Enantiómero

()S)-(+)-ácido láctico (izquierda) y (R)-(–)-ácido láctico (derecha) son imágenes espejo no superposables uno del otro.

En química, un enantiómero (/ɪˈnænti.əmər, ɛ-, -oʊ-/ ih-NAN-tee-ə-mər; del griego antiguo ἐνάντιος (enántios) 'opuesto', y μέρος (méros) 'parte') – también llamado isómero óptico, antípoda, o antípoda óptica, es uno de los dos estereoisómeros que no son superponibles en su propia imagen especular. Los enantiómeros son muy parecidos a las manos derecha e izquierda, cuando se miran a la misma cara, no se pueden superponer entre sí. Ninguna cantidad de reorientación en tres dimensiones espaciales permitirá que los cuatro grupos únicos en el carbono quiral (ver Quiralidad (química)) se alineen exactamente. El número de estereoisómeros que tiene una molécula se puede determinar por el número de carbonos quirales que tiene. Los estereoisómeros incluyen tanto enantiómeros como diastereómeros.

Los diastereómeros, como los enantiómeros, comparten la misma fórmula molecular y no son superponibles entre sí; sin embargo, no son imágenes especulares entre sí.

Una molécula con quiralidad hace girar la luz polarizada en un plano. Una mezcla de cantidades iguales de cada enantiómero, una mezcla racémica o un racemato, no gira la luz.

Convenciones de nomenclatura

Hay tres convenciones de nomenclatura comunes para especificar uno de los dos enantiómeros (la configuración absoluta) de una molécula quiral determinada: 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. El sistema R/S se asigna a una molécula con base en las reglas de prioridad asignadas por las reglas de prioridad de Cahn-Ingold-Prelog, en las que al grupo o átomo con el número atómico más grande se le asigna la prioridad más alta y al grupo o átomo con el número atómico más pequeño. número se le asigna la prioridad más baja.

El (+)- y el (-)- se utilizan para especificar la rotación óptica de una molécula, la dirección en la que la molécula rota la luz polarizada. Cuando una molécula se denota dextrorrotatoria, está girando el plano de la luz polarizada en el sentido de las agujas del reloj y también se puede denotar como (+). Cuando se denota como levorrotatorio, está girando el plano de la luz polarizada en sentido contrario a las agujas del reloj y también se puede denotar como (-).

Las palabras latinas para izquierda son laevus y sinister, y la palabra para derecha es diestro (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 L/D y S/R, y el empleo de los prefijos levo- y dextro- en los nombres comunes.

El prefijo ar-, del latín recto (derecha), se aplica a la versión diestra; es-, del latín sinister (izquierda), a la molécula levógira. Ejemplo: ketamina, arketamina, esketamina.

Centros de quiralidad

Proyección de Fischer de ácido meso-tartárico

El átomo asimétrico se denomina centro de quiralidad, un tipo de estereocentro. Un centro de quiralidad también se denomina centro quiral o centro asimétrico. Algunas fuentes utilizan los términos estereocentro, centro estereogénico, átomo estereogénico o estereógeno para referirse exclusivamente a un centro quiral. mientras que otros usan los términos de manera más amplia para referirse también a centros que dan como resultado diastereoisómeros (estereoisómeros que no son enantiómeros).

Los compuestos que contienen exactamente uno (o cualquier número impar) de átomos asimétricos 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 con simetría especular y se conocen como compuestos meso. Por ejemplo, el ácido meso tartárico (que se muestra a la derecha) tiene dos átomos de carbono asimétricos, pero no muestra enantiomería porque hay un plano de simetría especular. Por el contrario, existen formas de quiralidad que no requieren átomos asimétricos, como la quiralidad axial, plana y helicoidal.

Aunque una molécula quiral carece de simetrías de reflexión (C_s) y de rotoreflexión (S_2n), puede tener 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 tiene simetría C₂ (doble rotación). Un caso quiral común es el grupo puntual C₁, lo que significa que no hay simetrías, como es el caso del ácido láctico.

Ejemplos

Estructuras de las dos formas enantioméricas (S izquierda, R derecho) de mecoprop

Enantiómeros de citalopram. La parte superior es (R)-citalopram y el fondo es (S)-citalopram.

Un ejemplo de tal 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 de nacimiento. Un enantiómero provocaba los deseables efectos sedantes, mientras que el otro, inevitablemente presente en cantidades iguales, provocaba anomalías congénitas.

El herbicida mecoprop es una mezcla racémica, con el enantiómero (R)-(+) ("Mecoprop-P", "Duplosan KV") que posee la actividad herbicida.

Otro ejemplo son los medicamentos antidepresivos escitalopram y citalopram. 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 son típicamente la mitad de las de citalopram. Aquí, (S)-citalopram se llama un interruptor quiral de Citalopram.

Fármacos quirales

Los enantiómeros muestran distintos efectos biológicos.

Medicamentos enantiopuros

Los avances en los procesos químicos industriales han hecho que sea económico para los fabricantes farmacéuticos tomar medicamentos que originalmente se comercializaban como una mezcla racémica y comercializar los enantiómeros individuales. Esta estrategia de comercialización de un fármaco quiral específico a partir de un fármaco racémico ya aprobado y existente normalmente se realiza para una mejor eficacia terapéutica. Este tipo de cambio de un fármaco racémico a un fármaco enantiopuro se denomina cambio quiral y el proceso se denomina cambio quiral. En algunos casos, los enantiómeros tienen efectos genuinamente diferentes. Un caso interesante es el del Propoxifeno. El par enantiomérico de propoxifeno se vende por separado por Eli Lilly y compañía. Uno de los socios es el dextropropoxifeno, un agente analgésico (Darvon) y el otro se llama levopropoxifeno, un antitusivo eficaz (Novrad). Es interesante notar que los nombres comerciales de las drogas, DARVON y NOVRAD, también reflejan la relación química de imagen especular. En otros casos, puede que no haya beneficio clínico para el paciente. En algunas jurisdicciones, los medicamentos de un solo enantiómero son patentables por separado de la mezcla racémica. Es posible que solo uno de los enantiómeros sea activo. O bien, puede ser que ambos sean activos, en cuyo caso separar la mezcla no tiene beneficios objetivos, sino que amplía la patentabilidad del fármaco.

Preparados enantioselectivos

En ausencia de un entorno enantiomérico efectivo (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 se segregan físicamente y pueden separarse mecánicamente. Sin embargo, la mayoría de los racematos cristalizarán en cristales que contienen ambos enantiómeros en una proporción de 1:1, dispuestos en una red regular.

En su trabajo pionero, Louis Pasteur pudo aislar los isómeros del ácido tartárico porque cristalizan en solución como cristales, cada uno con una simetría diferente, y los separa con unas pinzas. Esto se conoce como resolución quiral y es una de las dos estrategias principales para la preparación de compuestos enantiopuros. Un método menos común es la autodesproporción de enantiómeros.

La segunda estrategia es la síntesis asimétrica: el uso de varias técnicas para preparar el compuesto deseado en alto exceso enantiomérico. Las técnicas abarcadas incluyen el uso de materiales de partida quirales (síntesis de grupos quirales), el uso de auxiliares quirales y catalizadores quirales, y la aplicación de 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. Al hacer uso de un catalizador quiral, ambos enantiómeros del reactivo dan como resultado un solo enantiómero de producto.

Es posible que los enantiómeros no se puedan aislar si existe una vía accesible para la racemización (interconversión entre enantiomorfos para producir una mezcla racémica) a una temperatura y escala de tiempo determinados. Por ejemplo, las aminas con tres sustituyentes distintos son quirales, pero con pocas excepciones (p. ej., N-cloroaziridinas sustituidas), experimentan rápidamente una "inversión paraguas" a temperatura ambiente, lo que lleva a la racemización. Si la racemización es lo suficientemente rápida, la molécula a menudo se puede tratar como una estructura promediada aquiral.

Violación de paridad

Para 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 "diferenciar la izquierda de la derecha"), en realidad hay una diferencia de minuto en energía entre enantiómeros (del orden de 10⁻¹² eV o 10⁻¹⁰ kJ/mol o menos) debido al débil mecanismo de corriente neutra. 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 medirla con la tecnología actual y, por lo tanto, es químicamente intrascendente. En el sentido utilizado por los físicos de partículas, el "verdadero" El enantiómero de una molécula, que tiene exactamente el mismo contenido de masa y energía que la molécula original, es una imagen especular que también está construida a partir de antimateria (antiprotones, antineutrones y positrones). A lo largo de este artículo, el "enantiómero" se usa solo en el sentido químico de compuestos de materia ordinaria que no son superponibles en su imagen especular.

Cuasi-enantiómeros

cuasi-enantiómeros son especies moleculares que no son estrictamente enantiómeros, pero se comportan como si lo fueran. En los cuasi-enantiómeros se refleja la mayoría de la molécula; sin embargo, un átomo o grupo dentro de la molécula se cambia a un átomo o grupo similar. Los cuasi-enantiómeros también se pueden definir como moléculas que tienen el potencial de convertirse en enantiómeros si se reemplaza un átomo o grupo en la molécula. Un ejemplo de cuasi-enantiómeros sería (S)-bromobutano y (R)-yodobutano. En condiciones normales, los enantiómeros para (S)-bromobutano y (R)-yodobutano serían (R)-bromobutano y (S )-yodobutano respectivamente. Los cuasi-enantiómeros también producirían cuasi-racematos, que son similares a los racematos normales (ver Mezcla racémica) en el sentido de que forman una mezcla igual de cuasi-enantiómeros.

Aunque no se consideran enantiómeros reales, la convención de nomenclatura para cuasi-enantiómeros también sigue la misma tendencia que los enantiómeros al observar (R) y (S) configuraciones, que se consideran desde una base geométrica (consulte las reglas de prioridad de Cahn-Ingold-Prelog).

cuasi-enantiómeros tienen aplicaciones en resolución cinética paralela.