El miembro de El Colegio Nacional comparte con los lectores de Crónica una breve introducción al tema de la primera sesión del “Curso corto de estereoquímica” –área en la que es pionero en México– , que impartirá en esta institución de manera presencial y con entrada libre.

La química es la ciencia que estudia la materia que nos rodea. En este sentido una tarea central de la labor de los químicos y químicas consiste en la determinación de la estructura de las moléculas, que son los componentes fundamentales de la materia.

Existen cuatro niveles de complejidad en los que se establece una estructura molecular. Los dos niveles más sencillos son la composición, que indica el número y tipo de átomos que constituyen la molécula, y la conectividad, que se refiere a la manera en que dichos átomos están unidos entre sí. Un ejemplo ilustrativo es la molécula del etanol, que está formada por dos átomos de carbono, seis de hidrógeno y un átomo de oxígeno; tres de los seis hidrógenos están unidos al primer carbono, que a su vez está unido al segundo carbono. Finalmente, el segundo carbono está enlazado a dos hidrógenos y el oxígeno, el cual está también unido al sexto átomo de hidrógeno.

A mediados del siglo XIX se conocían ejemplos de moléculas con la misma composición y conectividad, y que sin embargo son diferentes. Un ejemplo representativo es el ácido alfa-hidroxipropiónico aislado de la leche (el ácido láctico), que es distinto al ácido alfa-hidroxipropiónico aislado del anca de la rana. ¿Cómo es posible que dos moléculas con la misma composición y la misma conectividad sean sin embargo diferentes? La respuesta a esta pregunta se da cuando se piensa en tres dimensiones. Efectivamente, el ácido alfa-hidroxipropiónico presenta cuatro sustituyentes distintos unidos al carbono central: CH3CH(OH)CO2H, y cuando dicho carbono se ubica en el centro de un tetraedro entonces se puede apreciar que su imagen de espejo no es igual a la molécula original. Es entonces evidente que una molécula que presente un átomo de carbono con cuatro sustituyentes distintos es asimétrica y da lugar a isómeros que son imágenes de espejo.

Esta es una situación similar a la que se presenta entre nuestras manos derecha e izquierda, que a primera vista parecen iguales (ambas están constituidas por los cinco dedos, el pulgar, el índice, el dedo medio, el dedo anular y el meñique, unidos en el mismo orden a la palma de la mano), pero que son, sin embargo, distintas. Surge así el tercer nivel de sofisticación en el cual se detalla la estructura molecular, composición, conectividad y ahora la configuración. Nace así el área de la estereoquímica, en la que las moléculas se analizan en tres dimensiones. Con base en la analogía entre las manos y las moléculas asimétricas se originó el término quiralidad, ya que mano en griego se dice “quir”. De esta manera, se habla de moléculas quirales al tratar con moléculas como el ácido alfa-hidroxipropiónico descrito al inicio de este texto.

De la misma manera que requerimos de un guante derecho para la mano derecha y un guante izquierdo para la mano izquierda, las moléculas quirales interaccionan de diferente forma con biomoléculas como las presentes en receptores biológicos, que al estar formadas con componentes quirales como son los alfa-aminoácidos son también quirales. No es sorprendente entonces que las imágenes de espejo del ácido alfa-hidroxipropiónico presenten diferentes propiedades –como diferente sabor– ante receptores biológicos, como el sentido del gusto.

La diferencia en propiedades biológicas existentes entre moléculas con quiralidad opuesta puede dar lugar a consecuencias dramáticas. Por ejemplo, a mediados del siglo pasado se utilizó la molécula quiral talidomida como un agente tranquilizante, sin anticipar que el isómero que es imagen de espejo es un compuesto teratogénico; es decir, que produce malformaciones en fetos humanos. Efectivamente, mujeres embarazadas que tomaron talidomida racémica (mezcla de las dos imágenes de espejo) procrearon bebés sin brazos o piernas, en un caso que aún ahora sigue generando litigios legales.

En consecuencia, es perentorio que la síntesis de fármacos quirales se lleve a cabo de manera selectiva, en la que sólo se produzca el isómero que presenta las propiedades biológicas deseadas. Este tipo de síntesis se conoce como síntesis asimétrica y es uno de los campos más desarrollados en la actualidad.

El cuarto nivel de sofisticación en la determinación de la estructura de una molécula es la conformación, que se refiere a la orientación de los átomos presentes en dicha molécula obtenida por giros alrededor de los enlaces presentes.

El curso corto de estereoquímica que se impartirá en el Aula Mayor de El Colegio Nacional los miércoles 1 y 15 de junio, así como 6, 13 y 20 de julio de las 18:00 a las 20:00 horas cubrirá los temas “quiralidad”, “proquiralidad”, “síntesis asimétrica”, “organocatálisis simétrica” y “efectos estereoelectrónicos”. También se transmitirá a través de canal de YouTube de El Colegio Nacional. 

* Profesor Emérito del CINVESTAV y miembro de El Colegio Nacional