Mestura racémica

En química, unha mestura racémica, ou racemato é unha mestura que ten igual cantidade dos isómeros D e L (enantiómeros) dunha determinada substancia quiral. A primeira mestura racémica que se coñeceu foi o "ácido racémico", que, como Louis Pasteur descubriu, era unha mestura dos dous enantiómeros do ácido tartárico.
A racemización é a conversión dunha solución enantiomericamente pura (cun só enantiómero) nunha mestura na que están presentes os dous enantiómeros. Se a racemización dá lugar a unha mestura na que os enantiómero están presentes na mesma cantidade, orixínase unha mestura racémica ou racemato. Nomenclatura
Unha mestura racémica denótase cos prefixos (±)- ou dl- (para os azucres pode usarse o prefixo DL, que indica que na mestura hai unha cantidade igual (1: 1) de isómeros dextro e levo. Tamén se usan os prefixos rac- (ou racem-) ou os símbolos RS e SR (en cursiva).
Se a proporción non é 1: 1 (ou non se coñece), úsase o prefixo (+)/(−), D/L- ou d/l- (con trazo -). O uso de d e l (minúsculas) é desaconsellado pola IUPAC. Propiedades
Un racemato é opticamente inactivo, o que significa que o plano da luz polarizada que o atravese non sufrirá desviación. Aínda que os dous enantiómeros fan rotar o plano da luz polarizada, fano en direccións opostas e como ambos os dous están na mesma cantidade as rotacións anúlanse.
A diferenza dos dous enantiómero puros, que teñen propiedades físicas idénticas excepto na dirección de rotación do plano da luz polarizada, un racemato ás veces ten propiedades diferentes ás de calquera dos dous enantiómeros puros. O máis común é que teña distintos puntos de fusión, pero tamén pode ter distintas solubilidades e puntos de ebulición.
Moitos fármacos poden estar dispoñibles como racemato ou como eneatiómeros puros, os cales teñen diferentes potencias. Importancia biolóxica
En xeral, só unha das formas dunha molécula quiral participa nas reaccións bioquímicas, e a outra non pode participar ou causa efectos secundarios. Por exemplo, as formas L dos aminoácidos e as D dos azucres son as normalmente reactivas bioloxicamente. Ademais, moitas drogas pscotrópicas mostran diferente actividade e eficacia entre isómeros, por exemplo, a anfetamina ou a metadona (na cal un isómero ten actividade de agonista opioide e o outro de antagonista de NMDA). A racemización de fármacos pode ocorrer in vivo o que cambia as súas propiedades e mesmo pode facelos daniños (véxase máis abaixo o caso da talidomida). Cristalización
Un racemato pode cristalizar de catro maneiras, tres das cales xa foran determinadas por H. W. B. Roozeboom en 1899: Conglomerado (ás veces chamado simplemente mestura racémica ou conglomerado racémico)
É unha mestura mecánica de cristais enantomericamente puros dun enantiómero e o seu oposto. As moléculas na estrutura cristalina teñen unha maior afinidade polo mesmo enantiómero ca polo enantiómero oposto. O punto de fusión do conglomerado racémico é sempre menor ca o do enantiómero puro. A adición dunha pequena cantidade dun dos enantiómeros ao conglomerado incrementa o punto de fusión.
Composto racémico (ás veces chamado racemato verdadeiro)
As moléculas teñen unha maior afinidade polo enantiómero oposto ca polo mesmo enantiómero; a substancia forma unha soa fase cristalina na cal os dous enantiómeros están presentes nunha proporción 1: 1 ordenada na célula elemental. A adición dunha pequena cantidade dun dos enantiómeros ao composto racémico fai diminuír o punto de fusión. Pero o enantiómero puro pode ter un maior ou menor punto de fusión ca o composto racémico.
Pseudorracemato (ás veces chamado solución sólida racémica)
A diferenza do composto racémico ou do conglomerado, non hai grandes diferenzas de afinidade entre os dous enantiómeros. En conxunto, ambos os enantiómeros aparecen en iguais proporcións no cristal, pero coexisten de modo desordenado na rede cristalina. A adición de pequenas cantidades dun enantiómero cambia o punto de fusión só un pouco ou nada en absoluto.
Cuasirracemato
Un cuasirracemato é unha mestura de dous compostos similares pero distintos, un dos cales é levoxiro e o outro dextroxiro. Aínda que son quimicamente diferentes, son estericamente similares (isostéricos) e poden formar unha fase cristalina racémica. Un dos primeiros racemato deste tipo que foi estudado, por Pasteur en 1853, fórmase a partir dunha mestura 1: 2 do sal bis amonio do (+)-ácido tartárico e o sal bis amonio do (−)-ácido málico en auga. Volveu ser investigado en 2008, e os cristais formados teñen forma de pesa coa parte central de (+)-bitartrato amónico, e as partes externas formadas por unha mestura cuasirracémica de (+)-bitartrato amónico e (−)-bimalato amónico. Regra de Wallach
A regra de Wallach (proposta por Otto Wallach) di que os cristais racémicos tenden a ser máis densos cós dos seus compostos quirais. esta regra foi xustificada por análises de bases de datos cristalográficas. Resolución
A separación dun racemato nos seus compoñentes, os enantiómeros puros, denomínase resolución quiral. Hai varios métodos, como a cristalización, cromatografía, e o uso de encimas. A primeira resolución con éxito dun racemato realizouna Louis Pasteur, que separou manualmente os cristais dun conglomerado. Síntese
Sen unha influencia quiral (por exemplo un catalizador, solvente ou material de arranque), unha reacción química que orixine un produto quiral sempre dará lugar a un racemato. Iso pode facer que a síntese dun racemato sexa máis barata e doada ca a do enantiómero puro, porque non require condicións especiais. Este feito fai que nos formulemos a pregunta de como evolucionou a homoquiralidade biolóxica na que presumiblemente era unha Terra primordial racémica.
Os reactivos e reaccións que producen mesturas racémicas denomínanse "non estereospecíficos" ou "non estereoselectivos, " porque non favorecen ningún esteroeisomerismo determinado. Fármacos racémicos
Algúns fármacos son quirais, e os dous enantiómeros teñen diferentes efectos biolóxicos. Poden comercializarse en forma dun dos enantiómeros ou como mestura racémica. Exemplos son: talidomida, ibuprofeno, e salbutamol. O Adderall é unha mestura de varios enantiómeros de anfetaminas. Unha soa dose de anfetamina combina os sales sulfato neutros da dextroanfetamina e anfetamina, co isómero dextro da anfetamina sacarato e D/L-anfetamina aspartato monohidrato. O analxésico tramadol é tamén un racemato.
Nalgúns casos (por exemplo, ibuprofeno e talidomida), os enantiómeros interconvértense ou racemízanse en vivo. Isto significa que preparar un enantiómero puro para a medicación non ten sentido. Porén, ás veces prodúcense mostras que conteñen enantiómeros puros que se venden a alto prezo para casos onde o uso require un isómero específico (por exemplo, para un reactivo estereoespecífico); compárense o omeprazole e o esomeprazole.
Aínda que, como acabamos de dicir, hai casos en que só un dos enantiómero é activo como fármaco, noutros casos como o salbutamol ou a talidomida, o outro enantiómero pode ser daniño. O enantiómero R da talidomida é efectivo contra as náuseas, pero o enantiómero S é teratoxénico, e causa malformacións de nacemento. Como esta droga racemiza, non pode ser considerada segura para o seu uso en mulleres en idade fértil, e o seu uso está estritamente controlado para o tratamento doutras doenzas.
A metanfetamina está ou estivo dispoñible para prescrición nalgúns países co nome comercial Desoxyn. O seu compoñente activo é a dextrometanfetamina hidrocloruro, que é o isómero dextro da metanfetamina. O isómero levo ou levometanfetamina, é unha droga que nalgúns países se vende sen receita, que actúa de modo menos centralizado e máis periférico e utilízase como desconxestionante nasal. Formación de mesturas racémicas
A forma máis trivial de obter mesturas racémicas é mesturar iguais cantidades dos dous enantiómeros puros. A racemización pode tamén ocorrer por interconversión química. Por exemplo, cando a (R)-3-fenil-2-butanona se disolve en etanol acuoso que contén NaOH ou HCl, fórmase un racemato. A racemización ocorre por medio dunha forma intermediaria enol na cal os estereocentros anteriores fanse planares e, por tanto, deixan de ser quirais. Un grupo químico pode aproximarse desde cada lado do plano, polo que hai unha probabilidade igual de que a protonación de novo á forma cetona quiral produza unha forma R ou S, orixinando o racemato.
As reaccións de substitución que proceden por medio dun intermediato carbocatión libre (como as reaccións de substitución unimolecular) dan lugar a unha adición non estereospecífica de substituíntes que produce racemización. As reaccións de eliminación unimolecular tamén proceden por medio dun carbocatión, pero non orixinan un centro quiral, senón que producen un conxunto de isómeros xeométricos nos cales aparecen formas trans/cis ou E/Z. Nunha reacción de substitución electrofílica alifática unimolecular, se o carbanión é planar ou se non pode manter unha estrutura piramidal, entón debería de producirse normalmente racemización, pero non sempre. Nunha reacción de substitución de radical libre, se a formación do radical libre ten lugar nun carbono quiral, a racemización case sempre ten lugar.
O grao de racemización (de formas L a unha mestura de formas L e D) foi utilizado como un modo de datar mostras biolóxicas en tecidos con taxas de recambio lentas, mostras forenses, e fósiles de depósitos xeolóxicos. Esta técnica denomínase datación por aminoácidos.