En química , un enantiómero ( /ɪˈnænti.əmər, ɛ-, -oʊ-/ [1] ih-NAN-tee-ə-mər ; del griego antiguo ἐνάντιος (enántios) 'opuesto' y μέρος (méros) 'parte' ) – también llamado isómero óptico , [2] antípoda , [3] o antípoda óptica [4] – es uno de los dos estereoisómeros que no son superponibles en su propia imagen especular . Los enantiómeros se parecen mucho a las manos derecha e izquierda; sin reflejar una de ellas, las manos no se pueden superponer. [5] Ninguna cantidad de reorientación en tres dimensiones espaciales permitirá que los cuatro grupos únicos en el carbono quiral (ver quiralidad ) se alineen exactamente. La cantidad de estereoisómeros que tiene una molécula se puede determinar por la cantidad de carbonos quirales que tiene.
Una molécula con quiralidad hace girar la luz polarizada en un plano. [6] Una mezcla de cantidades iguales de cada enantiómero, una mezcla racémica o un racemato , no hace girar la luz. [7] [8] [9]
Los estereoisómeros incluyen tanto enantiómeros como diastereómeros . Los diastereómeros, al igual que los enantiómeros, comparten la misma fórmula molecular y tampoco se pueden superponer entre sí; sin embargo, no son imágenes especulares el uno del otro. [10]
Existen tres convenciones de nomenclatura comunes para especificar uno de los dos enantiómeros (la configuración absoluta ) de una molécula quiral determinada: el sistema R/S se basa en la geometría de la molécula; el sistema (+)- y (-)- (también escrito utilizando los equivalentes obsoletos d - y l -) se basa en sus propiedades de rotación óptica ; y el sistema D / L se basa en la relación de la molécula con los enantiómeros del gliceraldehído .
El sistema R/S se basa en la geometría de la molécula con respecto a un centro quiral. [11] El sistema R/S se asigna a una molécula basándose en las reglas de prioridad asignadas por las reglas de prioridad de Cahn-Ingold-Prelog , en las que al grupo o átomo con mayor número atómico se le asigna la mayor prioridad y al grupo o átomo con al número atómico más pequeño se le asigna la prioridad más baja.
(+)- y (-)- se utilizan para especificar la rotación óptica de una molécula , la dirección en la que gira la molécula en luz polarizada. [12] Cuando una molécula se denomina dextrógira, está girando el plano de luz polarizada en el sentido de las agujas del reloj y también se puede indicar como (+). [11] Cuando se denota como levógiro, está girando el plano de luz polarizada en sentido contrario a las agujas del reloj y también se puede denotar como (-). [11]
Las palabras latinas para izquierda son laevus y sinister , y la palabra para derecha es dexter (o rectus en el sentido de correcto o virtuoso). La palabra inglesa right es un cognado de rectus . Este es el origen de las notaciones D/L y R/S, y el empleo de los prefijos levo- y dextro- en nombres comunes .
El prefijo ar- , del latín recto (derecha), se aplica a la versión diestra; es- , del latín siniestro (izquierda), a molécula zurda. [ cita necesaria ] Ejemplo: ketamina , arketamina , esketamina .
Al átomo asimétrico se le llama centro quiral , [13] [14] un tipo de estereocentro . Un centro quiral también se llama centro quiral [15] [16] [17] o centro asimétrico . [18] Algunas fuentes usan los términos estereocentro , centro estereogénico , átomo estereogénico o estereógeno para referirse exclusivamente a un centro quiral, [15] [17] [19] mientras que otras usan los términos de manera más amplia para referirse también a centros que resultan en diastereómeros . (estereoisómeros que no son enantiómeros). [14] [20] [21]
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 mesotartárico (que se muestra a la derecha) tiene dos átomos de carbono asimétricos, pero no presenta enantiomerismo porque hay un plano de simetría especular. Por el contrario, existen formas de quiralidad que no requieren átomos asimétricos, como la quiralidad axial , plana y helicoidal . [15] : pág. 3
Aunque una molécula quiral carece de simetrías de reflexión (C s ) y de rotorreflexión (S 2 n ), puede tener otras simetrías moleculares , y su simetría está descrita por 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 C2 ( doble rotación). 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.
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Un ejemplo de tal enantiómero es el sedante talidomida , que se vendió en varios países del mundo desde 1957 hasta 1961. Fue retirado del mercado cuando se descubrió que causaba defectos de nacimiento. Un enantiómero provocó los efectos sedantes deseables, mientras que el otro, inevitablemente [22] presente en cantidades iguales, provocó defectos de nacimiento. [23]
El herbicida mecoprop es una mezcla racémica, en la que el enantiómero ( R )-(+) ("Mecoprop-P", "Duplosan KV") posee actividad herbicida. [24]
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 suelen ser la mitad de las de citalopram. Aquí, (S)-citalopram se denomina interruptor quiral de Citalopram.
Los compuestos enantiopuros constan de sólo uno de los dos enantiómeros. La enantiopureza es de importancia práctica ya que tales composiciones tienen una eficacia terapéutica mejorada. [25] El cambio de un fármaco racémico a un fármaco enantiopuro se denomina cambio quiral . En muchos casos, los enantiómeros tienen efectos distintos. Un caso es el del propoxifeno. Eli Lilly and Company vende por separado el par enantiomérico de propoxifeno. Uno de los compañeros es el dextropropoxifeno , un agente analgésico (Darvon) y el otro se llama levopropoxifeno , un eficaz antitusivo (Novrad). [26] [27] Es interesante observar 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 fármacos de un solo enantiómero son patentables por separado de la mezcla racémica. [28] Es posible que sólo uno de los enantiómeros esté activo. O puede ser que ambos sean activos, en cuyo caso separar la mezcla no tiene beneficios objetivos, pero extiende la patentabilidad del medicamento. [29]
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 un conglomerado racémico , en el que se forman cristales del los enantiómeros están físicamente segregados y pueden separarse mecánicamente. Sin embargo, la mayoría de los racematos forman cristales que contienen ambos enantiómeros en una proporción de 1:1.
En su trabajo pionero, Louis Pasteur pudo aislar los isómeros del tartrato de sodio y amonio porque los enantiómeros individuales cristalizan por separado de la solución. Sin duda, se producen cantidades iguales de cristales enantiomórficos, pero los dos tipos de cristales se pueden separar con unas pinzas. Este comportamiento es inusual. Un método menos común es mediante la autodesproporción de enantiómeros .
La segunda estrategia es la síntesis asimétrica: el uso de diversas técnicas para preparar el compuesto deseado en alto exceso enantiomérico . Las técnicas abarcadas incluyen el uso de materiales de partida quirales ( síntesis de pool 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. Al utilizar un catalizador quiral, ambos enantiómeros del reactivo dan como resultado un único enantiómero de producto. [30]
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 escala de tiempo determinadas. Por ejemplo, las aminas con tres sustituyentes distintos son quirales, pero con pocas excepciones (por ejemplo, N -cloroaziridinas sustituidas), sufren rápidamente una " inversión 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 promediada aquiral.
Para 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 entre izquierda y derecha"), en realidad existe una diferencia mínima de energía entre los enantiómeros (del orden de 10 −12 eV o 10 −10 kJ/mol o menos) debido al débil mecanismo de corriente neutra . Esta diferencia de energía es mucho menor que los cambios de energía causados por cambios incluso pequeños en la conformación molecular, y demasiado pequeña para medirla con la tecnología actual y, por lo tanto, no tiene consecuencias químicas. [16] [31] [32] En el sentido utilizado por los físicos de partículas, el "verdadero" enantiómero 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). [16] A lo largo de este artículo, "enantiómero" se utiliza sólo en el sentido químico de compuestos de materia ordinaria que no son superponibles en su imagen especular.
Los cuasienantiómeros son especies moleculares que no son estrictamente enantiómeros, pero se comportan como si lo fueran. En los cuasi enantiómeros se refleja la mayor parte de la molécula; sin embargo, un átomo o grupo dentro de la molécula se cambia a un átomo o grupo similar. [33] Los cuasi -enantiómeros también se pueden definir como moléculas que tienen el potencial de convertirse en enantiómeros si se reemplaza un átomo o grupo en la molécula. [34] Un ejemplo de cuasi -enantiómeros sería ( S )-bromobutano y ( R )-yodobutano. En condiciones normales, los enantiómeros de ( S )-bromobutano y ( R )-yodobutano serían ( R) -bromobutano y ( S )-yodobutano, respectivamente. Los cuasi -enantiómeros también producirían cuasi-racematos, que son similares a los racematos normales (ver Mezcla racémica ) en el sentido de que forman una mezcla igual de cuasi -enantiómeros. [33]
Aunque no se consideran enantiómeros reales, la convención de nomenclatura para los cuasienantiómeros también sigue la misma tendencia que los enantiómeros cuando se analizan las configuraciones ( R ) y ( S ), que se consideran desde una base geométrica (consulte las reglas de prioridad de Cahn-Ingold-Prelog ).
Los cuasienantiómeros tienen aplicaciones en resolución cinética paralela . [35]
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Medios relacionados con los enantiómeros en Wikimedia Commons