Cuantificar la Quiralidad

Lección 2. EL CONCEPTO ACTUAL DE QUIRALIDAD

José Ignacio López, PhD.

¿Se puede pesar la Quiralidad? (En sentido figurado ¡claro!)

La noción de quiralidad ha evolucionado desde el “ser o no ser” de la visión clásica hasta la idea, cada vez mas extendida aunque también controvertida, de la quiralidad como un parámetro medible cuantitativamente.

¿Puede algo ser más o menos quiral?

En química, donde la quiralidad está asociada a propiedades físicas observables a través del concepto de isomería óptica, se ha discutido con anterioridad el gran contraste existente entre la dicotomía de la definición clásica (ser o no ser quiral) y la naturaleza cuantitativa de los fenómenos físicos asociados a ella [1], refiriéndonos con esto a que dos isómeros ópticos o enantiómeros pueden presentar valores contrarios de una propiedad física asociada a la quiralidad en rangos muy amplios. Por ejemplo, el ángulo de rotación de la luz polarizada al pasar a través de una disolución de un enantiómero puro, depende entre otros factores de la estructura de la sustancia quiral (véase la nota 1), es decir, de la naturaleza de los isómeros ópticos de que se trate.

Parecería por lo tanto, o al menos así ha sido entendido por algunos autores, que en la naturaleza de cada sustancia quiral viene determinada su “cantidad” de quiralidad, la cual podría ser medida por un índice de quiralidad característico, que aplicado a cada uno de los isómeros de una pareja de enantiómeros, daría valores opuestos, pero en valor absoluto iguales, aunque diferente al que daría cualquier otra sustancia quiral.

Algunos valores de rotación de la luz polarizada para distintas disoluciones de isómeros ópticos enantiopuros de aminoácidos, medidos en las mismas condiciones, pueden verse en la Tabla 1. Así, el isómero l-arginina produce una rotación de +22.5º, medida en ácido clorhídrico 6 normal a una concentración de 8 gramos por decilitro y una temperatura de 20 ºC, mientras que el isómero l-lisina en las mismas condiciones da un ángulo de rotación de +21.1º y el isómero l-valina de +28.1º.

¿Quiere esto decir que la l-valina es más quiral, en las condiciones de la medida, que la l-arginina y esta que la l-lisina?

Tabla 1. Valores de rotación específica para diferentes aminoácidos medidos en las mismas condiciones.

Aminoácido Rotación Específica Concentración (g/dL) Disolvente

(l)-Arginina

Arginina. Aminoácido
Aminoácido Arginina
+22.5° 8 6N-HCl

(l)-Lisina

Aminoácido Lisina
Aminoácido Lisina
+21.1° 8 6N-HCl

(l)-Valina

(l)-Valina
Aminoácido Valina
+28.1° 8 6N-HCl

En resumen, la idea más importante que ha de permanecer hasta donde llevamos tratado es que la quiralidad, estrechamente relacionada con la isomería molecular, concretamente con la isomería óptica, es una condición que se puede medir y cuantificar a través de propiedades físicas. Además, ocurre que la magnitud que arroja la medida física asociada a la quiralidad depende de la naturaleza de la sustancia química. Por lo tanto, podría decirse que hay sustancias que muestran una mayor expresión de su condición de quiralidad, y otras que menos, o en definitiva, que hay sustancias químicas más quirales que otras.


Referencias

Nota 1: Las sustancias químicas quirales, cuando se encuentran en disolución en ausencia de su imagen especular, es decir, enantioméricamente puras, son capaces de rotar el plano de vibración de la luz polarizada en un cierto grado al hacer pasar un haz de esta a través de dicha disolución. Una pareja de enantiómeros (uno imagen especular del otro) producen el mismo valor absoluto de rotación pero en sentido opuesto. Cuando una pareja de enantiómeros se encuentran en disolución en igual proporción (es lo que se llama una mezcla racémica) la rotación que produciría uno de los enantiómeros anula la del otro y el valor medido experimentalmente para la rotación óptica es cero. Para mezclas de ambos enantiómeros en distinta proporción los valores medidos del ángulo de rotación son intermedios entre los de la mezcla racémica (cero) y los enantiómeros puros.

[1] Chirality and symmetry measures: A transdisciplinary review, Michel, P.; Entropy 2003, 5, 271-312.


Más información sobre química y quiralidad en la WEB QUIRAL y en el AULA DE LA WEB QUIRAL

Publicado por

José Ignacio López, PhD

Doctor en Química, especializado en Química Orgánica y Master en sistemas integrados de gestión industrial de la calidad, seguridad y medio ambiente, con más de 10 años de experiencia en el desarrollo y mejora de procesos químicos para la industria. Apasionado de la enseñanza y la práctica profesional de la química. Formado en docencia on-line, diseño y analítica web y gestión de comunidades virtuales.

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