Enantiómero

En química , un enantiómero ( /ɪˈnænti.əmər, ɛ-, -oʊ-/ ^{[ 1 ]} ih-NAN-tee-ə-mər ), también conocido como isómero óptico , ^{[ 2 ]} antípoda , ^{[ 3 ]} o antípoda óptica , ^{[ 4 ]} es una de un par de entidades moleculares que son imágenes especulares una de la otra y no superponibles.

Las moléculas enantioméricas son como la mano derecha y la izquierda: una no puede superponerse a la otra sin antes convertirse en su imagen especular. ^{[ 5 ]} Se trata únicamente de una relación de quiralidad y de las relaciones tridimensionales permanentes entre moléculas u otras estructuras químicas: ninguna cantidad de reorientación de una molécula en su conjunto o cambio conformacional convierte una sustancia química en su enantiómero. Las estructuras químicas con quiralidad rotan la luz polarizada plana. ^{[ 6 ]} Una mezcla de cantidades iguales de cada enantiómero, una mezcla racémica o un racemato , no rota 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 no son superponibles entre sí; sin embargo, no son imágenes especulares el uno del otro. ^{[ 10 ]}

Hay tres convenciones de nomenclatura comunes para especificar uno de los dos enantiómeros (la configuración absoluta ) de una molécula quiral dada: el sistema R/S se basa en la geometría de la molécula; el sistema (+)- y (−)- (también escrito usando 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 según las reglas de prioridad establecidas por las reglas de prioridad de Cahn-Ingold-Prelog , en las que al grupo o átomo con el mayor número atómico se le asigna la mayor prioridad y al grupo o átomo con el menor número atómico se le asigna la menor prioridad.

El símbolo (+) o (−) se utiliza para especificar la rotación óptica de una molécula : la dirección en la que gira la polarización de la luz al pasar a través de una solución que contiene la molécula. ^{[ 12 ]} Cuando una molécula se denomina dextrorrotatoria, gira el plano de la luz polarizada en el sentido de las agujas del reloj y también se puede denotar como (+). ^{[ 11 ]} Cuando se denomina levorrotatoria, gira el plano de la 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 del uso 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 sinister (izquierda), a la molécula zurda. Ejemplo: ketamina , arketamina , esketamina . ^{[ 13 ]}

El átomo asimétrico se denomina centro de quiralidad , ^{[ 14 ] [ 15 ]} un tipo de estereocentro . Un centro de quiralidad también se denomina centro quiral ^{[ 16 ] [ 17 ] [ 18 ]} o centro asimétrico . ^{[ 19 ]} Algunas fuentes utilizan los términos estereocentro , centro estereogénico , átomo estereogénico o estereógeno para referirse exclusivamente a un centro de quiralidad, ^{[ 16 ] [ 18 ] [ 20 ]} mientras que otras utilizan los términos de forma más amplia para referirse también a centros que dan lugar a diastereómeros (estereoisómeros que no son enantiómeros). ^{[ 15 ] [ 21 ] [ 22 ]}

Los compuestos que contienen exactamente un átomo asimétrico (o cualquier número impar) 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 especulares, y se conocen como compuestos meso . Por ejemplo, el ácido tartárico meso (que se muestra a la derecha) tiene dos átomos de carbono asimétricos, pero no presenta enantiomería porque existe un plano de simetría especular. Por el contrario, existen formas de quiralidad que no requieren átomos asimétricos, como la quiralidad axial , planar y helicoidal . ^{[ 16 ] : pág. 3}

Aunque una molécula quiral carece de simetrías de reflexión (C _s ) y de rotor-reflexión (S _{2 n} ), puede presentar otras simetrías moleculares , y su simetría se describe mediante uno de los grupos puntuales quirales : C _n , D _n , T, O o I. Por ejemplo, el peróxido de hidrógeno es quiral y posee simetría C ₂ (rotacional doble). Un caso quiral común es el grupo puntual C ₁ , que significa ausencia de simetrías, como en el caso del ácido láctico.

Un ejemplo de dicho enantiómero es el sedante talidomida , que se vendió en varios países del mundo desde 1957 hasta 1961. Se retiró del mercado cuando se descubrió que causaba defectos congénitos. Un enantiómero producía los efectos sedantes deseados, mientras que el otro, inevitablemente presente ^{[ 23 ]} en cantidades iguales, causaba defectos congénitos. ^{[ 24 ]}

El herbicida mecoprop es una mezcla racémica, en la que el enantiómero ( R )-(+) ("Mecoprop-P", "Duplosan KV") posee la actividad herbicida. ^{[ 25 ]}

Otro ejemplo son los antidepresivos escitalopram y citalopram . El citalopram es un racemato [mezcla 1:1 de ( S )-citalopram y ( R )-citalopram]; el escitalopram [( S )-citalopram] es un enantiómero puro. Las dosis de escitalopram suelen ser la mitad de las de citalopram. En este contexto, el (S)-citalopram se denomina interruptor quiral del citalopram.

Los compuestos enantiopuros constan de solo uno de los dos enantiómeros. La enantiopureza es de importancia práctica, ya que dichas composiciones tienen una eficacia terapéutica mejorada. ^{[ 26 ]} El cambio de un fármaco racémico a un fármaco enantiopuro se denomina cambio quiral . En muchos casos, los enantiómeros tienen efectos distintos. Un ejemplo es el del propoxifeno. El par de enantiómeros del propoxifeno es comercializado por separado por Eli Lilly and Company. Uno de los componentes es el dextropropoxifeno , un analgésico (Darvon), y el otro se denomina levopropoxifeno , un antitusivo eficaz (Novrad). ^{[ 27 ] [ 28 ]}  Es interesante observar que los nombres comerciales de los fármacos, DARVON y NOVRAD, también reflejan la relación de imagen especular química. En otros casos, puede 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. ^{[ 29 ]} Es posible que solo uno de los enantiómeros sea activo. O bien, puede que ambos lo sean, en cuyo caso separar la mezcla no tiene beneficios objetivos, pero extiende la patentabilidad del fármaco. ^{[ 30 ]}

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 conglomerado racémico , en el que los cristales de 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 1:1.

En su trabajo pionero, Louis Pasteur logró aislar los isómeros del tartrato de amonio sódico gracias a que los enantiómeros individuales cristalizan por separado en solución. Si bien se producen cantidades iguales de cristales enantiomórficos, ambos tipos de cristales pueden separarse con pinzas. Este comportamiento es inusual. Un método menos común es la autodesproporción de los enantiómeros .

La segunda estrategia es la síntesis asimétrica: el uso de diversas técnicas para preparar el compuesto deseado con un alto exceso enantiomérico . Entre las técnicas que abarca se incluyen el uso de materiales de partida quirales ( síntesis de grupos quirales ), el uso de auxiliares y catalizadores quirales , y la aplicación de la 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. Mediante el uso de un catalizador quiral, ambos enantiómeros del reactivo dan como resultado un único enantiómero del producto. ^{[ 31 ]}

Los enantiómeros pueden no ser aislables si existe una vía accesible para la racemización (interconversión entre enantiomorfos que produce 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 (p. ej., las N -cloroaziridinas sustituidas ), experimentan rápidamente una " inversión de 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 promedio aquiral.

A 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 la izquierda de la derecha"), en realidad hay una diferencia minúscula de energía entre los enantiómeros (del orden de 10⁻¹² ^eV o 10⁻¹⁰ ^kJ /mol o menos) debido al mecanismo de corriente neutra débil . Esta diferencia de energía es mucho menor que los cambios de energía causados ​​incluso por pequeños cambios en la conformación molecular, y demasiado pequeña para ser medida con la tecnología actual, por lo que es químicamente intrascendente. ^{[ 17 ] [ 32 ] [ 33 ]} En el sentido utilizado por los físicos de partículas, el enantiómero "verdadero" de una molécula, que tiene exactamente el mismo contenido de masa-energía que la molécula original, es una imagen especular que también está construida a partir de antimateria (antiprotones, antineutrones y positrones). ^{[ 17 ]} A lo largo de este artículo, "enantiómero" se utiliza únicamente en el sentido químico de compuestos de materia ordinaria que no son superponibles en su imagen especular.

Los cuasi -enantiómeros son especies moleculares que no son estrictamente enantiómeros, pero se comportan como si lo fueran. En los cuasi-enantiómeros, la mayor parte de la molécula se refleja; sin embargo, un átomo o grupo dentro de la molécula se cambia por un átomo o grupo similar. ^{[ 34 ]} Los cuasi-enantiómeros también pueden definirse como moléculas que tienen el potencial de convertirse en enantiómeros si se reemplaza un átomo o grupo en la molécula. ^{[ 35 ]} Un ejemplo de cuasi-enantiómeros es el ( S )-bromobutano y el ( R )-yodobutano. En condiciones normales, los enantiómeros del ( S )-bromobutano y del ( R )-yodobutano son el ( R) -bromobutano y el ( S )-yodobutano, respectivamente. Los cuasi-enantiómeros también producen cuasi-racematos, que son similares a los racematos normales (véase Mezcla racémica ) en que forman una mezcla equimolar de cuasi-enantiómeros. ^{[ 34 ]}

Los cuasi-enantiómeros tienen aplicaciones en la resolución cinética paralela . ^{[ 36 ]}

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• chemwiki:estereoisomería Archivado el 22/02/2014 en Wayback Machine