La estereoquímica , una subdisciplina de la química , implica el estudio de la disposición espacial relativa de los átomos que forman la estructura de las moléculas y su manipulación. [1] El estudio de la estereoquímica se centra en las relaciones entre los estereoisómeros , que por definición tienen la misma fórmula molecular y secuencia de átomos unidos (constitución), pero difieren en la posición geométrica de los átomos en el espacio. Por este motivo, también se la conoce como química 3D : el prefijo "estéreo-" significa "tridimensionalidad". [2]
La estereoquímica abarca todo el espectro de la química orgánica , inorgánica , biológica , física y especialmente supramolecular . La estereoquímica incluye métodos para determinar y describir estas relaciones; el efecto sobre las propiedades físicas o biológicas que estas relaciones imparten a las moléculas en cuestión, y la manera en que estas relaciones influyen en la reactividad de las moléculas en cuestión ( estereoquímica dinámica ).
Historia
No fue hasta después de las observaciones de ciertos fenómenos moleculares que se desarrollaron los principios estereoquímicos. En 1815, la observación de la actividad óptica por parte de Jean-Baptiste Biot marcó el comienzo de la historia de la estereoquímica orgánica. Observó que las moléculas orgánicas eran capaces de rotar el plano de la luz polarizada en una solución o en fase gaseosa. [3] A pesar de los descubrimientos de Biot, Louis Pasteur es comúnmente descrito como el primer estereoquímico, habiendo observado en 1842 que las sales de ácido tartárico recolectadas de los recipientes de producción de vino podían rotar el plano de la luz polarizada , pero que las sales de otras fuentes no lo hacían. Esta propiedad, la única propiedad física en la que se diferenciaban los dos tipos de sales de tartrato, se debe a la isomería óptica . En 1874, Jacobus Henricus van 't Hoff y Joseph Le Bel explicaron la actividad óptica en términos de la disposición tetraédrica de los átomos unidos al carbono. Kekulé utilizó modelos tetraédricos a principios de 1862, pero nunca los publicó; Emanuele Paternò probablemente conocía esto, pero fue el primero en dibujar y discutir estructuras tridimensionales, como la del 1,2-dibromoetano en el Giornale di Scienze Naturali ed Economiche en 1869. [4] El término "quiral" fue introducido por Lord Kelvin en 1904. Arthur Robertson Cushny , farmacólogo escocés, en 1908, ofreció por primera vez un ejemplo definido de diferencia de bioactividad entre enantiómeros de una molécula quiral, a saber. La (-)-adrenalina es dos veces más potente que la forma (±)- como vasoconstrictor y en 1926 sentó las bases de la farmacología quiral/estereofarmacología [5] [6] (relaciones biológicas de sustancias ópticamente isoméricas). Más tarde, en 1966, se ideó la nomenclatura Cahn-Ingold-Prelog o regla de secuencia para asignar una configuración absoluta al centro estereogénico /quiral (notación R y S) [7] y se amplió para su aplicación a través de enlaces olefínicos (E y Z). notación).
Significado
Las reglas de prioridad de Cahn-Ingold-Prelog son parte de un sistema para describir la estereoquímica de una molécula. Clasifican los átomos alrededor de un estereocentro de forma estándar, lo que permite describir sin ambigüedades la posición relativa de estos átomos en la molécula. Una proyección de Fischer es una forma simplificada de representar la estereoquímica alrededor de un estereocentro.
Ejemplo de talidomida
Estructuras de talidomida
La estereoquímica tiene importantes aplicaciones en el campo de la medicina, particularmente en el sector farmacéutico. Un ejemplo frecuentemente citado de la importancia de la estereoquímica se relaciona con el desastre de la talidomida. La talidomida es un fármaco , preparado por primera vez en 1957 en Alemania, recetado para tratar las náuseas matutinas en mujeres embarazadas. Se descubrió que el fármaco era teratogénico y causaba graves daños genéticos en el crecimiento y desarrollo embrionario temprano, lo que provocaba la deformación de las extremidades en los bebés. Algunos de los diversos mecanismos de teratogenicidad propuestos implican una función biológica diferente para los enantiómeros de talidomida ( R ) y ( S ). [8] Sin embargo, en el cuerpo humano, la talidomida sufre racemización : incluso si sólo uno de los dos enantiómeros se administra como fármaco, el otro enantiómero se produce como resultado del metabolismo. [9] En consecuencia, es incorrecto afirmar que un estereoisómero es seguro mientras que el otro es teratogénico. [10] La talidomida se utiliza actualmente para el tratamiento de otras enfermedades, en particular el cáncer y la lepra . Se han habilitado estrictas regulaciones y controles para evitar su uso por parte de mujeres embarazadas y prevenir deformaciones del desarrollo. Este desastre fue una fuerza impulsora que impulsó la exigencia de pruebas estrictas de los medicamentos antes de ponerlos a disposición del público.
Atropisomerismo Una forma energética de quiralidad axial. Esta forma de quiralidad se deriva de la sustitución diferencial alrededor de un enlace, comúnmente entre dos átomos con hibridación sp². [13]
Isomería cis – trans También conocidos como isómeros geométricos, estos compuestos tienen diferentes configuraciones debido a la estructura inflexible de la molécula. Se deben cumplir dos requisitos para que una molécula presente isomería cis-trans: [14] 1. La rotación dentro de la molécula debe estar restringida. 2. Deben haber dos grupos no idénticos en cada átomo de carbono con doble enlace.
Isomería conformacional Esta forma de isomería también se conoce como confórmeros, isómeros rotacionales y rotámeros. La isomería conformacional se produce por rotación alrededor del enlace simple .
Diastereómeros Estos estereoisómeros no son de imagen, no son idénticos. Los diastereómeros ocurren cuando los estereoisómeros de un compuesto tienen diferentes configuraciones en los estereocentros correspondientes. [15]
Enantiómeros Estereoisómeros que no son superponibles, imágenes especulares. [dieciséis]
Ver también
Wikiquote tiene citas relacionadas con la estereoquímica .
^ Ernest Eliel Estereoquímica orgánica básica , 2001 ISBN 0471374997 ; Bernard Testa y John Caldwell Estereoquímica orgánica: principios rectores y relevancia biomedicinal 2014 ISBN 3906390691 ; Estereoquímica orgánica Hua-Jie Zhu : métodos experimentales y computacionales 2015 ISBN 3527338225 ; László Poppe, Mihály Nógrádi, József Nagy, Gábor Hornyánszky, Zoltán Boros Estereoquímica y síntesis estereoselectiva: introducción 2016 ISBN 3527339019
^ "¿la definición de estéreo?". Diccionario.com . Archivado desde el original el 9 de junio de 2010.
^ Nasipuri, D (2021). Principios y aplicaciones de estereoquímica de compuestos orgánicos (4ª ed.). Nueva Delhi: New Age Internacional. pag. 1.ISBN978-93-89802-47-4.
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