BARREJA RACÈMICA: QUIRALITAT, EXEMPLES - QUIMICA - 2025

Una barreja racèmica o racemat és aquella composta per dos enantiòmers en parts iguals i que per tant és òpticament inactiva. Aquesta activitat òptica es refereix a la capacitat de les seves dissolucions de fer rotar, en sentit horari o antihorari, un feix de llum polaritzada que viatja a través d'elles en una direcció.

Un enantiòmer té la capacitat de rotar la llum polaritzada, diguem, cap a l'esquerra (levogir), pel que la seva solució pura serà òpticament activa. No obstant això, si a aquesta comença a afegir-se l'enantiòmer que trencada la llum cap a la dreta (dextrogir), la seva activitat òptica disminuirà fins inactivar.

Raïms de raïms, les quals comparteixen un parentiu amb les mescles racèmiques més enllà de l'etimologia. Font: Pexels.

Quan passa això es diu que hi ha iguals quantitats dels enantiòmers levogir i dextrogir; si una molècula trencada la llum polaritzada cap a l'esquerra, el seu efecte es cancel·larà immediatament quan aquesta "ensopegui" amb una altra molècula que la rote cap a la dreta. I així successivament. Per tant, tindrem una barreja racèmica.

El primer albirament de la enantiomería va ser fet pel químic francès Louis Pasteur en 1848, qui estudiava una barreja de cristalls enantiomèrics de l'àcid tartàric (per aquell temps anomenat àcid racèmic). A l'provenir aquest àcid de raïm utilitzades per a l'elaboració de vins, aquesta barreja va acabar aplicant-se de manera general per a totes les molècules.

Sabates i quiralitat

En primer lloc perquè hi hagi una barreja racèmica ha d'haver dos enantiòmers (d'ordinari), la qual cosa implica que les dues molècules són quirals i que les seves imatges especulars no són superposables. Un parell de sabates il·lustra això a la perfecció: per més que s'intenti superposar la sabata esquerra sobre el dret, mai podran calçar.

La sabata dret, a dir, desvia la llum polaritzada cap a l'esquerra; mentre que la sabata esquerre ho fa cap a la dreta. En una solució hipotètica on les sabates són les molècules, si només hi ha sabates drets, quirals, aquesta serà òpticament activa. De la mateixa manera succeirà si només hi ha sabates esquerres en solució.

No obstant això, si hi ha mil sabates esquerres barrejats amb mil sabates drets, es té llavors una barreja racèmica, la qual és a més òpticament inactiva, ja que les desviacions que pateix la llum en el seu interior es cancel·len mútuament.

Si en comptes de sabates fossin pilotes, objectes que són aquirals, seria impossible que existissin mescles racèmiques d'aquests, ja que ni tan sols serien capaços d'existir com parells d'enantiòmers.

exemples

àcid tartàric

Enantiòmers de l'àcid tartàric. Font: Dschanz

Tornant a l'àcid tartàric, la seva barreja racèmica va ser la primera a conèixer-se. A la imatge superior es mostren els seus dos enantiòmers, cadascun capaç de formar cristalls amb cares morfològiques d ' "esquerres" o "dretes". Pasteur, mitjançant l'ajuda d'un microscopi i un esforç rigorós, va aconseguir separar entre si aquests cristalls enantiomèrics.

Els vidres dels enantiòmers L (+) i D (-) per separat, presenten activitat òptica a l'desviar la llum polaritzada cap a la dreta o esquerra, respectivament. Si tots dos vidres en les mateixes proporcions molars es dissolen en aigua, s'obtindrà com a resultat una barreja racèmica òpticament inactiva.

Cal notar que els dos enantiòmers posseeixen dos carbonis quirals (amb quatre substituents diferents). En el L (+), els OH es troben darrere de l'pla format per l'esquelet carbonat i els grups COOH; mentre que en el D (-) aquests OH estan per sobre d'aquest pla.

Els que sintetitzen àcid tartàric podeu barreja racèmica. Per separar l'enantiòmer L (+) de l'D (-), cal una resolució quiral, en la qual es fa reaccionar aquesta barreja amb una base quiral per produir sals diasteroisómeras, capaços de separar-després per cristal·lització fraccionada.

quinina

Esquelet estructural de la molècula de quinina. Font: Benjah-bmm27.

En l'exemple anterior, per a referir-se a una barreja racèmica de l'àcid tartàric sol escriure com àcid (±) -tartárico. Així, per al cas de la quinina (imatge superior) serà (±) -quinina.

La isomeria de la quinina és complexa: té quatre carbonis quirals, donant lloc a setze Diasteroisòmers. Curiosament, dos dels seus enantiòmers (un amb l'OH sobre de el pla i l'altre per sota d'ell), són en realitat Diasteroisòmers, ja que difereixen en les configuracions dels seus altres carbonis quirals (els de l'bicicle amb l'àtom de N).

Ara bé, és difícil de precisar quins dels estereoisòmers de la quinina desviaran la llum polaritzada cap a la dreta o l'esquerra.

talidomida

Enantiòmers de la talidomida. Font: Vaccinationist

A dalt hi ha els enantiòmers de la talidomida. Només té un carboni quiral: el que està enllaçat a el nitrogen que uneix els dos anells (un ftalimida i l'altre de gluteramida).

En l'enantiòmer R (amb propietats sedants), l'anell de ftalimida (el de l'esquerra) s'orienta per sobre de l'plànol; mentre que en l'enantiòmer S (amb propietats mutagèniques), per sota.

No se sap a l'ull per cent quin dels dos desvia la llum cap a l'esquerra o la dreta. El que sí se sap, és que una barreja 1: 1 o a l'50% de tots dos enantiòmers forma la mescla racèmica (±) -talidomida.

Si només es vol comercialitzar la talidomida com a sedant hipnòtic, és obligatori sotmetre la seva barreja racèmica a la resolució quiral ja esmentada, de tal manera que s'obtingui l'enantiòmer R pur.

1,2-Epoxipropano

Enantiòmers de l'1,2-epoxipropano. Font: Gabriel Bolívar.

A la imatge superior es té el parell d'enantiòmers de l'1,2-epoxipropano. El enantiòmer R desvia la llum polaritzada cap a la dreta, mentre que l'S la desvia cap a l'esquerra; és a dir, el primer és el (R) - (+) - 1,2-epoxipropano, i el segon el (S) - (-) - 1,2-epoxipropano.

La barreja racèmica de ells dos, novament, en una relació 1: 1 o a l'50%, ve a ser (±) -1,2-epoxipropano.

1-Feniletilamina

Enantiòmers de la 1-Feniletilamina. Font: Gabriel Bolívar.

A dalt es mostra una altra barreja racèmica formada pels dos enantiòmers de l'1-Feniletilamina. L'enantiòmer R és el (R) - (+) - 1-Feniletilamina, i l'enantiòmer S el (S) - (-) - 1-Feniletilamina; un té el grup metil, CH ₃, apuntant fora de mapa de la l'anell aromàtic, i l'altre apuntant per sota d'aquest.

Cal notar que quan la configuració és R, de vegades coincideix amb el fet que l'enantiòmer rote la llum polaritzada cap a la dreta; però, no sempre s'aplica i no es pot prendre com una regla general.

comentari final

Més important que l'existència o no de les mescles racèmiques és la resolució quiral de les mateixes. Això s'aplica especialment per als compostos amb efectes farmacològics que depenen d'aquesta estereoisomeria; és a dir, un enantiòmer pot ser beneficiós per al pacient, mentre que l'altre pot afectar-lo.

És per això que es recorren a aquestes resolucions quirals per separar les mescles racèmiques en els seus components, i així poder comercialitzar-com fàrmacs purs lliures d'impureses nocives.

referències

1. Morrison, RT i Boyd, R, N. (1987). Química Orgànica. 5a Edició. Editorial Addison-Wesley Interamericana.
2. Carey F. (2008). Química Orgànica. (Sisena edició). Mc Graw Hill.
3. Graham Solomons TW, Craig B. Fryhle. (2011). Organic Chemistry. Amines. (10th edition.). Wiley Plus.
4. Steven A. Hardinger. (2017). Illustrated Glossary of Organic Chemistry: Racemic Mixture. Department of Chemistry & Biochemistry, UCLA. Recuperat de: chem.ucla.edu
5. Nancy esdevenir. (2019). Racemic Mixture: Definition & Example. Study. Recuperat de: study.com
6. James Ashenhurst. (2019). Stereochemistry and Chirality: What 'sa Racemic Mixture? Recuperat de: masterorganicchemistry.com
7. John C. LEFFINGWELL. (2003). Chirality & Bioactivity I.: Pharmacology.. Recuperat de: leffingwell.com