En química , la racemización es una conversión, mediante calor o reacción química, de un compuesto ópticamente activo en una forma racémica (ópticamente inactiva). Esto crea una proporción molar de enantiómeros de 1:1 y se denomina mezcla racémica (es decir, contiene la misma cantidad de formas (+) y (-)). Las formas más y menos se llaman dextrorotación y levorotación . [1] Los enantiómeros D y L están presentes en cantidades iguales; la muestra resultante se describe como una mezcla racémica o un racemato. La racemización puede ocurrir a través de varios mecanismos diferentes y tiene particular importancia en farmacología, ya que diferentes enantiómeros pueden tener diferentes efectos farmacéuticos.
Las moléculas quirales tienen dos formas (en cada punto de asimetría), que difieren en sus características ópticas: la forma levógira (la forma (-) ) girará en sentido contrario a las agujas del reloj en el plano de polarización de un haz de luz, mientras que la dextrógira La forma (la forma (+) ) girará en el sentido de las agujas del reloj en el plano de polarización de un haz de luz. [1] Se dice que las dos formas, que no son superponibles cuando se giran en un espacio tridimensional, son enantiómeros . La notación no debe confundirse con la denominación D y L de moléculas, que se refiere a la similitud en la estructura con el D -gliceraldehído y el L -gliceraldehído. Además, ( R ) - y ( S ) - se refieren a la estructura química de la molécula según las reglas de prioridad de denominación de Cahn-Ingold-Prelog en lugar de la rotación de la luz. La notación R/S es la notación principal utilizada para +/- ahora porque las notaciones D y L se usan principalmente para azúcares y aminoácidos. [2]
La racemización ocurre cuando una forma pura de un enantiómero se convierte en proporciones iguales de ambos enantiómeros, formando un racemato . Cuando hay un número igual de moléculas que rotan dextro y levógiramente, la rotación óptica neta de un racemato es cero. Los enantiómeros también deben distinguirse de los diastereómeros , que son un tipo de estereoisómero que tienen diferentes estructuras moleculares alrededor de un estereocentro y no son imágenes especulares.
La racemización parcial o completa de la estereoquímica en soluciones es el resultado de mecanismos SN1 . Sin embargo, cuando ocurre una inversión completa de la configuración estereoquímica en una reacción de sustitución , la responsable es una reacción SN2 . [3]
En estado sólido, las mezclas racémicas pueden tener propiedades físicas diferentes de cualquiera de los enantiómeros puros debido a las interacciones intermoleculares diferenciales (consulte la sección Importancia biológica). El cambio de un enantiómero puro a un racemato puede cambiar su densidad, punto de fusión, solubilidad, calor de fusión, índice de refracción y sus diversos espectros. La cristalización de un racemato puede dar como resultado formas separadas (+) y (-), o un solo compuesto racémico. Sin embargo, en estados líquido y gaseoso, las mezclas racémicas se comportarán con propiedades físicas idénticas, o casi idénticas, a sus enantiómeros puros . [4]
En general, la mayoría de las reacciones bioquímicas son estereoselectivas, por lo que solo un estereoisómero producirá el producto deseado, mientras que el otro simplemente no participa o puede causar efectos secundarios. Es de destacar que la forma L de los aminoácidos y la forma D de los azúcares (principalmente glucosa) suelen ser la forma biológicamente reactiva. Esto se debe al hecho de que muchas moléculas biológicas son quirales y, por tanto, las reacciones entre enantiómeros específicos producen estereoisómeros puros. [5] También es notable el hecho de que todos los residuos de aminoácidos existen en la forma L. Sin embargo, las bacterias producen residuos de D -aminoácidos que se polimerizan en polipéptidos cortos que se pueden encontrar en las paredes celulares bacterianas. Estos polipéptidos son menos digeribles por las peptidasas y se sintetizan mediante enzimas bacterianas en lugar de la traducción de ARNm que normalmente produciría L -aminoácidos. [5]
La naturaleza estereoselectiva de la mayoría de las reacciones bioquímicas significaba que diferentes enantiómeros de una sustancia química pueden tener diferentes propiedades y efectos en una persona. Muchas drogas psicotrópicas muestran diferente actividad o eficacia entre isómeros; por ejemplo, la anfetamina a menudo se dispensa en forma de sales racémicas, mientras que la dextroanfetamina , más activa, se reserva para casos refractarios o indicaciones más graves; otro ejemplo es la metadona , de la cual un isómero tiene actividad como agonista opioide y el otro como antagonista de NMDA . [6]
La racemización de fármacos puede ocurrir in vivo . La talidomida como enantiómero ( R ) es eficaz contra las náuseas matutinas , mientras que el enantiómero ( S ) es teratogénico y provoca defectos de nacimiento cuando se toma en el primer trimestre del embarazo. Si sólo se administra un enantiómero a un sujeto humano, ambas formas pueden encontrarse más adelante en el suero sanguíneo. [7] Por lo tanto, el medicamento no se considera seguro para mujeres en edad fértil y, si bien tiene otros usos, su uso está estrictamente controlado. [8] [9] La talidomida se puede utilizar para tratar el mieloma múltiple . [10]
Otro fármaco de uso común es el ibuprofeno , que sólo es antiinflamatorio como un enantiómero, mientras que el otro es biológicamente inerte. Asimismo, el estereoisómero ( S ) es mucho más reactivo que el enantiómero ( R ) del citalopram (Celexa), un antidepresivo que inhibe la recaptación de serotonina, es activo. [11] [5] [12] La estabilidad configuracional de un fármaco es, por tanto, un área de interés en la investigación farmacéutica. [13] La producción y análisis de enantiómeros en la industria farmacéutica se estudia en el campo de la síntesis orgánica quiral.
La racemización se puede lograr simplemente mezclando cantidades iguales de dos enantiómeros puros. La racemización también puede ocurrir en una interconversión química. Por ejemplo, cuando se disuelve ( R )-3-fenil-2-butanona en etanol acuoso que contiene NaOH o HCl , se forma un racemato. La racemización se produce mediante una forma enólica intermedia en la que el estereocentro anterior se vuelve plano y, por tanto, aquiral. [14] : 373 Un grupo entrante puede acercarse desde cualquier lado del avión, por lo que existe la misma probabilidad de que la protonación de regreso a la cetona quiral produzca una forma R o S , lo que resultará en un racemato.
La racemización puede ocurrir a través de algunos de los siguientes procesos:
La tasa de racemización (de formas L a una mezcla de formas L y formas D ) se ha utilizado como una forma de datar muestras biológicas en tejidos con tasas de renovación lentas, muestras forenses y fósiles en depósitos geológicos. Esta técnica se conoce como datación por aminoácidos .
En 1843, Louis Pasteur descubrió la actividad óptica en el ácido paratartárico o racémico que se encuentra en el vino de uva. Pudo separar dos cristales de enantiómero que hacían girar la luz polarizada en direcciones opuestas. [11]