• Son un tipo de isómeros estereoisómeros.

• Tienen las mismas propiedades físicas (punto de fusión, ebullición, etc.) excepto:

  • La rotación del plano de la luz polarizada.

  • La interacción con otros sistemas quirales (como enzimas, receptores o fármacos).

Este tiene un carbono central unido a:

• OH

• COOH

• CH₃

• H

Esto crea dos enantiómeros:

• (R)-ácido láctico

• (S)-ácido láctico

Para saber identificar de forma sencilla tenemos que ver que:

En el centro hay un átomo de carbono que está unido a cuatro grupos diferentes:

• Un grupo hidroxilo (–OH)

• Un grupo carboxilo (–COOH)

• Un grupo metilo (–CH₃)

• Y un átomo de hidrógeno (–H)

Este carbono se llama carbono quiral, porque tiene cuatro sustituyentes distintos. Y eso es la condición clave para que existan enantiómeros.

¿Qué significa que tenga enantiómeros?

Significa que ese carbono puede tener dos formas espaciales diferentes:

• Una donde los grupos giran hacia un lado.

• Otra donde giran hacia el lado opuesto.

Como si fueran tus manos: tienen los mismos dedos, pero no se superponen aunque las pongas palma con palma.

Bruice aclara que los diastereómeros no se comportan igual en un medio quirógeno como lo hacen los enantiómeros, que siempre tienen una rotación óptica opuesta pero de igual magnitud. Los diastereómeros pueden incluso no ser ópticamente activos.

• Una molécula aquiral, en cambio, sí se superpone con su imagen en el espejo.

El bromoclorofluorometano es una molécula muy simple y perfecta para entender la quiralidad.

Esta molécula tiene un solo átomo de carbono central, al cual están unidos cuatro átomos distintos: un hidrógeno (H), un flúor (F), un cloro (Cl) y un bromo (Br). Esta disposición convierte al carbono en un carbono quiral, ya que está enlazado a cuatro sustituyentes diferentes, lo cual es la condición necesaria para que una molécula sea quiral.

Debido a esta estructura, el bromoclorofluorometano puede existir en dos formas diferentes llamadas enantiómeros. Estas formas tienen exactamente los mismos átomos, pero se diferencian en la forma en que están orientados en el espacio.

Según Wade los enantiómeros puros son ópticamente activos, pero una mezcla racémica es ópticamente inactiva porque las rotaciones opuestas de los dos isómeros se anulan. También menciona que estas mezclas son comunes como productos de reacciones no estereoselectivas, por ejemplo, en la síntesis de compuestos quirales a partir de precursores no quirales. En cambio,Bruice enfatiza que las mezclas racémicas pueden separarse en sus componentes ópticamente activos mediante un proceso llamado resolución. También se relaciona con la importancia biológica: solo uno de los enantiómeros puede tener actividad biológica deseada (por ejemplo, en fármacos), mientras que el otro puede ser inactivo o incluso tóxico.

Ejemplo:

racemato de ibuprofeno, donde solo el (S)-enantiomero es activo.

Métodos Químicos

 Formación de sales diastereoméricas

• Reacciona la mezcla racémica de un ácido o una base con un compuesto quiral (por ejemplo, una amina ópticamente activa).

• Se generan diastereoisómeros, que sí tienen propiedades físicas diferentes (solubilidad, punto de fusión).

• Estos pueden separarse por cristalización fraccionada.

• Luego, se recuperan los enantiómeros originales mediante reacciones inversas.

Métodos Físicos

a) Cromatografía en fase quiral

• Se utiliza una fase estacionaria quiral que interactúa de forma diferente con cada enantiómero.

• Los enantiómeros se separan debido a sus diferentes afinidades por la fase estacionaria.

b) Enzimas (resolución enzimática)

Se emplean enzimas quirales que reaccionan preferencialmente con un enantiómero.
Muy usadas en síntesis orgánica y biotecnología.

Con base a los libros sabemos que,una reacción es estereoselectiva cuando un reactivo puede formar varios productos estereoisómeros, pero uno se forma preferentemente, además de que, una reacción es estereoespecífica cuando diferentes estereoisómeros del reactivo producen diferentes estereoisómeros del producto.

Adición sin vs. anti en alquenos (Wade, cap.

Ejemplo:

El carbono central del ácido málico, que al sustituir un grupo H por otro grupo, se vuelve quiral.

Ajuste tipo "llave-cerradura": La forma tridimensional del ligando debe coincidir con la del sitio activo del receptor. Isómeros geométricos o estereoisómeros pueden tener diferente afinidad o actividad biológica.

El término “centro quiral” es clave en estereoquímica porque determina si una molécula puede presentar quiralidad. No todas las moléculas quirales tienen que tener un centro quiral, pero la mayoría de las más simples sí lo tienen. Identificar estos centros es el primer paso para predecir el comportamiento óptico y biológico de un compuesto.

Responde en los comentarios...

Principios del Doking Molecular

•   Estructura tridimensional de las moléculas

En ambos textos se enfatiza el modelo de enlace covalente, la hibridación, la estereoquímica y las interacciones no covalentes (puentes de hidrógeno, interacciones hidrofóbicas, etc.), todos clave para entender cómo se unen moléculas en docking.

• . Interacciones ligando-receptor

La comprensión de los grupos funcionales y su reactividad química, junto con la polaridad y la forma molecular, permite predecir cómo encajan las moléculas (como una “llave en una cerradura”).

• Energía de unión

El proceso de docking busca encontrar la conformación de mínima energía libre, considerando fuerzas como van der Waals, electrostáticas y entálpicas.

• Relación con la Farmacología

• Identificación de compuestos activos (lead compounds)

• Se pueden predecir las posibles interacciones entre millones de compuestos y un blanco farmacológico sin necesidad de ensayos experimentales iniciales.

• Diseño de medicamentos personalizados

• Permite adaptar tratamientos a proteínas específicas (por ejemplo, proteínas mutadas en pacientes con cáncer).

• Reducción de costos y tiempo en desarrollo farmacéutico

• Contribuye a predecir afinidades de unión, ayudando a priorizar compuestos para síntesis y pruebas.

El 2-butanol es un alcohol con cuatro átomos de carbono.

El segundo carbono (el que está unido al grupo –OH) está enlazado a:

• Un grupo metilo (–CH₃)

• Un grupo etilo (–CH₂CH₃)

• Un hidrógeno (–H)

• Un grupo hidroxilo (–OH)

  
  

Como todos estos grupos son diferentes, ese carbono es un centro quiral. Por eso, el 2-butanol existe en dos enantiómeros, que tienen la misma fórmula química pero diferente orientación espacial, y rotan la luz polarizada en direcciones opuestas.

Este tipo de análisis se puede aplicar a muchas moléculas orgánicas con carbonos tetraédricos: si los cuatro grupos que lo rodean son distintos, es un centro quiral.

Los tres elementos principales de simetría en química son:

1. Plano de simetría (σ): divide la molécula en dos mitades que son reflejo exacto una de la otra.

• Si una molécula tiene un plano de simetría, no puede ser quiral.

2. Centro de simetría (i): punto dentro de la molécula desde el cual cada parte tiene un equivalente simétrico opuesto.

• Común en moléculas aquirales con simetría total.

3. Eje de rotación impropia (Sn): combinación de rotación y reflexión.

• Si existe un eje Sn, la molécula es aquiral.

  
  

Estos elementos se utilizan como atajos para detectar simetría sin comparar imágenes especulares. Es una herramienta muy útil para predecir si una molécula tendrá actividad óptica o si puede formar enantiómeros.

El 1,2-dicloroeteno es una molécula con un doble enlace entre dos carbonos, y un átomo de cloro (Cl) y un hidrógeno (H) unidos a cada uno de esos carbonos.

Existen dos formas de esta molécula: cis y trans, que son isómeros geométricos.

Cis-1,2-dicloroeteno

En esta forma, los dos átomos de cloro están del mismo lado del doble enlace:

• Esta disposición no tiene un plano de simetría que divida la molécula en dos mitades equivalentes.

• Por tanto, en ciertas condiciones más complejas o con sustituyentes adicionales, podría llegar a comportarse como una molécula quiral.

Trans-1,2-dicloroeteno

En esta forma, los cloros están en lados opuestos del doble enlace:

Si trazamos una línea horizontal por el medio de la molécula, podemos ver que la parte superior es un reflejo exacto de la inferior.

• Esa línea imaginaria es un plano de simetría horizontal.

• Por tener ese plano de simetría, esta molécula no puede ser quiral. Es aquiral.

1. Tiene un plano de simetría horizontal que corta la molécula justo entre los dos carbonos del doble enlace, dividiéndola en una parte superior (Cl–H) y una parte inferior (H–Cl), que son reflejo exacto una de la otra.

2. Si colocas un punto justo en el centro del doble enlace, cualquier átomo tiene uno idéntico en dirección opuesta a través de ese punto.

3. Tiene un eje S₂ (rotación de 180° seguida de reflexión).
   Si rotas 180° alrededor del eje del doble enlace y reflejas, obtienes la misma disposición.

Resultado: el trans-isómero es aquiral gracias a su plano de simetría. No puede ser quiral ni ópticamente activo.

Ejercicio: ¿La molécula de 1,3-dibromociclopentano tiene elementos de simetría?

C₅H₈Br₂

Dibuja la estructura del 1,3-dibromociclopentano en forma trans. Luego, intenta ubicar:

• un plano de simetría (si existe)

• un eje de simetría (Sn)

• o un centro de simetría.

¿La molécula es quiral o aquiral? Justifica tu respuesta.

Una sustancia puede ser:

• Dextrógira (+): gira la luz hacia la derecha.

• Levógira (−): gira la luz hacia la izquierda.

La rotación se mide con un polarímetro y se expresa como [α], el poder rotatorio específico.

La actividad óptica es fundamental en control de calidad de medicamentos, alimentos y perfumes. También se usa para detectar pureza óptica en síntesis orgánica.

El 2-butanol es una molécula quiral que tiene dos enantiómeros.
Uno gira la luz polarizada hacia la derecha (+), el otro hacia la izquierda (−).
Esta propiedad, llamada actividad óptica, solo puede determinarse experimentalmente.

Como tiene un centro quiral, el 2-butanol existe en dos enantiómeros:

• Uno que rota el plano de la luz hacia la derecha → se llama (+)-2-butanol

• Otro que rota el plano hacia la izquierda → se llama (−)-2-butanol

• La dirección del giro se mide en un polarímetro, NO se deduce de la estructura.

Aunque la molécula se puede clasificar como R o S según su configuración, esto no indica si es dextrógira (+) o levógira (−).

Cuando disolvió cada tipo de cristal por separado, notó que uno desviaba la luz a la derecha y otro a la izquierda.

• Así demostró que las moléculas quirales existen en formas especulares que afectan la luz polarizada.

• Este descubrimiento fue la base de la estereoquímica moderna, y permitió entender el comportamiento de azúcares, proteínas, ADN y fármacos.

Este hallazgo es fundamental en medicina, porque hoy se sabe que la actividad biológica de muchos fármacos depende de su forma espacial. Dos enantiómeros pueden tener efectos completamente distintos: uno puede ser terapéutico y el otro inactivo o incluso tóxico, como ocurrió tristemente con la talidomida en los años 60.

Por eso, en la actualidad, la industria farmacéutica debe desarrollar, separar y probar cada enantiómero por separado, garantizando eficacia y seguridad. Sin el descubrimiento de Pasteur, no existirían ni los análisis de pureza óptica, ni las normas que exigen el uso de enantiómeros puros en medicamentos.

Se determinan con las reglas de Cahn-Ingold-Prelog, que consisten en:

1. Asignar prioridades según el número atómico.

2. Orientar el grupo de menor prioridad hacia atrás.

3. Observar el sentido de rotación:

   • Horario → R (rectus)

   • Antihorario → S (sinister)

Esta nomenclatura permite diseñar fármacos quirales, comprender síntesis asimétricas y distinguir enantiómeros en productos naturales.

La configuración absoluta nos dice cómo están organizados los grupos alrededor de un carbono quiral.
Se usa un sistema de prioridades basado en el número atómico. Si el giro es hacia la derecha, es R; si es hacia la izquierda, es S.

Ejemplo: Ácido tartárico

• Tiene dos centros quirales, pero uno es R y el otro S.

• Su imagen especular es idéntica a sí misma → es meso.

un compuesto con centros quirales no siempre es ópticamente activo.

Un compuesto meso tiene centros quirales, pero no es quiral.

Tiene simetría interna, como el ácido tartárico, donde un carbono es R y el otro S. Esa simetría hace que la molécula no desvíe la luz polarizada.

Importante en farmacología: una mezcla racémica puede tener un enantiómero activo y otro ineficaz o tóxico (ejemplo. talidomida).

Una mezcla racémica tiene 50% de cada enantiómero.
Como uno gira la luz a la derecha y el otro a la izquierda, el efecto óptico se cancela.
Aunque suene inofensivo, puede tener consecuencias importantes en medicina.

Esto se debe a que, aunque ambos enantiómeros tengan la misma fórmula química, su efecto en el cuerpo puede ser completamente diferente. Uno puede ser efectivo y curar, mientras que el otro puede no hacer nada o incluso causar daño.

Un ejemplo trágico fue la talidomida, que se vendió como racémico: un enantiómero ayudaba a calmar las náuseas en embarazadas, pero el otro causaba malformaciones congénitas.

Hoy en día, gracias a los avances en resolución enantiomérica y análisis estereoespecíficos, se puede aislar el enantiómero útil y vender solo el que es seguro y eficaz. Esto mejora la salud del paciente y reduce los efectos secundarios.

-Muchos compuestos naturales son quirales: aminoácidos, azúcares, alcaloides, etc.

-En la naturaleza, solo uno de los enantiómeros (una de las formas especulares) suele estar presente o ser biológicamente activo.
-Por ejemplo, el aminoácido L-alanina es el que se encuentra en las proteínas, mientras que su forma D no participa en estos procesos.
-Lo mismo ocurre con los azúcares: las células humanas reconocen solo D-glucosa como fuente de energía.

Las moléculas quirales no tienen plano de simetría interno y pueden existir en dos formas llamadas enantiómeros, que son imágenes especulares no superponibles entre sí. Estas formas tienen propiedades físicas idénticas (como punto de fusión o solubilidad), pero difieren en la rotación de la luz polarizada: una forma puede ser dextrógira (rota la luz hacia la derecha) y la otra levógira (hacia la izquierda).

La asignación de la configuración de un centro quiral se realiza usando las reglas de Cahn–Ingold–Prelog, clasificando los grupos unidos al carbono según prioridad. El resultado se expresa como R (rectus) o S (sinister), dependiendo del orden en el que se disponen los grupos al girar.
1. Aminoácidos y Proteínas
Los aminoácidos son los bloques constructores de las proteínas. Tienen un carbono central (α), unido a un grupo amino (-NH₂), un grupo carboxilo (-COOH), un hidrógeno y una cadena lateral (grupo R). Excepto la glicina, todos los aminoácidos son quirales.
Se unen mediante enlaces peptídicos para formar cadenas llamadas péptidos o proteínas.

Las proteínas tienen niveles estructurales:

Primaria: secuencia de aminoácidos.

Secundaria: patrones como hélice α y lámina β.

Terciaria: forma tridimensional completa de una cadena.

Cuaternaria: unión de varias cadenas polipeptídicas.
2. Carbohidratos
Son compuestos con fórmula general Cₙ(H₂O)ₙ. La glucosa es el ejemplo más representativo, una aldohexosa con varios carbonos quirales.
Pueden adoptar formas lineales o cíclicas (como furanosa o piranosa), siendo la forma cíclica la más estable en soluciones biológicas.

Los carbohidratos son esenciales como fuente de energía (glucosa) y como componentes estructurales (celulosa, quitina).

3. Ácidos Nucleicos (DNA y RNA)
Están formados por nucleótidos, que son unidades compuestas por:

-Una base nitrogenada (purinas: adenina, guanina; pirimidinas: citosina, timina, uracilo),

-Un azúcar de cinco carbonos (ribosa o desoxirribosa),

-Y un grupo fosfato.

En el ADN, las cadenas de nucleótidos forman una doble hélice, con las bases apareadas por puentes de hidrógeno: A-T y G-C. El ARN es generalmente monocatenario y contiene uracilo en lugar de timina.

4. Lípidos
Son moléculas no polares e hidrofóbicas. Los triglicéridos están compuestos por glicerol unido a tres ácidos grasos mediante enlaces éster.
Los lípidos forman estructuras como la bicapa lipídica en las membranas celulares, que actúa como barrera selectiva y contiene proteínas embebidas.

En química orgánica, la quiralidad no se limita exclusivamente a átomos de carbono. Otros átomos como nitrógeno (N), azufre (S) y fósforo (P) también pueden actuar como centros quirales si están unidos a grupos diferentes y tienen una geometría no plana que impide la superposición con su imagen especular.

1.Nitrógeno quiral

El nitrógeno puede ser quiral cuando está unido a tres grupos diferentes y tiene un par de electrones libres. Esto se da en aminas trigonales piramidales (aminas terciarias). En teoría, este nitrógeno puede ser quiral, pero la inversión rápida de la pirámide (similar a un paraguas volteado) hace que los enantiómeros se interconviertan rápidamente, impidiendo su aislamiento.

Ejemplo típico:
Aminas terciarias con tres sustituyentes diferentes: R¹-N(R²)(R³)

Importante: En condiciones normales, las aminas no son ópticamente activas, porque la barrera de inversión es muy baja (~25 kJ/mol).

Excepción: Cuando el nitrógeno está en un sistema rígido (por ejemplo, en anillos como aziridinas trisustituidas), sí puede mantenerse quiral, ya que la inversión está restringida.

2. Azufre quiral

El azufre puede ser quiral en compuestos como:

• Sulfóxidos (R–S(=O)–R')

• Sulfóxidos asimétricos con R ≠ R' tienen un átomo de azufre tetravalente con geometría piramidal.

A diferencia del nitrógeno, los sulfóxidos quirales son estables y sus enantiómeros pueden aislarse, porque el azufre no presenta inversión rápida de configuración.

Ejemplo:El medicamento omeprazol (inhibidor de la bomba de protones) tiene un centro quiral en el azufre de su grupo sulfóxido.

Importancia biológica: Muchos sulfóxidos quirales tienen actividad farmacológica dependiente de la configuración R/S.

3. Fósforo quiral

El fósforo en compuestos como fosfinas (R₁R₂R₃P) o fosfina oxidas (R₃P=O) puede ser quiral cuando está unido a tres grupos diferentes.

A diferencia del nitrógeno, el fósforo no sufre inversión rápida de su geometría piramidal, por lo que los compuestos con fósforo quiral son ópticamente activos y estables.

Ejemplo: Las fosfinas quirales se usan ampliamente como ligandos en catálisis asimétrica, como en la síntesis de medicamentos quirales.