Racemización en química orgánica: definición, mecanismo y ejemplo

Definición de racemización

Digamos que le dan dos bolsas de gominolas, una con rojas y otra con azules. Si tuviera que tomar ambas bolsas, verterlas en un tazón grande y luego mezclarlas, podría decir que tiene una mezcla de gomitas que contienen tanto rojas como azules.

Siempre que mezcle la misma cantidad de rojos con azules, sería preciso decir que tiene una mezcla 50:50 de gomitas. Esto es un poco como la racemización.

La racemización en la química orgánica ocurre cuando un compuesto sufre una reacción y la transformación produce una mezcla igual de ambos enantiómeros posibles, a veces llamada mezcla racémica. Cuando dos compuestos se clasifican como enantiómeros entre sí, significa que son imágenes especulares no superponibles. Por ejemplo, considere los dos enantiómeros de la anfetamina:

Enantiómeros de anfetamina. Son imágenes especulares no superponibles entre sí.

Observe cómo estos dos compuestos son imágenes especulares perfectas entre sí, pero si intentáramos superponerlos (apilarlos) uno encima del otro, no coincidirían debido a una diferencia en la orientación espacial de las dos moléculas. Cuando ocurre la racemización, siempre obtenemos una mezcla que contiene la mitad de un enantiómero y la mitad del otro.

Ejemplo de racemización

Resulta que los aminoácidos, o los componentes básicos de las proteínas, en realidad pueden sufrir una racemización si se exponen a condiciones básicas. La reacción cambia constantemente de un lado a otro, por lo que en un momento dado hay una mezcla 50:50 de ambos enantiómeros; en otras palabras, una mezcla racémica.

Los aminoácidos pueden sufrir racemización en condiciones básicas.

Tenga en cuenta que cuando cada enantiómero se convierte en el otro, ambos pasan por el mismo intermedio plano y plano. Esta es una parte importante de la racemización, como veremos en la siguiente sección cuando estudiemos el mecanismo.

Mecanismo de reacción de racemización

Veamos un mecanismo de reacción en el que se produce una mezcla racémica. En general, las reacciones de sustitución que involucran haluros de alquilo son grandes ejemplos de transformaciones que resultan en racemización. Considere un haluro de alquilo que contiene un átomo de bromo como halógeno.

En el primer paso de la reacción, el bromo se disocia del compuesto, formando lo que se llama un carbocatión intermedio (carbono con carga positiva). Cuando esto sucede, el átomo de carbono adquiere una forma trigonal plana y la palabra clave aquí es “plana” (plano). Cuando se forma este intermedio, la estereoquímica del material de partida se destruye porque ahora es una especie perfectamente plana.

Cuando el bromo se disocia del sustrato, la estereoquímica se destruye y se obtiene un resultado intermedio plano.

En el segundo paso de la reacción, una molécula de agua reacciona con el carbocatión intermedio para formar un nuevo enlace carbono-oxígeno. Este es el punto del proceso en el que se produce la racemización.

Dado que el carbocatión es un intermedio plano y plano, es estadísticamente y energéticamente factible que la molécula de agua se acerque por ambos lados. Dado que no existe un sesgo facial en cuanto a la dirección desde la que puede acercarse la molécula de agua, la mitad de las veces proviene de la cara superior y la mitad del tiempo proviene de la cara inferior.

Ambos enantiómeros se forman como resultado del agua que se acerca desde la cara superior o inferior del intermedio.

Esto es lo que nos da nuestra mezcla 50:50 de enantiómeros y nuestra mezcla racémica. El último paso en el mecanismo simplemente implica otra molécula de agua que actúa como base para extraer un átomo de hidrógeno del oxígeno cargado positivamente para finalmente dar un alcohol como producto final de la reacción.

Resumen de la lección

Tomemos un momento o dos para repasar lo que hemos aprendido en esta lección. La racemización es un proceso en química orgánica que ocurre cuando un compuesto sufre una reacción en la que la transformación produce una mezcla igual de ambos posibles enantiómeros. Cuando dos compuestos se clasifican como enantiómeros entre sí, significa que son imágenes especulares no superponibles.

Un ejemplo específico de racemización involucra a los aminoácidos expuestos a condiciones básicas. En cualquier punto y momento de la reacción, siempre hay una mezcla 50:50 de ambos enantiómeros (una mezcla racémica) debido a que los enantiómeros se interconvierten constantemente. Tenga en cuenta que cuando cada enantiómero se convierte en el otro, ambos pasan por el mismo intermedio plano y plano.

El mecanismo de un haluro de alquilo que sufre una reacción de sustitución con agua muestra cómo se produce la racemización en este contexto:

• Paso 1: el bromo se disocia del sustrato generando un carbocatión intermedio que es plano y plano.
• Paso 2: el agua reacciona con el carbocatión intermedio para formar un nuevo enlace carbono-oxígeno. El carbocatión es un intermedio plano, plano, por lo que es estadísticamente y energéticamente factible que la molécula de agua se acerque por ambos lados (esto produce una mezcla 50:50 de enantiómeros; es decir, racemización).
• Paso 3: Otra molécula de agua actúa como base para extraer un átomo de hidrógeno del oxígeno cargado positivamente, dando como resultado un alcohol como producto final.