Mutarrotación en química: definición, mecanismo y ejemplos

Isómeros y rotación de luz

¿Alguna vez has pasado el tiempo con alguien lo suficiente como para empezar a adquirir algunos de sus hábitos y ellos a adquirir algunos de los tuyos? Eventualmente, ambos mutan en una combinación el uno del otro. Con el tiempo, ambos cambian, lo que también cambiará la naturaleza de la relación.

Las moléculas también experimentan cambios lentamente. Uno de estos cambios comunes es cuando una molécula cambia de un isómero a otro.

Por ejemplo, la molécula de azúcar D-glucosa tiene dos isómeros comunes en forma cíclica: alfa y beta. En el agua, la molécula puede abrirse en cadena lineal, y cuando reforma la forma cíclica, puede formar la forma alfa o beta, permitiendo así que la D-glucosa se intercambie entre las formas alfa y beta.

La glucosa alfa y beta son isómeros entre sí pero tienen rotaciones específicas diferentes

Ahora, recuerde que cada molécula (de hecho, cada isómero de una molécula) rotará la luz polarizada plana en un grado específico, y esto se llama rotación específica . Esto significa que la alfa-D-glucosa rotará la luz polarizada plana en una rotación diferente a la que la beta-D-glucosa la rotará. La rotación específica para la alfa-D-glucosa pura es de 112 °, mientras que la rotación específica para la beta-D-glucosa pura es de 18,7 °.

Mutarrotación

Bien, ahora que hemos revisado un poco de conocimiento previo, aprendamos sobre mutarrotación. La mutarrotación se refiere al cambio en la rotación específica a lo largo del tiempo debido a un cambio entre isómeros. ‘Muta’ significa ‘cambio’, por lo que literalmente significa un cambio de rotación.

La rotación específica de una molécula nunca cambia, pero la rotación específica de toda la solución puede cambiar. Esto se debe a que la molécula puede cambiar entre isómeros en algunos casos (como con la glucosa).

Veamos qué sucede cuando ponemos alfa-D-glucosa pura en agua y medimos la rotación específica a lo largo del tiempo. Al principio, comienza en 112 ° tal como era de esperar, pero poco a poco comienza a cambiar hasta llegar a 52,5 °.

Ahora, veamos qué sucede cuando ponemos beta-D-Glucosa pura en agua y medimos la rotación específica a lo largo del tiempo. Una vez más, comienza donde lo esperaríamos a 18,7 °, pero cambia lentamente hasta que también llega a 52,5 °.

La glucosa alfa y beta se pueden convertir entre sí porque está presente una forma de cadena lineal abierta que puede convertirse en glucosa alfa o beta

Este cambio de rotación dentro de toda la muestra es mutarrotación. Entonces, ¿qué está pasando exactamente aquí?

Bueno, sabemos que en el agua, la glucosa formará la cadena abierta y luego volverá a convertirse en cíclica, ya sea como alfa o beta. La rotación específica cambiará en función de las concentraciones de formas alfa y beta en la muestra.

De hecho, si tenemos un 50% de alfa y un 50% de beta en una muestra, la rotación específica simplemente será correcta entre los dos (65,4 °). Dado que la rotación específica en equilibrio es menor que 65,4, sabemos que hay más beta-D-glucosa en equilibrio que alfa-D-glucosa. Esto tiene sentido, ya que la forma beta (con el OH en la posición ecuatorial) es la forma más estable.

Otras mutaciones

Las mutarrotaciones más comunes son con moléculas de azúcar como fructosa, maltosa, ribosa y galactosa. Sin embargo, solo los azúcares reductores pueden sufrir mutarrotaciones, por lo que la sacarosa (que tal vez recuerde es azúcar de mesa) no puede sufrir mutaciones. Veamos otro ejemplo con fructosa.

La beta-D-fructosa tiene una rotación específica de -133,5 ° y la alfa-D-fructosa tiene una rotación específica de -86 °. En agua, finalmente alcanza un equilibrio de -92 °. Entonces, sabemos que terminamos con más alfa-D-fructosa en el equilibrio final.

Resumen de la lección

Cada molécula rota la luz polarizada plana en un grado específico. A esto se le llama rotación específica . Incluso diferentes isómeros de la misma molécula tendrán una rotación específica diferente. Dado que la concentración de isómeros en la solución está cambiando, la rotación específica de la solución está cambiando. Este cambio en la rotación específica se llama mutarrotación . Algunas moléculas, como las moléculas de azúcar glucosa y fructosa, cambiarán los isómeros en la solución.

Cuando los isómeros se mezclan, la rotación específica de toda la mezcla cambia según las concentraciones de cada isómero en la solución. Si la concentración es 50/50, la rotación específica alcanzará lentamente un punto de equilibrio, en este caso, justo entre los dos. Sin embargo, si hay más de, digamos, isómero ‘a’ que ‘b’, entonces la rotación específica final estará más cerca de la rotación específica original de a.