Diastereómeros: definición, diferencias con enantiómeros y epímeros
Diastereómeros: definición y diferencias con enantiómeros y epímeros. Explica propiedades, ejemplos y formación en centros quirales de forma clara y práctica.
Los diastereómeros (también llamados diastereoisómeros) son estereoisómeros que no son enantiómeros. Son moléculas que tienen los mismos átomos y enlaces pero diferente estereoquímica en al menos uno, pero no en todos, de sus centros quirales. A diferencia de los enantiómeros, que tienen propiedades físicas y químicas idénticas en un entorno no quiral, los diastereómeros pueden presentar propiedades muy diferentes —por ejemplo, distintos puntos de fusión, solubilidades, constantes de disociación o señales espectroscópicas— aunque su fórmula y conectividad sean las mismas. Esta diferencia hace que la identificación y separación de diastereómeros sea a menudo más sencilla que la de enantiómeros.
Diferencias con los enantiómeros
Con un solo centro quiral, se forman dos enantiómeros: imágenes especulares no superponibles. Con dos centros quirales, en principio se pueden formar 4 isómeros diferentes (regla 2^n, ver más abajo). Si se invierten todos los centros quirales simultáneamente, se obtienen pares de enantiómeros. Si sólo se invierte uno de los centros, los isómeros resultantes son diastereómeros. Por tanto:
- Enantiómeros: imágenes especulares no superponibles; idénticos en propiedades físicas en entornos acrales (salvo interacción con sustancias quirales).
- Diastereómeros: no son imágenes especulares; tienen propiedades físicas y químicas diferentes incluso en entornos acrales.
Epímeros: un caso particular de diastereómeros
Los diastereoisómeros que difieren únicamente en la configuración de un solo centro quiral se llaman epímeros. Son muy comunes en química de carbohidratos y esteroides. Por ejemplo, la D-treosa y la D-eritrosa (véase la imagen) son diastereómeros porque sólo difieren en uno de los dos centros quirales; por ello también pueden llamarse epímeros.
Cálculo del número de estereoisómeros y la excepción meso
Una regla general es que una molécula con n centros quirales puede tener hasta 2^n estereoisómeros. Sin embargo, hay excepciones:
- Si la molécula posee un plano de simetría interna u otro elemento de simetría que convierta algunos de esos estereoisómeros en la misma molécula, entonces existen compuestos meso (achirales) y el número total de isómeros disminuye. Un ejemplo clásico es el ácido tartárico: tiene dos centros quirales pero tres estereoisómeros en total (dos enantiómeros y un meso).
Cómo se identifican y diferencian
Algunas técnicas y criterios útiles para distinguir diastereómeros son:
- Análisis espectroscópico: NMR, IR y masas muestran frecuentemente diferencias claras entre diastereómeros.
- Polarimetría: las rotaciones ópticas pueden ser distintas, a diferencia de enantiómeros que tienen rotaciones iguales y opuestas.
- Cromatografía: cromatografía normal o fase reversa y cromatografía en fase chiral; los diastereómeros suelen separarse con técnicas estándar más fácilmente que los enantiómeros.
- Formación de sales diastereoméricas: para bases aminas, la formación de sales con un ácido ópticamente activo permite separar diastereómeros por cristalización.
- Proyecciones y reglas de configuración: análisis con proyecciones de Fischer, Newman o el uso de las reglas CIP (R/S) para comparar configuraciones en cada centro quiral.
Reacciones que afectan la configuración: epimerización y racemización
En química orgánica existen procesos que pueden interconvertir estereoisómeros. La epimerización es la conversión de un epímero en su isómero en uno (o más) centros quirales, y puede ocurrir bajo condiciones ácidas, básicas o catalíticas. La racemización convierte un enantiómero en una mezcla racémica. Estas transformaciones son importantes en síntesis y en estabilidad de fármacos, porque cambian la actividad biológica y las propiedades fisicoquímicas.
Relevancia biológica y aplicaciones
En biología y farmacología, la estereoquímica es crucial: enzimas y receptores son quirales y suelen distinguir entre enantiómeros y diastereómeros. Dos diastereómeros de un fármaco pueden mostrar actividades terapéuticas muy diferentes o distintos perfiles de efectos secundarios. Por eso, en el desarrollo farmacéutico se controla y valida la configuración estereoquímica y, cuando es necesario, se realiza la separación o síntesis asimétrica para obtener un isómero con la actividad deseada.
Resumen práctico
- Los diastereómeros son estereoisómeros que no son enantiómeros; difieren en la configuración de algunos, pero no todos, los centros quirales.
- Los epímeros son diastereómeros que difieren en un solo centro quiral.
- Los diastereómeros presentan propiedades físicas y químicas diferentes y, por tanto, suelen poderse separar y caracterizar con mayor facilidad que enantiómeros.
- La regla 2^n da el máximo de estereoisómeros; la presencia de compuestos meso reduce ese número.
Preguntas y respuestas
P: ¿Qué son los diastereómeros?
R: Los diastereómeros son estereoisómeros que no son enantiómeros. Tienen los mismos átomos y enlaces pero diferente estereoquímica en al menos uno, pero no todos, de sus centros quirales.
P: ¿Los diastereómeros pueden tener propiedades diferentes?
R: Sí, los diastereómeros pueden tener propiedades muy diferentes aunque se parezcan.
P: ¿Los enantiómeros son diferentes de los diastereómeros?
R: Sí, los enantiómeros son diferentes de los diastereómeros. Los enantiómeros tienen exactamente las mismas propiedades, excepto cuando se encuentran en un entorno quiral como el cuerpo humano.
P: ¿Cuántos enantiómeros puede tener una molécula con un solo centro quiral?
R: Una molécula con un solo centro quiral puede tener dos enantiómeros.
P: ¿Cuántos isómeros se pueden formar si una molécula tiene dos centros quirales?
R: Si una molécula tiene dos centros quirales, puede formar 4 isómeros diferentes.
P: ¿Cuántos pares de enantiómeros se forman cuando todos los centros quirales se cambian al mismo tiempo?
R: Cuando se cambian todos los centros quirales al mismo tiempo, se forman dos pares de enantiómeros.
P: ¿Qué son los epímeros?
R: Los epímeros son diastereoisómeros que son diferentes sólo en uno o más centros quirales. Por ejemplo, la D-treosa y la D-eritrosa son diastereómeros porque sólo son diferentes en uno de los dos centros quirales.
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