior se vuelve plano y, por tanto, aquiral. Un grupo entrante puede acercarse desde cualquier lado del avión, por lo que existe la misma probabilidad de que la protonación de regreso a la cetona quiral produzca una forma R o una S , lo que resultará en un racemato.

La racemización puede ocurrir a través de algunos de los siguientes procesos:

La tasa de racemización (de formas L a una mezcla de formas L y formas D ) se ha utilizado como una forma de fechar muestras biológicas en tejidos con tasas lentas de rotación, muestras forenses y fósiles en depósitos geológicos. Esta técnica se conoce como datación de aminoácidos .

Descubrimiento de actividad óptica

En 1843, Louis Pasteur descubrió la actividad óptica en el ácido paratartárico o racémico que se encuentra en el vino de uva. Pudo separar dos cristales de enantiómeros que rotan la luz polarizada en direcciones opuestas.

Ver también

Referencias

Bibliografía