Estereoquímica

La estereoquímica , una subdisciplina de la química , estudia la disposición espacial de los átomos que forman la estructura de las moléculas y su manipulación. ^{[ 1 ]} El estudio de la estereoquímica se centra en las relaciones entre estereoisómeros , que se definen como aquellos que tienen la misma fórmula molecular y secuencia de átomos enlazados (constitución) pero difieren en la posición geométrica de los átomos en el espacio. Por esta razón, también se la conoce como química 3D : el prefijo "estereo-" significa "tridimensionalidad" ^{[ 2 ]} porque muchos de los tipos de estereoquímica se basan en relaciones geométricas 3D. La estereoquímica se aplica a todo tipo de compuestos e iones, especies orgánicas e inorgánicas por igual. La estereoquímica afecta la química biológica , física y supramolecular .

La estereoquímica también estudia la reactividad de las moléculas en cuestión ( estereoquímica dinámica ).

Las reglas de prioridad de Cahn-Ingold-Prelog forman parte de un sistema para describir la estereoquímica de una molécula. Estas reglas clasifican los átomos alrededor de una región estereoquímica de la molécula de forma estandarizada, lo que permite describir de manera inequívoca sus posiciones relativas en la molécula.

En lugar de utilizar una representación 3D de alta calidad de una molécula, existen varias formas estándar simplificadas de representar la posición tridimensional de los átomos alrededor de un estereocentro . Una convención común utiliza un enlace dibujado como una cuña sólida para indicar un enlace que se proyecta hacia el observador, un enlace punteado o discontinuo para indicar un enlace que se aleja del observador, y líneas simples para representar los enlaces que se encuentran en el plano de la molécula misma.

Una proyección de Fischer representa las cuatro direcciones alrededor de un átomo tetraédrico dibujando los enlaces horizontal o verticalmente, donde vertical significa que el enlace se aleja del observador y horizontal significa que el enlace se proyecta hacia el observador.

La estereoquímica tiene importantes aplicaciones en el campo de la medicina, particularmente en la farmacéutica. Un ejemplo frecuentemente citado de la importancia de la estereoquímica se relaciona con el desastre de la talidomida. La talidomida es un fármaco , preparado por primera vez en 1957 en Alemania, recetado para tratar las náuseas matutinas en mujeres embarazadas. Se descubrió que el fármaco era teratogénico , causando graves daños genéticos en el crecimiento y desarrollo embrionario temprano, lo que provocó malformaciones en las extremidades de los bebés. Varios mecanismos propuestos de teratogenicidad involucran diferentes funciones biológicas para los enantiómeros (R)- y (S)-talidomida. ^{[ 3 ]} Sin embargo, en el cuerpo humano, la talidomida sufre racemización : incluso si solo se administra uno de los dos enantiómeros como fármaco, el otro enantiómero se produce como resultado del metabolismo. ^{[ 4 ]} Por consiguiente, es incorrecto afirmar que un estereoisómero es seguro mientras que el otro es teratogénico. ^{[ 5 ]} La talidomida se utiliza actualmente para el tratamiento de otras enfermedades, en particular el cáncer y la lepra . Se han implementado estrictas regulaciones y controles para evitar su uso por mujeres embarazadas y prevenir malformaciones congénitas. Este desastre impulsó la exigencia de pruebas rigurosas a los medicamentos antes de su comercialización.

En otro ejemplo, el fármaco ibuprofeno puede existir como isómeros (R) y (S). Solo el ibuprofeno (S) es activo para reducir la inflamación y el dolor. ^{[ 6 ] [ 7 ]}

Existen dos tipos de isómeros: diastereómeros (también llamados diasteroisómeros) y enantiómeros. Los enantiómeros son imágenes especulares no superponibles. Los diastereómeros son todos los demás tipos de isómeros.

En 1815, la observación de la actividad óptica de Jean-Baptiste Biot marcó el comienzo de la historia de la estereoquímica orgánica. Observó que las moléculas orgánicas podían rotar el plano de la luz polarizada en una solución o en la fase gaseosa. ^{[ 8 ]} A pesar de los descubrimientos de Biot, Louis Pasteur es comúnmente descrito como el primer estereoquímico, habiendo observado en 1842 que las sales de ácido tartárico recolectadas de recipientes de producción de vino podían rotar el plano de la luz polarizada , pero que las sales de otras fuentes no lo hacían. Esta fue la única propiedad física que difería entre los dos tipos de sales de tartrato, lo cual se debe al isomerismo óptico . En 1874, Jacobus Henricus van 't Hoff y Joseph Le Bel explicaron la actividad óptica en términos de la disposición tetraédrica de los átomos unidos al carbono. Kekulé exploró modelos tetraédricos antes, en 1862, pero nunca publicó su trabajo; Emanuele Paternò probablemente conocía estas estructuras, pero fue el primero en dibujar y discutir estructuras tridimensionales, como la del 1,2-dibromoetano en el Giornale di Scienze Naturali ed Economiche en 1869. ^{[ 9 ]} El término "quiral" fue introducido por Lord Kelvin en 1904. Arthur Robertson Cushny , un farmacólogo escocés, proporcionó por primera vez un ejemplo claro en 1908 de una diferencia de bioactividad entre enantiómeros de una molécula quiral, a saber, la (−)-adrenalina es dos veces más potente que la forma (±)- como vasoconstrictor y en 1926 sentó las bases de la farmacología quiral/estereofarmacología ^{[ 10 ] [ 11 ]} (relaciones biológicas de sustancias ópticamente isómeras). Más tarde, en 1966, se ideó la nomenclatura o regla de secuencia de Cahn-Ingold-Prelog para asignar la configuración absoluta al centro estereogénico /quiral (notación R y S) ^{[ 12 ]} y se extendió para aplicarse a través de enlaces olefínicos (notación E y Z).

• Estereoquímica de los alcanos
• Resolución quiral , que a menudo implica cristalización
• Quiralidad (química) ( R / S , d / l )
• Interruptor quiral
• Fórmula esquelética , que describe cómo se denota la estereoquímica en las fórmulas esqueléticas.
• Química del estado sólido
• Teoría VSEPR
• Efecto Overhauser nuclear , un método de espectroscopia de resonancia magnética nuclear (RMN) empleado para dilucidar la estereoquímica de moléculas orgánicas.