En química , una mezcla racémica o racemato ( / r eɪ ˈ s iː m eɪ t , r ə -, ˈ r æ s ɪ m eɪ t / ), [1] es aquella que tiene cantidades iguales de zurdos y diestros enantiómeros de una molécula quiral o sal. Las mezclas racémicas son raras en la naturaleza, pero muchos compuestos se producen industrialmente como racematos.
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 . Separó manualmente los cristales de una mezcla, a partir de una solución acuosa de la sal sódica y amónica del ácido racemato tartárico. Pasteur se benefició del hecho de que la sal de tartrato de amonio produce cristales enantioméricos con distintas formas cristalinas (a 77 °F). Razonando desde la escala macroscópica hasta la molecular, consideró que las moléculas debían tener imágenes especulares no superponibles. [2] Una muestra con un solo enantiómero es un compuesto enantioméricamente puro o enantiopuro . [3]
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 derecha de la molécula, más conocida como ácido tartárico . En muchas lenguas germánicas, el ácido racémico se denomina “ácido de uva”, por ejemplo, en alemán traubensäure y sueco druvsyra . Carl von Linné le dio al saúco rojo el nombre científico de Sambucus racemosa , mientras que el nombre sueco, druvfläder , significa "saúco de uva", llamado así porque sus bayas crecen en un racimo similar a una uva.
Una mezcla racémica se indica con el prefijo (±)- o dl- (para azúcares se puede usar el prefijo dl - ), que indica una mezcla igual (1:1) de isómeros dextro y levo. También se utiliza el prefijo rac- (o racem- ) o los símbolos RS y SR (todos en cursiva ).
Si la relación no es 1:1 (o no se conoce), se utiliza el prefijo (+)/(−) , d/l - o d/l- (con una barra).
La IUPAC desaconseja el uso de d y l . [4] [5]
Un racemato es ópticamente inactivo ( achiral ), lo que significa que dichos materiales no rotan la polarización de la luz polarizada plana . Aunque los dos enantiómeros giran la luz polarizada en el plano en direcciones opuestas, las rotaciones se cancelan entre sí porque están presentes en cantidades iguales de enantiómeros negativos (-) en sentido antihorario ( levorotatorio ) y positivos (+) en el sentido de las agujas del reloj ( dextrógiro ). [6]
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 a las de cualquiera de los enantiómeros puros. Los más comunes son diferentes puntos de fusión, 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 .
Hay cuatro formas de cristalizar un racemate; tres de los cuales HWB Roozeboom había distinguido en 1899:
La separación de un racemato en sus componentes, los enantiómeros individuales, se denomina resolución quiral . Existen varios métodos para esta separación, incluida la cristalización, la cromatografía y el uso de diversos reactivos.
Sin una influencia quiral (por ejemplo, un catalizador quiral , un disolvente o un material de partida), una reacción química que produce un producto quiral siempre producirá un racemato. Esto puede hacer que la síntesis de un racemato sea más barata y fácil que producir 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.
Se dice que los reactivos y las reacciones que producen las mezclas racémicas son "no estereoespecíficos " o "no estereoselectivos ", por su indecisión en un estereoisomerismo 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 de la agrupación plana, produciendo así una mezcla racémica:
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 . Una droga muy conocida que tiene diferentes efectos dependiendo de su proporción de enantiómeros es la anfetamina . Adderall es una mezcla desigual de ambos enantiómeros de anfetamina . Una dosis única de Adderall combina las sales de sulfato neutro de la dextroanfetamina y la anfetamina, con el isómero dextro del sacarato de anfetamina y el monohidrato de aspartato de anfetamina D/L. La bencedrina original era una mezcla racémica y la dextroanfetamina aislada se introdujo más tarde en el mercado como dexedrina. El analgésico recetado tramadol también es un racemato.
En algunos casos (p. ej., ibuprofeno y talidomida ), los enantiómeros se interconvierten o racemizan in vivo . Esto significa que preparar un enantiómero puro para medicamentos es en gran medida inútil. Sin embargo, a veces se pueden fabricar y vender muestras que contienen enantiómeros puros a un costo mayor en los casos en que el uso requiere específicamente un isómero (p. ej., para un reactivo estereoespecífico ); comparar omeprazol y esomeprazol . Se puede pasar de un fármaco racémico a un fármaco quiral específico para obtener un mejor perfil de seguridad o un mejor índice terapéutico. Este proceso se llama cambio quiral y el fármaco enantiopuro resultante se llama cambio quiral . [10] Como ejemplos, esomeprazol es un interruptor quiral de (±)-omeprazol y 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 [11] y la talidomida . El enantiómero (R) de la talidomida es eficaz contra las náuseas matutinas, mientras que el enantiómero (S) es teratogénico y provoca defectos de nacimiento. Dado que el fármaco se racemiza, no se puede considerar seguro su uso en mujeres en edad fértil, [12] y su uso está estrictamente controlado cuando se utiliza para tratar otras enfermedades. [13]
La metanfetamina está disponible con receta médica bajo la marca Desoxyn . El componente activo de Desoxyn es el clorhidrato de dextrometanfetamina . Este es el isómero derecho de la metanfetamina. El isómero zurdo de la metanfetamina, la levometanfetamina , es un medicamento de venta libre que actúa menos centralmente y más periféricamente. La metedrina durante el siglo XX era una mezcla racémica 50:50 de ambos isómeros de metanfetamina (levo y dextro).
La regla de Wallach (propuesta por primera vez por Otto Wallach ) establece que los cristales racémicos tienden a ser más densos que sus homólogos quirales . [14] Esta regla ha sido corroborada mediante análisis de bases de datos cristalográficas. [15]