Los enantiómeros ( griego antiguo ἐνάντιος "opuesto" + μέρος "medida, parte") son un par de estereoisómeros que son imágenes especulares entre sí, no compatibles en el espacio [1] . Las palmas derecha e izquierda pueden servir como una ilustración clásica de dos enantiómeros: tienen la misma estructura, pero diferente orientación espacial.
La existencia de formas enantioméricas está asociada con la presencia de quiralidad en una molécula , la propiedad de no coincidir en el espacio con su imagen especular.
En un medio aquiral (simétrico), los enantiómeros tienen las mismas propiedades químicas y físicas, excepto por la capacidad de rotar el plano de polarización de la luz polarizada plana en el mismo ángulo, pero en direcciones opuestas. Esta propiedad de los enantiómeros se llama actividad óptica (isomerismo óptico, y las sustancias mismas se llaman isómeros ópticos).
La mayoría de los compuestos naturales quirales ( aminoácidos , monosacáridos ) existen como un solo enantiómero. El concepto de enantiómeros juega un papel importante en los productos farmacéuticos , ya que diferentes enantiómeros de sustancias medicinales , por regla general, tienen diferentes actividades biológicas .
La propiedad de enantiomería la poseen los compuestos quirales , es decir, que contienen un elemento de quiralidad (átomo quiral, etc.). Sin embargo, hay moléculas (las llamadas mesoformas) que contienen varios elementos de quiralidad ubicados simétricamente, pero en general no son quirales. Un ejemplo es el ácido mesotartárico , que no tiene enantiómeros.
Un enantiómero recibe su nombre de la dirección en la que su solución rota el plano de polarización de la luz. Si la rotación ocurre en el sentido de las agujas del reloj, dicho enantiómero se llama (+) o dextrorrotatorio. Su antípoda óptica se llama (-), o zurda. Esta nomenclatura apareció antes de que se descubrieran los métodos para determinar la configuración absoluta de los enantiómeros. Es empírico y no está directamente relacionado con la disposición de los átomos en el espacio.
La nomenclatura R / S es la más utilizada en la actualidad porque permite caracterizar el enantiómero por su configuración absoluta . Esto fue posible gracias al descubrimiento del análisis de difracción de rayos X , que permite establecer la disposición espacial exacta de los átomos en una molécula.
Este tipo de nomenclatura se basa en asignar la designación R o S a un átomo de carbono quiral en función de la posición relativa de los cuatro sustituyentes asociados con él. Al mismo tiempo, para cada uno de los sustituyentes, la antigüedad se determina de acuerdo con las reglas de Kahn-Ingold-Prelog , luego la molécula se orienta de modo que el sustituyente menor se aleje del observador, y la dirección de antigüedad decreciente de se establecen los tres sustituyentes restantes. Si la antigüedad disminuye en el sentido de las agujas del reloj, entonces la configuración del átomo de carbono se denota por R ( inglés derecha - derecha). En el caso contrario, la configuración se designa S ( latín siniestro - izquierda) [2] [3] .
Si el compuesto contiene solo un centro quiral, su configuración se indica en el nombre como un prefijo. Si hay varios estereocentros en la conexión, se debe indicar la configuración de cada uno.
R / S - La nomenclatura no tiene conexión directa con (+ / -) - designaciones. Por ejemplo, el isómero R - puede ser dextrorrotatorio o levorrotatorio, según los sustituyentes específicos del átomo quiral.
E. Fisher introdujo la nomenclatura D/L para describir la configuración relativa de los monosacáridos. Se basa en la configuración del gliceraldehído, que existe en forma de dos enantiómeros, a partir de los cuales se pueden obtener derivados de monosacáridos ( tetrosas , pentosas, hexosas, etc.) mediante sucesivas reacciones de extensión de cadena de carbono. Dado que el estereocentro del gliceraldehído no se ve afectado durante la extensión de la cadena de carbono, todos los derivados del azúcar, según Fischer, reciben la misma designación de configuración relativa que el gliceraldehído original. Fischer asignó arbitrariamente las designaciones de los enantiómeros del gliceraldehído.
En la actualidad, los métodos modernos para establecer la estructura de los compuestos permiten caracterizar la configuración de los monosacáridos sin compararlos con el gliceraldehído. Sin embargo, la nomenclatura d/l se mantiene tradicionalmente en los nombres de azúcares y aminoácidos. Las designaciones d o l están asociadas con la ubicación del grupo funcional (hidroxilo para azúcares y amino para aminoácidos) del estereocentro inferior en la proyección de Fischer para un compuesto dado. Si el grupo funcional está ubicado a la izquierda del esqueleto de carbono, dicho enantiómero se denota con el símbolo l ( lat. lævus - "izquierda", isómero zurdo ), si está ubicado a la derecha, entonces esto es el enantiómero d ( lat. dexter - "derecho", isómero diestro) [4] [5] . Ejemplos de visualización de isómeros L y D en fórmulas químicas estructurales:
En biología, bioquímica y medicina, las designaciones D- y L- se usan tradicionalmente con más frecuencia debido al uso del latín histórico en su terminología.
Los enantiómeros son idénticos en propiedades físicas, por ejemplo, tienen el mismo punto de ebullición o fusión , índice de refracción , densidad , etc. [6] Solo se pueden distinguir cuando interactúan con un medio quiral, por ejemplo, por radiación de luz. Una onda de luz se puede representar como componentes polarizados circularmente a izquierda y derecha, que se propagan en el medio enantiomérico con diferentes velocidades de fase , debido a que el plano de polarización gira . En enantiómeros opuestos (antípodas ópticas), uno u otro componente polarizado circularmente tiene una velocidad más alta, por lo que la dirección de rotación del plano de polarización para los enantiómeros es opuesta [7] [8] .
Los enantiómeros se caracterizan por la cantidad de rotación específica, que se calcula como la cantidad de rotación dividida por la longitud del camino óptico y la concentración de la solución del enantiómero.
Los enantiómeros se comportan de manera similar en las reacciones químicas con reactivos aquirales en un entorno aquiral. Sin embargo, si el reactivo, el catalizador o el disolvente son quirales, la reactividad de los enantiómeros, por regla general, difiere [9] . Un ejemplo típico son los compuestos de fármacos que interactúan con los componentes quirales del cuerpo ( proteínas , enzimas , receptores ). Por lo general, solo un enantiómero de un fármaco está activo mientras que el otro enantiómero está inactivo.
Un racemato es una mezcla equimolar de enantiómeros. Dado que la rotación óptica es una cantidad aditiva , la rotación de un enantiómero se compensa con la rotación del segundo enantiómero, y la rotación total de la mezcla racémica es 0. Según la nomenclatura de la IUPAC, los racematos se indican con los prefijos (±) -, rac - (o racem -) o los símbolos RS y SR [10] .
Como resultado de la síntesis química , por regla general, se forman mezclas racémicas. Para obtener enantiómeros individuales o productos enantioméricamente enriquecidos, es necesario utilizar métodos de síntesis estereoselectiva o división de racematos .
La molécula del fármaco antiinflamatorio ibuprofeno tiene un estereocentro en la posición α del grupo carboxilo , por lo que existe como dos enantiómeros. El ibuprofeno producido comercialmente es una mezcla racémica . Se ha establecido que sólo un enantiómero, ( S )-(+)-ibuprofeno, tiene actividad biológica. Mientras que su antípoda óptica ( R )-(–)-ibuprofeno está inactiva en el cuerpo. A este respecto, se ha comercializado un fármaco similar, que es ( S )-(+)-ibuprofeno enantioméricamente puro, el llamado. dexibuprofeno. En el curso de investigaciones adicionales, se descubrió que una isomerasa está presente en el cuerpo humano , capaz de convertir el ( R )-(–)-ibuprofeno inactivo en ( S )-(+)-ibuprofeno activo [11] .
Otro ejemplo son los antidepresivos citalopram y escitalopram . Citalopram es una mezcla racémica de ( R )-citalopram y ( S )-citalopram. El escitalopram es el enantiómero individual ( S ). Se ha demostrado que el escitalopram es más eficaz en el tratamiento de la depresión que la misma dosis de citalopram [12] .
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