Mistura racêmica: quiralidade, exemplos

A mistura racêmica é um termo utilizado na química para descrever uma mistura que contém uma proporção equimolar de dois enantiômeros, ou seja, moléculas quiralmente idênticas, mas que são imagens especulares não sobreponíveis uma da outra. Essa mistura é ópticamente inativa, pois os efeitos ópticos de cada enantiômero se cancelam mutuamente.

A quiralidade é uma propriedade fundamental das moléculas orgânicas, que se refere à sua capacidade de existir em diferentes formas espaciais, conhecidas como enantiômeros. Esses enantiômeros são muitas vezes responsáveis por diferenças significativas nas propriedades físicas e químicas das substâncias.

Alguns exemplos de misturas racêmicas incluem o ácido tartárico, o ibuprofeno e a efedrina. A separação de enantiômeros é uma técnica importante na indústria farmacêutica, pois muitas vezes um enantiômero pode ter atividade biológica significativamente diferente do outro.

Identificando a quiralidade de uma molécula através da análise de sua estrutura.

A quiralidade de uma molécula pode ser identificada através da análise de sua estrutura tridimensional. Uma molécula quiral é aquela que não pode ser sobreposta à sua imagem no espelho. Isso acontece quando a molécula possui um átomo de carbono assimétrico, também conhecido como carbono quiral. Esse átomo de carbono está ligado a quatro grupos diferentes, o que gera a assimetria da molécula.

Para identificar a quiralidade de uma molécula, é necessário analisar a disposição espacial dos átomos ao redor do carbono quiral. Se houver possibilidade de formar diferentes arranjos tridimensionais, a molécula será quiral. Um exemplo clássico é o ácido lático, que possui um carbono quiral e, portanto, duas formas enantioméricas.

Outro conceito importante é a mistura racêmica, que consiste em uma mistura equimolar de enantiômeros, ou seja, uma mistura 50% R e 50% S. Essa mistura é ópticamente inativa, pois os enantiômeros se cancelam mutuamente em relação à rotação da luz polarizada.

A mistura racêmica é uma mistura equimolar de enantiômeros que é ópticamente inativa. Esses conceitos são fundamentais para compreender a estereoquímica das moléculas e suas propriedades.

O que significa carbono quiral e dê um exemplo prático para melhor compreensão.

O carbono quiral é um carbono que possui quatro ligantes diferentes, o que faz com que ele seja assimétrico. Isso significa que ele não pode ser sobreposto em sua imagem especular. Em outras palavras, um carbono quiral é um centro estereogênico que confere quiralidade a uma molécula.

Um exemplo prático de um carbono quiral é o carbono presente no ácido lático. Nesse composto, o carbono central possui um grupo carboxila, um grupo metil, um hidrogênio e um grupo hidroxila ligados a ele, tornando-o assim um carbono quiral.

Quando uma molécula contém um carbono quiral, ela pode existir em duas formas espaciais diferentes, chamadas enantiômeros. Esses enantiômeros são imagens espelhadas um do outro e podem ter propriedades físicas e químicas diferentes. Misturas de enantiômeros em quantidades iguais são chamadas de misturas racêmicas.

Definição de isômero racêmico e sua importância na química orgânica.

Um isômero racêmico é uma mistura de dois isômeros ópticos, chamados enantiômeros, que são imagens espelhadas não sobreponíveis um do outro. Cada enantiômero é opticamente ativo, ou seja, é capaz de desviar o plano da luz polarizada em direções opostas. Quando esses enantiômeros estão presentes em quantidades iguais em uma mistura, formam o que é conhecido como um isômero racêmico.

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A importância do isômero racêmico na química orgânica está relacionada à quiralidade. Uma molécula quiral é aquela que não pode ser sobreposta à sua imagem espelhada. A presença de quiralidade em moléculas orgânicas é crucial, pois determina suas propriedades físicas e químicas. Por exemplo, enantiômeros de uma substância podem ter efeitos biológicos diferentes no organismo humano, mesmo que sejam compostos quimicamente idênticos.

Isso significa que a separação e identificação de isômeros racêmicos é de extrema importância, especialmente na indústria farmacêutica, onde a eficácia e segurança de um medicamento podem depender da pureza enantiomérica da substância. A descoberta de técnicas para separar e purificar enantiômeros tem sido um campo de pesquisa ativo na química orgânica.

Mistura racêmica: quiralidade, exemplos

Um exemplo comum de uma mistura racêmica é o ácido tartárico, um composto encontrado em frutas como uvas. O ácido tartárico possui dois carbonos quiral, o que significa que pode existir como uma mistura racêmica de seus enantiômeros. A separação desses enantiômeros é importante na indústria alimentícia e farmacêutica, pois cada forma enantiomérica pode ter propriedades diferentes.

Outro exemplo é a talidomida, um medicamento que foi comercializado na década de 1950 como um sedativo e antiemético. No entanto, a talidomida é um isômero racêmico e um dos enantiômeros causava graves malformações em fetos, levando à proibição de seu uso. Esse trágico episódio ressaltou a importância da quiralidade na química e na medicina.

Conheça os medicamentos com estereoisomeria que possuem atividade biológica diferenciada.

A estereoisomeria é um fenômeno comum em compostos químicos, onde moléculas com a mesma fórmula molecular podem possuir estruturas tridimensionais diferentes. Quando se trata de medicamentos, a estereoisomeria pode ter um papel crucial na atividade biológica do composto. Muitas vezes, os medicamentos são comercializados como misturas racêmicas, contendo ambos os isômeros enantioméricos em proporções iguais. No entanto, em alguns casos, um dos isômeros pode apresentar atividade biológica diferenciada, levando a efeitos terapêuticos distintos.

Um exemplo clássico é o caso do omeprazol, um medicamento utilizado no tratamento de úlceras gástricas e refluxo gastroesofágico. O omeprazol é uma mistura racêmica de dois isômeros, o S-omeprazol e o R-omeprazol. Estudos demonstraram que o S-omeprazol é responsável pela atividade terapêutica do medicamento, enquanto o R-omeprazol possui uma atividade biológica reduzida.

Outro exemplo é o caso do cetamina, um anestésico utilizado em procedimentos cirúrgicos. A cetamina é outra mistura racêmica, composta pelos isômeros S-cetamina e R-cetamina. Enquanto a S-cetamina é responsável pelo efeito anestésico do medicamento, a R-cetamina pode apresentar efeitos colaterais indesejados, como alucinações.

Compreender a atividade biológica diferenciada dos isômeros enantioméricos pode levar a tratamentos mais eficazes e com menos efeitos colaterais. Por isso, é fundamental que os profissionais de saúde estejam cientes dessa questão ao prescrever medicamentos para seus pacientes.

Mistura racêmica: quiralidade, exemplos

Uma mistura racêmica ou racemato é aquela composta por dois enantiômeros em partes iguais e, portanto, é opticamente inativa. Essa atividade óptica refere-se à capacidade de suas soluções de girar, no sentido horário ou anti-horário, um feixe de luz polarizado que viaja através deles em uma direção.

Um enantiômero tem a capacidade de girar a luz polarizada, digamos, para a esquerda (levógiro), de modo que sua solução pura seja opticamente ativa. No entanto, se o enantiômero que gira a luz para a direita (dextrógiro) começar a ser adicionado a ela, sua atividade óptica diminuirá até ser inativada.

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Cachos de uvas, que compartilham uma relação com misturas racêmicas além da etimologia. Fonte: Pexels

Quando isso acontece, diz-se que existem quantidades iguais dos enantiómeros levógiro e dextrógiro; Se uma molécula gira a luz polarizada para a esquerda, seu efeito será cancelado imediatamente quando “tropeçar” com outra molécula que a gire para a direita. E assim por diante. Portanto, teremos uma mistura racêmica.

O primeiro avistamento da enantiomería foi realizado pelo químico francês Louis Pasteur em 1848, que estudou uma mistura de cristais enantioméricos de ácido tartárico (na época chamado ácido racêmico). Quando esse ácido veio das uvas utilizadas na produção de vinho, essa mistura acabou sendo aplicada de maneira geral a todas as moléculas.

Sapatos e quiralidade

Primeiro, para que haja uma mistura racêmica, deve haver dois enantiômeros (geralmente), o que implica que ambas as moléculas são quirais e que suas imagens no espelho não são sobrepostas. Um par de sapatos ilustra isso perfeitamente: não importa o quanto você tente sobrepor o sapato esquerdo à direita, você nunca poderá encaixar.

O sapato direito, ou seja, desvia a luz polarizada para a esquerda; enquanto o sapato esquerdo faz para a direita. Em uma solução hipotética em que os sapatos são as moléculas, se houver apenas sapatos quirais corretos, isso será opticamente ativo. Do mesmo modo, acontecerá se restarem apenas sapatos em solução.

No entanto, se existem mil sapatos esquerdos misturados com mil sapatos direitos, existe uma mistura racêmica, que também é opticamente inativa, pois os desvios sofridos pela luz interna se anulam.

Se, em vez de sapatos, fossem bolas, objetos que são aquirais, seria impossível a existência de misturas racêmicas, pois elas nem seriam capazes de existir como pares de enantiômeros.

Exemplos

Ácido tartárico

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Enantiômeros de ácido tartárico. Fonte: Dschanz [Domínio público]

Retornando ao ácido tartárico, sua mistura racêmica foi a primeira a ser conhecida. A imagem acima mostra seus dois enantiômeros, cada um capaz de formar cristais com faces morfológicas de “esquerda” ou “direita”. Pasteur, com a ajuda de um microscópio e um esforço rigoroso, conseguiu separar esses cristais enantioméricos um do outro.

Os cristais dos enantiômeros L (+) e D (-) separadamente, exibem atividade óptica desviando a luz polarizada para a direita ou esquerda, respectivamente. Se ambos os cristais em proporções molares iguais se dissolverem na água, resultará em uma mistura racêmica opticamente inativa.

Observe que ambos os enantiômeros têm dois carbonos quirais (com quatro substituintes diferentes). No L (+), o OH está atrás do plano formado pelo esqueleto de carbono e pelos grupos COOH; enquanto no D (-) esses OH estão acima desse plano.

Aqueles que sintetizam ácido tartárico receberão uma mistura racêmica. Para separar o enantiômero L (+) do D (-), é necessária uma resolução quiral, na qual essa mistura é reagida com uma base quiral para produzir sais diastereoméricos, capazes de serem separados por cristalização fracionada.

Quinine

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Esqueleto estrutural da molécula de quinino. Fonte: Benjah-bmm27.

No exemplo anterior, para se referir a uma mistura racêmica de ácido tartárico é geralmente escrito como ácido (±) -tartárico. Assim, no caso do quinino (imagem superior) será (±) -quinina.

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O isomerismo do quinino é complexo: possui quatro carbonos quirais, originando dezesseis diastereômeros. Curiosamente, dois de seus enantiômeros (um com o OH acima do plano e o outro abaixo dele) são na verdade diastereômeros, pois diferem nas configurações de seus outros carbonos quirais (os da bicicleta com o átomo N).

No entanto, é difícil especificar quais estereoisômeros do quinino desviarão a luz polarizada para a direita ou esquerda.

Talidomida

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Enantiômeros de talidomida. Fonte: Vacinacionista [Domínio público]

Acima estão os enantiómeros da talidomida. Ele possui apenas um carbono quiral: o que está ligado ao nitrogênio que une os dois anéis (um da ftalimida e outro da gluteramida).

No enantiômero R (com propriedades sedativas), o anel ftalimida (o da esquerda) é orientado acima do plano; enquanto no enantiômero S (com propriedades mutagênicas), abaixo.

Não se sabe ao olho por cento qual dos dois desvia a luz para a esquerda ou direita. O que se sabe é que uma mistura de 1: 1 ou 50% de ambos os enantiômeros forma a mistura racêmica (±) -talidomida.

Se você deseja comercializar apenas a talidomida como sedativo hipnótico, é obrigatório submeter sua mistura racêmica à resolução quiral acima mencionada, para que o enantiômero R puro seja obtido.

1,2-Epoxipropano

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Enantiômeros de 1,2-epoxipropano. Fonte: Gabriel Bolívar

Na imagem acima, você tem o par de enantiômeros de 1,2-epoxipropano. O enantiômero R desvia a luz polarizada para a direita, enquanto o S desvia para a esquerda; isto é, o primeiro é (R) – (+) – 1,2-epoxipropano, e o segundo é (S) – (-) – 1,2-epoxipropano.

A mistura racêmica dos dois, novamente, na proporção de 1: 1 ou 50%, torna-se (±) -1,2-epoxipropano.

1-feniletilamina

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Enantiómeros de 1-feniletilamina. Fonte: Gabriel Bolívar

Acima está outra mistura racêmica formada pelos dois enantiômeros da 1-feniletilamina. O enantiómero R é (R) – (+) – 1-feniletilamina, e o enantiómero S é (S) – (-) – 1-feniletilamina; uma tem o grupo metilo, CH 3 , que aponta para fora do plano do anel aromático e o outro apontador abaixo deste.

Observe que quando a configuração é R, às vezes coincide com o fato de o enantiômero girar a luz polarizada para a direita; No entanto, nem sempre se aplica e não pode ser tomado como regra geral.

Comentário final

Mais importante que a existência ou não de misturas racêmicas é a sua resolução quiral. Isso se aplica especialmente a compostos com efeitos farmacológicos que dependem desse estereoisomerismo; isto é, um enantiômero pode ser benéfico para o paciente, enquanto o outro pode afetá-lo.

É por isso que essas resoluções quirais são usadas para separar misturas racêmicas em seus componentes e, assim, poder comercializá-las como drogas puras, livres de impurezas prejudiciais.

Referências

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  7. John C. Leffingwell. (2003). Quiralidade e Bioatividade I.: Farmacologia. [PDF]. Recuperado de: leffingwell.com

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