Mezcla racémica

En química , una mezcla racémica o racemato ( / r eɪ ˈ siː m eɪ t , r ə - , ˈ r æ s ɪ m eɪ t / ^{[ 1 ]} ) es una mezcla que contiene cantidades iguales (50:50) de enantiómeros levógiros y dextrógiros de una molécula o sal quiral . 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, partiendo de una solución acuosa de la sal de amonio sódico del ácido tartárico racémico. Pasteur se benefició del hecho de que la sal de tartrato de amonio produce cristales enantioméricos con formas cristalinas distintas (a 25 °C (77 °F) ). Razonando desde la escala macroscópica hasta la molecular, calculó que las moléculas debían tener imágenes especulares no superponibles. ^{[ 2 ]} Una muestra con un solo enantiómero es un compuesto enantioméricamente puro o enantiopuro . ^{[ 3 ]}  

La palabra racémico deriva del latín racemus , que significa perteneciente a un racimo de uvas . ^{[ 4 ]} El ácido racémico , cuando se produce naturalmente en las uvas, es solo la versión dextrógira de la molécula, más conocida como ácido tartárico . En muchas lenguas germánicas, el ácido racémico se llama "ácido de uva", por ejemplo, en alemán Traubensäure y en sueco druvsyra . Carl von Linné le dio al saúco rojo el nombre científico Sambucus racemosa, ya que el nombre sueco, druvfläder , significa "saúco de uva", llamado así porque sus bayas crecen en un racimo parecido a una uva.

Una mezcla racémica se denota con el prefijo (±)- o dl- (para azúcares se puede usar el prefijo dl- ) , que indica una mezcla equitativa (1:1) de isómeros dextrógiros y levulínicos. También se utilizan el prefijo rac- (o racem- ) o los símbolos RS y SR (todos en cursiva ).

Si la proporción no es 1:1 (o no se conoce), se utiliza en su lugar el prefijo (+)/(−) , d/l - o d/l- (con una barra).

La IUPAC desaconseja el uso de d y l . ^{[ 5 ] [ 6 ]}

Un racemato es ópticamente inactivo ( aquiral ), lo que significa que dichos materiales no rotan la polarización de la luz polarizada plana . Aunque los dos enantiómeros rotan la luz polarizada plana en direcciones opuestas, las rotaciones se cancelan entre sí porque están presentes en cantidades iguales de enantiómeros negativos (-) en sentido antihorario ( levógiros ) y positivos (+) en sentido horario ( dextrógiros ). ^{[ 7 ]}

A diferencia de los dos enantiómeros puros, que tienen propiedades físicas idénticas salvo por la dirección de rotación de la luz polarizada plana, un racemato a veces presenta propiedades diferentes a las de cualquiera de los enantiómeros puros. Lo más común son puntos de fusión diferentes, pero también son posibles solubilidades y puntos de ebullición diferentes .

Los fármacos pueden estar disponibles como racemato o como enantiómero puro, lo que puede implicar diferentes potencias. Debido a que los sistemas biológicos presentan numerosas asimetrías quirales, los enantiómeros puros suelen tener efectos biológicos muy diferentes; ejemplos de ello son la glucosa y la metanfetamina .

Existen cuatro maneras de cristalizar un racemato; tres de las cuales HWB Roozeboom había distinguido en 1899:

Conglomerado (a veces conglomerado racémico )

Si las moléculas de la sustancia tienen una afinidad mucho mayor por el mismo enantiómero que por el opuesto, se formará una mezcla mecánica de cristales enantioméricamente puros. La mezcla de cristales R y S enantioméricamente puros constituye una mezcla eutéctica . Por consiguiente, el punto de fusión del conglomerado siempre es inferior al del enantiómero puro. La adición de una pequeña cantidad de un enantiómero al conglomerado aumenta el punto de fusión. Aproximadamente el 10 % de los compuestos quirales racémicos cristalizan como conglomerados. ^{[ 8 ]}

Compuesto racémico (a veces verdadero racemato )

Si las moléculas tienen mayor afinidad por el enantiómero opuesto que por el mismo enantiómero, la sustancia forma una única fase cristalina en la que ambos enantiómeros están presentes en una proporción ordenada de 1:1 en la celda elemental. La adición de una pequeña cantidad de un enantiómero al compuesto racémico disminuye el punto de fusión. Sin embargo, el enantiómero puro puede tener un punto de fusión mayor o menor que el del compuesto. Un caso especial de compuestos racémicos son los compuestos criptoracémicos (o criptoracematos), en los que el cristal mismo presenta quiralidad (es enantiomórfico), a pesar de contener ambos enantiomorfos en una proporción de 1:1. ^{[ 9 ]}

Pseudoracemato (a veces solución sólida racémica )

Cuando no existe una gran diferencia de afinidad entre los enantiómeros iguales y opuestos, a diferencia del compuesto racémico y el conglomerado, ambos enantiómeros coexistirán de forma desordenada en la red cristalina. La adición de una pequeña cantidad de un enantiómero altera ligeramente el punto de fusión o no lo altera en absoluto.

Cuasiracemato

Un cuasiracetato es un cocristal de dos compuestos similares pero distintos, uno de los cuales es levógiro y el otro dextrógiro. Aunque químicamente diferentes, son estéricamente similares (isostéricos) y aún pueden formar una fase cristalina racémica. Uno de los primeros racematos estudiados, por Pasteur en 1853, se forma a partir de una mezcla 1:2 de la sal de bis amonio del ácido (+)- tartárico y la sal de bis amonio del ácido (−)- málico en agua. Reinvestigado en 2008, ^{[ 10 ]} los cristales formados tienen forma de mancuerna con la parte central compuesta de (+)-bitartrato de amonio, mientras que las partes externas son una mezcla cuasiracetamica de (+)-bitartrato de amonio y (−)-bimalato de amonio.

La separación de un racemato en sus componentes, los enantiómeros individuales, se denomina resolución quiral . Existen diversos métodos para esta separación, entre ellos la cristalización, la cromatografía y el uso de diversos reactivos.

Sin una influencia quiral (por ejemplo, un catalizador , disolvente o material de partida quiral), una reacción química que produce un producto quiral siempre dará como resultado un racemato. Esto puede hacer que la síntesis de un racemato sea más barata y sencilla que la del enantiómero puro, ya que no requiere condiciones especiales. Este hecho también plantea la cuestión de cómo evolucionó la homoquiralidad biológica en lo que se presume que fue una Tierra primigenia racémica.

Se dice que los reactivos y las reacciones que producen mezclas racémicas no son estereoespecíficos o estereoselectivos , debido a su indecisión respecto a una estereoisomería particular . Un escenario frecuente es el de una especie planar (como un átomo de carbono sp² o un ^carbocatión intermedio ) que actúa como electrófilo. El nucleófilo tendrá una probabilidad del 50 % de reaccionar con cualquiera de los dos lados del grupo planar, produciendo así una mezcla racémica.

Algunas moléculas de fármacos son quirales, y los enantiómeros tienen efectos diferentes sobre las entidades biológicas. Se pueden vender como un solo enantiómero o como una mezcla racémica. Algunos ejemplos son la talidomida , el ibuprofeno , la cetirizina y el salbutamol . Un fármaco bien conocido que tiene efectos diferentes según su proporción de enantiómeros es la anfetamina . Adderall es una mezcla desigual de ambos enantiómeros de anfetamina . Una sola dosis de Adderall combina las sales de sulfato neutras de dextroanfetamina y anfetamina, con el isómero dextro del sacarato de anfetamina y el aspartato monohidrato de D/L-anfetamina. El Benzedrine original era una mezcla racémica, y la dextroanfetamina aislada se introdujo posteriormente en el mercado como Dexedrine. 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 la medicación es en gran medida inútil. Sin embargo, a veces se pueden fabricar y vender muestras que contienen enantiómeros puros a un costo más alto en casos donde el uso requiere específicamente un isómero (p. ej., para un reactivo estereoselectivo ); compárese omeprazol y esomeprazol . El cambio de un fármaco racémico a un fármaco quiral específico puede hacerse para un mejor perfil de seguridad o un índice terapéutico mejorado. Este proceso se llama cambio quiral y el fármaco enantiopuro resultante se llama interruptor quiral . ^{[ 11 ]} 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 ser activo, existen casos en los que el otro enantiómero es perjudicial, como el salbutamol ^{[ 12 ]} y la talidomida . El enantiómero (R) de la talidomida es eficaz contra las náuseas matutinas, mientras que el enantiómero (S) es teratogénico y causa defectos congénitos. Dado que el fármaco racemiza, no se considera seguro para su uso en mujeres en edad fértil ^{[ 13 ] , y su uso está estrictamente controlado cuando se utiliza para tratar otras enfermedades [ 14 ]} .

La metanfetamina se vende con receta médica bajo la marca Desoxyn . El componente activo de Desoxyn es el clorhidrato de dextrometanfetamina , el isómero diestro de la metanfetamina. El isómero zurdo de la metanfetamina, la levometanfetamina , es un medicamento de venta libre con menor acción central y mayor acción periférica. Durante el siglo XX, la metedrina era una mezcla racémica al 50% de ambos isómeros de la 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 contrapartes quirales . ^{[ 15 ]} Esta regla ha sido corroborada mediante análisis de bases de datos cristalográficas. ^{[ 16 ]}

• Interruptor quiral
• Quiralidad (lo mismo que isomería óptica )
• Descriptor (química)
• Cristalografía racémica (de proteínas)
• Racemización
• Fórmula esquelética §  Estereoquímica que describe cómo se denota la estereoquímica en las fórmulas esqueléticas