Quiralidad y la percepción del olor

José Ignacio López, PhD.

La enantioisomería es una clase muy especial de isomería molecular, también denominada isomería óptica (para ver más sobre este tema ir al aula de la web quiral). Los isómeros ópticos o enantiómeros pueden presentar, y de hecho así ocurre en muchas ocasiones, diferentes propiedades organolépticas (sabor y olor).

Es un hecho conocido desde el comienzo del siglo 20 por los químicos en la industria de perfumería y sabores que ciertos productos químicos quirales, como por ejemplo mentol y carvona, poseen diferentes propiedades organolépticas en función del isómero óptico de que se trate. Es decir, cada enantiómero, R o S, tiene sabor y/o olor diferente. Esto se debe a que los receptores olfativos, al igual que cualquier otro sistema molecular complejo de origen biológico, están formados por moléculas de una quiralidad concreta, homoquirales, y por ello son capaces de interactuar selectivamente y así reconocer cada uno de los isómeros ópticos.

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Hasta donde hemos podido averiguar, el primer trabajo riguroso sobre la relación que existe entre isomería óptica y propiedades organolépticas se debió a Julius von Braun [1], quien llevó a cabo la síntesis y evaluación del olor y sabor de diferentes isómeros de 3,5-dimetilciclohexanona, incluyendo en este estudio a parejas de enantiómeros y también de algunos isómeros de 3,5-dimetil-ciclohexanoles.

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Adicionalmente, en la década de 1960 un gran número de procesos químicos estaban siendo desarrollados para la síntesis de una sustancia de gran demanda industrial, el isómero levo del mentol o (-)-mentol, a partir de otros terpenoides que también presentaban isomería óptica. También los isómeros (-)- carvona y (+)-carvona se estaban fabricando a partir de estos otros isómeros, el (+)- y (-)-limoneno, respectivamente.

En algunos de estos procesos en desarrollo se obtenían mezclas de isómeros ópticos, lo cual permitió ir poco a poco dilucidando el hecho de que una pareja de enantiómeros podía diferir considerablemente en sus propiedades organolépticas. Es decir, la isomería óptica se vió que estaba estrechamente relacionada con el olor y sabor que presentaban las sustancias químicas.

Sin embargo, la relación existente entre isomería óptica y propiedades organolépticas no fue aceptada y comprendida de forma general hasta mediados de los años 70 y principios de los 80, en parte debido a la teoría errónea de la olfacción propuesta por Wright.

Por otro lado, ha de tenerse en cuenta que antes del surgimiento de la cromatografía de gases quiral y otras técnicas de análisis y purificación capaces de resolver mezclas de isómeros ópticos, la pureza de los enantiómeros utilizados para las evaluaciones de olor no estuvo clara. Cabe destacar además que se precisa un muy alto exceso enantiomérico, es decir una muy alta pureza del isómero que se está evaluando, para la inequívoca asignación de sus propiedades organoléptica.

Para ampliar la información sobre este tema pueden revisarse los trabajos de Boelens [2, 3], Pickenhagen Ohloff [4], Philip Kraft de Givaudan y colaboradores [5-12]. También se recomienda la lectura del trabajo de Elisabetta Brenna y colaboradores “Percepción enantioselectiva de odorantes quirales” [13].

Referencias

[1] Geruch und molekulare Asymmetrie, IV Mitteilung: Die drei 1,3-dimetilciclohexanona-5 und die vier 1,3-dimetil-cyclohexanole-5, Berichte Chemischen der deutschen Gesellschaft (A y Serie B), Volumen 60, número 11, Fecha: 7. Dezember 1927, Páginas: 2438-2446.

[2] Mans H. Boelens, Harrie Boelens & Leo J. van Gemert, Perfumer & Flavorist, Vol. 18, No. 6, 1-15, (1993)

[3] G. Ohloff, Scent and Fragrances, Springer-Verlag (1994)

[4] W. Pickenhagen, Enantioselectivity in Odor Perception, in Flavor Chemistry – Trends & Developments, ACS Symposium Series, Eds. R. Teranishi, R.G. Buttery & F. Shahidi, American Chemical Society, Washington (1989), pp. 151-157.

[5] Philip Kraft and Riccardo Cadalbert, Constructing Conformationally Constrained Macrobicyclic Musks, Chem. Eur. J., 7, No. 15, 3254 – 3262 (2001)

[6] Philip Kraft, Caroline Denis, and Walter Eichenberger, 5,6,7-Trimethylocta-2,5-dien-4-one 2 A Suspected Odorant with Surprising Olfactory Properties, Eur. J. Org. Chem., 2363-2369 (2001)

[7] Roman Kaiser & Philip Kraft, Neue und ungewöhnliche Naturstoffe faszinierender Blütendüfte, Chemie in unserer Zeit, 35, No. 1, 8-23 (2001)

[8] Markus Gautschi, Jerzy A. Bajgrowicz, and Philip Kraft, Fragrance Chemistry – Milestones and Perspectives, Chimia 55, 379–387 (2001)

[9] George Frater, Jerzy A. Bajgrowicz, and Philip Kraft, Fragrance Chemistry, Tetrahedron, 54, 7633-7703 (1998)

[10] Philip Kraft, Jerzy A. Bajgrowicz, Caroline Denis and George Frater, Odds and Trends: Recent Developments in the Chemistry of Odorants, Angew. Chem. Int. Ed., 39, 2980-3010 (2000)

[11] Philip Kraft and George Frater, Enantioselectivity of the Musk Odor Sensation, Chirality, 13, 388–394 (2001)

[12] Georg Frater, Urs Muller, and Philip Kraft, Preparation and Olfactory Characterization of the Enantiomerically Pure Isomers of the Perfumery Synthetic Galaxolide, Helvetica Chimica Acta, Vol. 82, 1656-1665 (1999)

[13] Tetrahedron: Asymmetry, 14 (1), 1-42, 2003.


Información adicional

http://www.leffingwell.com/chirality/chirality.htm

Más información sobre química y quiralidad en la WEB QUIRAL

Más información sobre la importancia de la quiralidad para la industria de perfumería y sabores en la Sección de Industria y Quiralidad 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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