Enantiómero - Enantiomer

( S ) - (+) - ácido láctico (izquierda) y ( R ) - (-) - ácido láctico (derecha) son imágenes especulares no superponibles entre sí.

En química , un enantiómero ( / ɪ n æ n t i ə m ər , ɛ -, - t i - / ə- NAN -Tee-ə-mər ; de griego ἐνάντιος (enántios)  'opuesto', y μέρος ( méros)  'parte') (también llamado isómero óptico , antípoda o antípoda óptica) es uno de los dos estereoisómeros que son imágenes especulares entre sí que no son superponibles (no idénticos), al igual que las manos izquierda y derecha son imágenes especulares. unos de otros que no pueden parecer idénticos simplemente por reorientación. Un solo átomo quiral o una característica estructural similar en un compuesto hace que ese compuesto tenga dos estructuras posibles que no se pueden superponer, cada una de las cuales es una imagen especular de la otra. Cada miembro del par se denomina enantiomorfo ( enantio = opuesto; morfo = forma); la propiedad estructural se denomina enantiomería. La presencia de múltiples características quirales en un compuesto determinado aumenta el número de formas geométricas posibles, aunque todavía puede haber algunos pares perfectos de imagen de espejo.

Una muestra de una sustancia química se considera enantiopura (también denominada enantioméricamente pura) cuando tiene, dentro de los límites de detección, moléculas de una sola quiralidad .

Cuando está presente en un entorno simétrico, enantiómeros tienen propiedades físicas a excepción de su capacidad de girar química idéntica y plano - la luz polarizada (+/-) en cantidades iguales pero en direcciones opuestas (aunque la luz polarizada se puede considerar un medio asimétrica). Por lo tanto, dichos compuestos se describen como ópticamente activos , con términos específicos para cada enantiómero en función de la dirección: un compuesto dextrorrotatorio gira la luz en el sentido de las agujas del reloj (+) mientras que un compuesto levógiro gira la luz en el sentido contrario a las agujas del reloj (-). Una mezcla de igual número de ambos enantiómeros se denomina mezcla racémica o racemato . En una mezcla racémica, la cantidad de rotación positiva es exactamente contrarrestada por la misma cantidad de rotación negativa, por lo que la rotación neta es cero (la mezcla no es ópticamente activa).

Los miembros enantiómeros a menudo tienen diferentes reacciones químicas con otras sustancias enantiómeras. Dado que muchas moléculas biológicas son enantiómeros, a veces existe una marcada diferencia en los efectos de dos enantiómeros sobre organismos biológicos. En los fármacos , por ejemplo, a menudo sólo uno de los enantiómeros de un fármaco es responsable de los efectos fisiológicos deseados (denominado eutómero), mientras que el otro enantiómero es menos activo, inactivo o, a veces, incluso produce efectos adversos (denominado distómero). . Debido a este descubrimiento, se pueden desarrollar fármacos compuestos de un solo enantiómero ("enantiopuro") para que el fármaco funcione mejor y, en ocasiones, elimine algunos efectos secundarios. Un ejemplo es la eszopiclona (Lunesta), que es solo un enantiómero de un fármaco racémico más antiguo llamado zopiclona . Este es un ejemplo típico de un interruptor quiral . Un enantiómero es responsable de todos los efectos deseados, mientras que el otro enantiómero parece estar inactivo, por lo que la dosis de eszopiclona es la mitad que la de zopiclona.

En la síntesis química de sustancias enantioméricas, los precursores no enantioméricos producen inevitablemente mezclas racémicas. En ausencia de un entorno enantiomérico eficaz ( precursor , catalizador quiral o resolución cinética ), la separación de una mezcla racémica en sus componentes enantioméricos es imposible, aunque ciertas mezclas racémicas cristalizan espontáneamente en forma de conglomerado racémico , en el que los cristales del los enantiómeros se segregan físicamente y pueden separarse mecánicamente (por ejemplo, los enantiómeros del ácido tartárico, cuyos enantiómeros cristalizados fueron separados con pinzas por Pasteur ). Sin embargo, la mayoría de los racematos cristalizarán en cristales que contienen ambos enantiómeros en una proporción de 1: 1, dispuestos en una red regular.

Convenciones de nombres

El sistema R / S es un sistema de nomenclatura importante que se utiliza para designar distintos enantiómeros. Otro sistema de nombres usa los prefijos (+) - y (-) - para denotar la actividad óptica del enantiómero. (Los prefijos d - y l - son sinónimos obsoletos para (+) - y (-) -). Las palabras latinas para izquierda son laevus y siniestro , y la palabra para derecha es dexter (o rectus en el sentido de correcto o virtuoso). La palabra inglesa right es un afín de rectus . Este es el origen de las notaciones L / D y S / R, y el empleo de los prefijos levo- y dextro- en los nombres comunes .

El prefijo ent- a un nombre químico puede usarse para referirse a la sustancia química que es el enantiómero del indicado por el nombre.

Centros de quiralidad

Proyección de Fischer del ácido meso-tartárico

Una molécula es quiral y, por lo tanto, posee un enantiómero, si no tiene simetría de reflexión ni simetría de rotación incorrecta (rotorreflexión). Una característica común de la quiralidad es la presencia de un átomo de carbono asimétrico , que tiene enlaces a cuatro átomos o grupos diferentes , de modo que estos grupos se pueden organizar de dos formas diferentes que no son superponibles. Tener un enantiómero en virtud de un átomo de carbono asimétrico (o un átomo unido asimétricamente de cualquier elemento) representa un tipo común de quiralidad, llamada quiralidad puntual o quiralidad central . El átomo asimétrico se llama centro de quiralidad , un tipo de estereocentro . Los compuestos que contienen exactamente uno (o cualquier número impar) de átomos asimétricos son siempre quirales. Sin embargo, los compuestos que contienen un número par de átomos asimétricos a veces carecen de quiralidad porque están dispuestos en pares simétricos en espejo y se conocen como compuestos meso . Por ejemplo, el ácido meso tartárico (que se muestra a la derecha) tiene dos átomos de carbono asimétricos, pero no exhibe enantiomerismo porque hay un plano de simetría especular. Por el contrario, existen formas de quiralidad que no requieren átomos asimétricos, como quiralidad axial , plana y helicoidal .

Aunque una molécula quiral carece de simetrías de reflexión (C s ) y rotorreflexión (S 2 n ), puede tener otras simetrías moleculares , y su simetría se describe mediante uno de los grupos de puntos quirales : C n , D n , T, O, o I. Por ejemplo, el peróxido de hidrógeno es quiral y tiene simetría C 2 (rotacional doble). Un caso quiral común es el grupo de puntos C 1 , lo que significa que no hay simetrías, como es el caso del ácido láctico.

Ejemplos de

Estructuras de las dos formas enantioméricas ( S izquierda, R derecha) de mecoprop
Enantiómeros de citalopram . La parte superior es ( R ) -citalopram y la parte inferior es ( S ) -citalopram .

Un ejemplo de tal enantiómero es el sedante talidomida , que se vendió en varios países del mundo desde 1957 hasta 1961. Se retiró del mercado cuando se descubrió que causaba defectos de nacimiento. Un enantiómero provocó los efectos sedantes deseables, mientras que el otro, presente inevitablemente en cantidades iguales, provocó defectos de nacimiento.

El herbicida mecoprop es una mezcla racémica, con el enantiómero ( R ) - (+) - ("Mecoprop-P", "Duplosan KV") que posee la actividad herbicida.

Otro ejemplo son los fármacos antidepresivos escitalopram y citalopram . Citalopram es un racemato [mezcla 1: 1 de ( S ) -citalopram y ( R ) -citalopram]; escitalopram [( S ) -citalopram] es un enantiómero puro. Las dosis de escitalopram son típicamente la mitad de las de citalopram. Aquí, el (S) -citalopram se denomina interruptor quiral de Citalopram.

Preparaciones enantioselectivas

Hay dos estrategias principales para la preparación de compuestos enantiopuros. El primero se conoce como resolución quiral. Este método implica preparar el compuesto en forma racémica y separarlo en sus isómeros. En su trabajo pionero, Louis Pasteur pudo aislar los isómeros del ácido tartárico porque cristalizan de la solución como cristales, cada uno con una simetría diferente. Un método menos común es la autodesproporción de enantiómeros .

La segunda estrategia es la síntesis asimétrica: el uso de diversas técnicas para preparar el compuesto deseado en un alto exceso enantiomérico . Las técnicas abarcadas incluyen el uso de materiales de partida quirales ( síntesis de combinación quiral ), el uso de auxiliares quirales y catalizadores quirales y la aplicación de inducción asimétrica . El uso de enzimas ( biocatálisis ) también puede producir el compuesto deseado.

Una tercera estrategia es la síntesis enantioconvergente , la síntesis de un enantiómero a partir de un precursor racémico, utilizando ambos enantiómeros. Haciendo uso de un catalizador quiral, ambos enantiómeros del reactivo dan como resultado un solo enantiómero de producto.

Es posible que los enantiómeros no sean aislables si existe una vía accesible para la racemización (interconversión entre enantiomorfos para producir una mezcla racémica) a una temperatura y una escala de tiempo determinadas. Por ejemplo, las aminas con tres sustituyentes distintos son quirales, pero con pocas excepciones (por ejemplo, N- cloroaziridinas sustituidas ), experimentan rápidamente una " inversión de paraguas " a temperatura ambiente, lo que conduce a la racemización. Si la racemización es lo suficientemente rápida, la molécula a menudo puede tratarse como una estructura aquiral promediada.

Medicamentos enantiopuros

Los avances en los procesos químicos industriales han hecho que sea económico para los fabricantes farmacéuticos tomar medicamentos que originalmente se comercializaron como una mezcla racémica y comercializar los enantiómeros individuales. Esta estrategia de comercialización de un fármaco quiral específico a partir de un fármaco racémico ya aprobado y existente se realiza normalmente para una mejor eficacia terapéutica. Este tipo de cambio de un fármaco racémico a un fármaco enantiopuro se denomina cambio quiral y el proceso se denomina cambio quiral. En algunos casos, los enantiómeros tienen efectos realmente diferentes. Un caso interesante es el del propoxifeno. El par enantiomérico de propoxifeno es vendido por separado por Eli Lilly y compañía. Uno de los socios es el dextropropoxifeno, un agente analgésico (Darvon) y el otro se llama levopropoxifeno, un antitusivo eficaz (Novrad). Es interesante notar que los nombres comerciales de los medicamentos, DARVON y NOVRAD, también reflejan la relación química de imagen especular. En otros casos, es posible que no haya ningún beneficio clínico para el paciente. En algunas jurisdicciones, los medicamentos de un solo enantiómero se pueden patentar por separado de la mezcla racémica. Es posible que solo uno de los enantiómeros esté activo. O puede ser que ambos estén activos, en cuyo caso separar la mezcla no tiene beneficios objetivos, pero amplía la patentabilidad del fármaco.

Violación de paridad

A todos los efectos, cada enantiómero de un par tiene la misma energía. Sin embargo, la física teórica predice que debido a la violación de la paridad de la fuerza nuclear débil (la única fuerza en la naturaleza que puede "distinguir la izquierda de la derecha"), en realidad hay una diferencia mínima de energía entre los enantiómeros (del orden de 10-12 eV o 10 −10 kJ / mol o menos) debido al mecanismo de corriente neutra débil . Esta diferencia de energía es mucho más pequeña que los cambios de energía causados ​​por incluso pequeños cambios en la conformación molecular, y demasiado pequeña para medirla con la tecnología actual y, por lo tanto, es químicamente intrascendente. En el sentido utilizado por los físicos de partículas, el enantiómero "verdadero" de una molécula, que tiene exactamente el mismo contenido de masa-energía que la molécula original, es una imagen especular que también se construye a partir de antimateria (antiprotones, antineutrones y positrones). . A lo largo de este artículo, "enantiómero" se usa solo en el sentido químico de compuestos de materia ordinaria que no se pueden superponer en su imagen especular.

Cuasi- enantiómeros

Los cuasi- enantiómeros son especies moleculares que no son estrictamente enantiómeros, pero se comportan como si lo fueran. Los cuasi- enantiómeros tienen aplicaciones en resolución cinética paralela .

Ver también

Referencias

enlaces externos