ISOMERIA OTTICA STEREOISOMERIA La stereochimica quella parte della

ISOMERIA OTTICA (STEREOISOMERIA)

La stereochimica è quella parte della chimica che studia i composti, detti ISOMERI OTTICI, che hanno la stessa struttura molecolare ma una diversa disposizione spaziale degli atomi costituenti. Nella stereoisomeria ottica le molecole si distinguono fra loro in analogia a come la mano sinistra differisce dalla destra. Esse non sono uguali ma speculari, ovvero l’una è l’immagine speculare dell’altra. Lo stesso vale per i piedi, le orecchie, una chiocciola…. Gli oggetti che hanno questa caratteristica si chiamano CHIRALI Questa particolarità è dovuta all’assenza di un piano di simmetria Sono ACHIRALI un chiodo, un cubo, una sfera

Per analogia, possiamo fare riferimento al criterio della sovrapponibilità per valutare se due molecole sono identiche (sovrapponibili) o se invece sono diverse (chirali). La causa più comune di chiralità nelle molecole è la presenza di un atomo di carbonio asimmetrico(C*), ossia un atomo di carbonio che lega quattro gruppi differenti. Quest’ultimo, caratterizzato da una geometria tetraedrica, è un centro chirale o centro di asimmetria. Non avendo un piano di simmetria queste molecole non possono dividersi in due parti uguali. Vediamo degli esempi

molecole chirali e achirali La molecola che vedete sotto (cloroformio) è achirale perché non ha un atomo di carbonio asimmetrico Le linee verticali sono quelle che si allontanano dall’osservatore, La linea piena si avvicina all’osservatore Facciamo altri esempi…. Un esempio di molecola che contiene un centro chirale è rappresentato dall’alanina, un amminoacido che entra nella costituzione delle proteine.

Si chiamano enantiomeri gli isomeri che sono l’uno l’immagine speculare dell’altro. (vedi modellino dell’acido lattico o gliceraldeide) Gli enantiomeri sono molto simili fra loro: possiedono Ø analoghe proprietà chimico-fisiche (per esempio, gli stessi punti di ebollizione e di fusione) Ø mostrano spesso, ma non sempre, lo stesso comportamento nelle reazioni a cui partecipano. Ø Presentano sicuramente una differenza fisica: se colpiti da luce polarizzata si comportano in modo diverso

Vediamo cosa è la luce polarizzata Si sa che la luce è anche un fenomeno ondulatorio. Un raggio di luce normale è costituito da onde che vibrano su tutti i piani, perpendicolari alla direzione di propagazione dell’onda. Nella luce polarizzata le onde vibrano su un solo piano. Lo strumento in grado di dare questo effetto sulla luce si chiama polarizzatore Anche gli occhiali polaroid hanno questa caratteristica perché contengono dei cristalli opportunamente orientati Domanda: cosa succede se in un polarimetro vuoto mettessimo due filtri polarizzatori incrociati?

Gli enantiomeri sono otticamente attivi cioè hanno il potere di ruotare il piano della luce polarizzata. Se la rotazione avviene verso destra (senso orario)la sostanza è destrogira D oppure (+) verso sinistra (senso antiorario)la sostanza è levogira L oppure (-) Il potere rotatorio di una sostanza dipende anche da altri fattori: la temperatura, la concentrazione della sostanza nella soluzione del tubo, la natura del solvente ecc… Vediamo l’esempio dell’acido lattico

Proprietà Acido (+)-lattico Acido (‒)-lattico Punto di fusione 53°C Punto di ebollizione 122 °C Acidità (p. Ka a 25°C) 3. 86 Densità (g/ml) 1. 2 Rotazione specifica [a]D 25 +3. 82 ‒ 3. 82 Mentre l'acido lattico destrogiro (+)rappresenta un elemento “normale” nel corpo umano (una delle sostanze fondamentali per la produzione di energia nei muscoli), l'acido lattico levogiro(L) si forma solo attraverso il metabolismo dei microorganismi. Oggi è scientificamente provato che il nostro corpo compie un enorme sforzo per assimilare l'acido lattico levogiro forse perché esso è un elemento estraneo all'organismo umano.

Anche gli amminoacidi hanno un atomo di carbonio asimmetrico, quindi possono esistere forme D ed L

Straordinariamente le proteine di piante e di animali – ossia di tutti i viventi – contengono esclusivamentente la forma sinistrorsa. A fare questa straordinaria scoperta fu Linus Pauling, intorno agli anni Cinquanta, grazie all’avvento di strumentazioni che utilizzano il metodo della diffrazione dei raggi X. Se i composti chimici negli organismi fossero ottenuti per mezzo di reazioni casuali ci si aspetterebbe di trovarne metà levogiri e metà destrogiri. Ciò però non avviene, e ad oggi nessuno è ancora riuscito a capire perché. Questa questione è uno dei misteri più grandi della chimica organica e della vita. Tanto importante che, per intenderci, chi la risolvesse meriterebbe certamente il Nobel. Le scienze (sett. 2014): All'universo piace la sinistra Anche nei meteoriti è stata rilevata una marcata prevalenza di amminoacidi levogiri rispetto a quelli destrogiri. Questa è quindi una caratteristica di tutto l’universo.

Dopo la morte dell’organismo, le molecole invertono la loro struttura fino a quando diventano un racemo. La misura dell’attività ottica di un reperto organico permette di risalire alla sua età, fino a 100. 000 anni. Esso viene quindi utilizzato in archeologia per la datazione dei siti archeologici. Definizione: Si chiama racemo una soluzione che contiene il 50% di uno e il 50% dell’altro enantiomero e non presenta attività ottica Venere di Brassempouy è un frammento di una statuetta in avorio Con un'età stimata di 25. 000 anni è la più antica rappresentazione realistica di un volto umano mai trovata

Due stereoisomeri possono avere anche diverse proprietà biologiche: per esempio l’enantiomero (+) del limonene è responsabile del profumo delle arance, mentre l’enantiomero (–) di quello dei limoni. Aspartame 160 più dolce dello zucchero. Il suo enantiomero è amaro

Tristemente celebre il caso della talidomide, un farmaco molto pubblicizzato e utilizzato come sonnifero per le donne in gravidanza negli anni Cinquanta e Sessanta in Germania, in cui erano presenti come miscela racemica due enantiomeri della stessa molecola. Solo uno dei due enantiomeri del principio attivo della talidomide aveva effetti sedativi, l’altro invece era molto tossico per il feto, tanto da provocare la nascita di bambini con malformazioni. Purtroppo solo dopo la nascita di numerosi bambini con malformazioni agli arti si capì che la causa era l’assunzione di talidomide da parte delle madri nel corso della gravidanza. Effetto sedativo Effetto teratogeno fine