Definição de Racemização
Digamos que você receba dois sacos de jujubas, um com jujubas e outro com jujubas. Se você pegasse os dois sacos, despejasse-os em uma tigela grande e depois os misturasse, poderia dizer que havia uma mistura de jujubas que contém as vermelhas e as azuis.
Contanto que você misture a mesma quantidade de vermelhos com azuis, você estaria certo ao dizer que tem uma mistura 50:50 de jujubas. Isso é um pouco como racemização.
A racemização em química orgânica ocorre quando um composto sofre uma reação e a transformação produz uma mistura igual dos dois enantiômeros possíveis, às vezes chamada de mistura racêmica. Quando dois compostos são classificados como enantiômeros um do outro, significa que eles não são imagens espelhadas sobrepostas. Por exemplo, considere os dois enantiômeros da anfetamina:
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Observe como esses dois compostos são imagens espelhadas perfeitas um do outro, mas se tentássemos sobrepor (empilhá-los) um sobre o outro, eles não combinariam devido a uma diferença na orientação espacial das duas moléculas. Quando ocorre a racemização, sempre obtemos uma mistura que contém metade de um enantiômero e metade do outro.
Exemplo de racemização
Acontece que os aminoácidos, ou os blocos de construção das proteínas, podem realmente sofrer racemização se forem expostos a condições básicas. A reação está constantemente oscilando para frente e para trás, então a qualquer momento há uma mistura 50:50 de ambos os enantiômeros; em outras palavras, uma mistura racêmica.
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Observe que quando cada enantiômero está se convertendo no outro, os dois passam pelo mesmo intermediário plano e plano. Esta é uma parte importante da racemização, como veremos na próxima seção, quando estudarmos o mecanismo.
Mecanismo de reação de racemização
Vejamos um mecanismo de reação em que uma mistura racêmica é produzida. Em geral, as reações de substituição envolvendo haletos de alquila são ótimos exemplos de transformações que resultam em racemização. Considere um haleto de alquila que contém um átomo de bromo como halogênio.
Na primeira etapa da reação, o bromo realmente se dissocia do composto, formando o que é chamado de intermediário de carbocátion (carbono com carga positiva). Quando isso acontece, o átomo de carbono torna-se trigonal planar em forma com a palavra-chave aqui sendo ‘planar’ (plano). Quando esse intermediário é formado, a estereoquímica do material inicial é destruída porque agora é uma espécie perfeitamente plana.
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Na segunda etapa da reação, uma molécula de água reage com o intermediário carbocátion para formar uma nova ligação carbono-oxigênio. Este é o ponto do processo em que ocorre a racemização.
Como o carbocátion é um intermediário plano e plano, é estatística e energeticamente viável para a molécula de água se aproximar de ambos os lados. Como não existe um viés facial de qual direção a molécula de água pode se aproximar, metade das vezes ela vem da face superior e a outra metade da face inferior.
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Isso é o que nos dá nossa mistura 50:50 de enantiômeros e nossa mistura racêmica. A última etapa do mecanismo envolve simplesmente outra molécula de água atuando como base para extrair um átomo de hidrogênio do oxigênio carregado positivamente para dar um álcool como produto final da reação.
Resumo da lição
Vamos reservar um ou dois minutos para revisar o que aprendemos nesta lição. A racemização é um processo da química orgânica que ocorre quando um composto passa por uma reação na qual a transformação produz uma mistura igual dos dois enantiômeros possíveis. Quando dois compostos são classificados como enantiômeros um do outro, significa que eles não são imagens espelhadas sobrepostas.
Um exemplo específico de racemização envolve aminoácidos expostos a condições básicas. Em qualquer ponto e tempo da reação, há sempre uma mistura 50:50 de ambos os enantiômeros (uma mistura racêmica) devido aos enantiômeros em constante interconversão. Observe que quando cada enantiômero está se convertendo no outro, os dois passam pelo mesmo intermediário plano e plano.
O mecanismo de um haleto de alquila que sofre uma reação de substituição com água mostra como a racemização ocorre dentro deste contexto:
- Etapa 1: o bromo se dissocia do substrato, gerando um carbocátion intermediário que é plano e plano.
- Etapa 2: a água reage com o carbocátio intermediário para formar uma nova ligação carbono-oxigênio. O carbocátion é um intermediário plano e plano, tornando-se estatisticamente e energeticamente viável para a molécula de água se aproximar de ambos os lados (isso produz uma mistura 50:50 de enantiômeros; isto é, racemização).
- Etapa 3: outra molécula de água atua como base para extrair um átomo de hidrogênio do oxigênio carregado positivamente, resultando em um álcool como produto final.