AMESTEC RACEMIC: CHIRALITATE, EXEMPLE - CHIMIE - 2025

Un amestec racemic sau racemat este unul compus din doi enantiomeri în părți egale și, prin urmare, este optic inactiv. Această activitate optică se referă la capacitatea soluțiilor dvs. de a roti, în sensul acelor de ceasornic sau în sensul acelor de ceasornic, un fascicul de lumină polarizată care circulă prin ele într-o singură direcție.

Un enantiomer are capacitatea de a roti lumina polarizată, să zicem, spre stânga (stânga), deci soluția sa pură va fi optic activă. Cu toate acestea, dacă începe să i se adauge enantiomerul care rotește lumina spre dreapta (dextrorotator), activitatea sa optică va scădea până când este inactivată.

Ciorchine de struguri, care au o rudenie cu amestecuri racemice dincolo de etimologie. Sursa: Pexels.

Când se întâmplă acest lucru, se spune că există cantități egale de enantiomeri levorotatori și dextrorotatori; Dacă o moleculă rotește lumina polarizată spre stânga, efectul ei va fi imediat anulat atunci când "întâlnește" o altă moleculă care o rotește spre dreapta. Si asa mai departe. Prin urmare, vom avea un amestec racemic.

Prima observare a enantiomerismului a fost făcută de chimistul francez Louis Pasteur în 1848, care studia un amestec de cristale enantiomerice de acid tartric (pe atunci denumit acid racemic). Deoarece acest acid provine din strugurii folosiți pentru fabricarea vinurilor, acest amestec a sfârșit să fie aplicat într-un mod general pentru toate moleculele.

Pantofi și chiralitate

În primul rând, pentru a exista un amestec racemic, trebuie să existe doi enantiomeri (de obicei), ceea ce implică faptul că ambele molecule sunt chirale și că imaginile lor în oglindă nu sunt suprapuse. O pereche de pantofi ilustrează perfect acest lucru: oricât de greu încercați să suprapuneți pantoful stâng din dreapta, nu se vor potrivi niciodată.

Pantoful drept, cu alte cuvinte, deviază lumina polarizată spre stânga; în timp ce pantoful stâng se deplasează spre dreapta. Într-o soluție ipotetică în care pantofii sunt moleculele, dacă există doar pantofi chiral drepți, acest lucru va fi optic activ. La fel se va întâmpla dacă rămân doar pantofi în soluție.

Cu toate acestea, dacă există o mie de pantofi stângați amestecat cu o mie de pantofi drepți, atunci există un amestec racemic, care este și inactiv optic, deoarece abaterile pe care lumina le suferă în interiorul acestuia se anulează reciproc.

Dacă în loc de încălțăminte ar fi bile, obiecte care sunt achirale, ar fi imposibil să existe amestecuri racemice, deoarece acestea nu ar fi chiar capabile să existe ca perechi de enantiomeri.

Exemple

Acid tartaric

Enantiomeri ai acidului tartric. Sursa: Dschanz

Revenind la acidul tartric, amestecul său racemic a fost primul cunoscut. Imaginea superioară arată cele două enantiomere ale sale, fiecare capabil să formeze cristale cu fețe morfologice „stânga” sau „dreapta”. Pasteur, folosind un microscop și un efort riguros, a reușit să separe aceste cristale enantiomerice unul de celălalt.

Cristalele enantiomerilor L (+) și D (-) prezintă separat activitate optică prin devierea luminii polarizate spre dreapta sau, respectiv, spre stânga. Dacă ambele cristale în proporții molare egale se dizolvă în apă, va fi obținut un amestec racemic optic inactiv.

Rețineți că ambii enantiomeri au doi carboni chirali (cu patru substituenți diferiți). În L (+), OH-urile se află în spatele planului format din scheletul de carbon și grupările COOH; în timp ce în D (-) acești OH sunt peste planul respectiv

Cei care sintetizează acidul tartric vor primi un amestec racemic. Pentru a separa enantiomerul L (+) de D (-), este necesară o rezoluție chirală, în care acest amestec reacționează cu o bază chirală pentru a produce săruri diastereoizomerice, capabile să fie separate prin cristalizare fracțională.

Chinină

Scheletul structural al moleculei de chinină. Sursa: Benjah-bmm27.

În exemplul de mai sus, pentru a face referire la un amestec racemic de acid tartric, este de obicei scris ca (±) -acid tartric. Astfel, în cazul chininei (imaginea superioară) aceasta va fi (±) -kinină.

Izomerismul chininei este complex: are patru carbuni chirali, dând naștere la șaisprezece diastereoizomeri. Interesant este că două dintre enantiomerii săi (unul cu OH deasupra planului și celălalt sub el) sunt de fapt diastereoizomeri, deoarece diferă în configurațiile celorlalte carbonii chirale ale acestora (cele ale biciclo cu atomul de N.).

Acum, este dificil să se stabilească care dintre stereoizomerii chininei va devia lumina polarizată spre dreapta sau spre stânga.

Thalidomide

Enantiomeri de talidomide. Sursa: Vaccinator

Enantiomerii de talidomidă sunt arătați mai sus. Are doar un carbon chiral: cel legat de azot care unește ambele inele (unul de ftalimidă și celălalt de gluteramidă).

În enantiomerul R (cu proprietăți sedative), inelul ftalimidic (cel din stânga) este orientat deasupra planului; în timp ce în enantiomerul S (cu proprietăți mutagene), mai jos.

Nu se cunoaște ochiului procent care dintre cele două deviază lumina spre stânga sau spre dreapta. Ceea ce se știe este că un amestec 1: 1 sau 50% din ambii enantiomeri formează amestecul racemic (±) -talidomidă.

Dacă doriți să comercializați talidomida doar ca sedativ hipnotic, este obligatoriu să-i supuneți amestecul racemic la rezoluția chirală menționată deja, astfel încât să se obțină enantiomerul R pur.

1,2-epoxipropan

Enantiomeri 1,2-epoxi-propan. Sursa: Gabriel Bolívar.

În imaginea superioară aveți perechea enantiomer de 1,2-epoxipropan. Enantiomerul R deviaza lumina polarizata spre dreapta, in timp ce enantiomerul S o deviaza spre stanga; adică, primul este (R) - (+) - 1,2-epoxipropan, iar al doilea este (S) - (-) - 1,2-epoxipropan.

Amestecul racemic al celor doi, din nou, într-un raport de 1: 1 sau 50%, devine (±) -1,2-epoxipropan.

1-feniletilamină

Enantiomeri de 1-feniletilamină. Sursa: Gabriel Bolívar.

Arătat mai sus este un alt amestec racemic format din cei doi enantiomeri ai 1-feniletilaminei. Enantiomerul R este (R) - (+) - 1-feniletilamină, iar enantiomerul S este (S) - (-) - 1-feniletilamină; unul are gruparea metil, CH ₃ , arătând din planul inelului aromatic, iar celălalt îndreptat dedesubt.

Rețineți că atunci când configurația este R, uneori coincide cu faptul că enantiomerul rotește lumina polarizată spre dreapta; cu toate acestea, nu se aplică întotdeauna și nu poate fi luat ca regulă generală.

Comentariu final

Mai importantă decât existența sau nu a amestecurilor racemice este rezoluția lor chirală. Aceasta se aplică în special compușilor cu efecte farmacologice care depind de respectivul stereoizomerism; adică, un enantiomer poate fi benefic pentru pacient, în timp ce celălalt îl poate afecta.

De aceea, aceste rezoluții chirale sunt utilizate pentru a separa amestecurile racemice în componentele lor și, astfel, să le poată comercializa ca medicamente pure, fără impurități dăunătoare.

Referințe

1. Morrison, RT și Boyd, R, N. (1987). Chimie organica. Ediția a V-a. Editorial Addison-Wesley Interamericana.
2. Carey F. (2008). Chimie organica. (Ediția a șasea). Mc Graw Hill.
3. Graham Solomons TW, Craig B. Fryhle. (2011). Chimie organica. Aminele. (Ediția a 10-a.) Wiley Plus.
4. Steven A. Hardinger. (2017). Glosar ilustrat al chimiei organice: amestec racemic. Departamentul de Chimie și Biochimie, UCLA. Recuperat din: chem.ucla.edu
5. Nancy Devino. (2019). Racemic Mix: definiție și exemplu. Studiu. Recuperat din: studiu.com
6. James Ashenhurst. (2019). Stereochimia și chiralitatea: ce este un amestec racemic? Recuperat din: masterorganicchemistry.com
7. John C. Leffingwell. (2003). Chiralitate și bioactivitate I .: Farmacologie. . Recuperat de la: leffingwell.com