Diastereoisomeri: chiralità

Gli enantiomeri e i diastereisomeri sono tipi di stereoisomeri ovvero sono molecole con la stessa formula chimica e connettività che differiscono nel modo in cui i loro atomi sono disposti nello spazio

I diastereoismeri, a differenza degli enantiomeri, non sono immagini speculari l’uno dell’altro.

Per molecole come l’acido lattico che contiene un solo centro chirale vi sono due enantiomeri. Per ogni carbonio chirale vi  sono possibili configurazioni R  e S

Regole CIP

Le regole di Cahn, Ingold e Prelog dovute ai chimici  Robert Sidney Cahn, Christopher Kelk Ingold, and Vladimir Prelog nel 1959 hanno proposto le regole universali per specificare la configurazione assoluta delle molecole che presentano un centro chirale.

Le regole di Cahn, Ingold e Prelog consentono di assegnare senza ambiguità la configurazione assoluta ovvero l’appartenenza di un enantiomero a uno dei due possibili isomeri.

Queste regole, dette regole CIP dalle iniziali dei tre chimici che le elaborarono, prevedono l’assegnazione di un ordine di priorità di ogni gruppo legato al carbonio chirale a seconda del numero atomico

Si stabilisce  quale degli atomi legati al carbonio abbia il minor numero atomico. Si dispone la molecola in modo tale che questo atomo sia orientato lontano da noi. Gli altri tre gruppi sporgeranno verso di noi come le razze del volante rispetto al guidatore.

Successivamente si devono assegnare i numeri di priorità 1 , 2 , 3 ai tre gruppi che si affacciano verso di noi.

A questo punto si assegnano i numeri di priorità attribuendo il numero 1 all’atomo che ha numero atomico maggiore. S e due o più atomi hanno lo stesso numero atomico si prende come criterio il numero atomico del secondo atomo a cui esso è legato e così via. Nel caso quindi di gruppi alchilici il gruppo propil avrà numero di priorità maggiore rispetto all’etil che avrà numero di priorità maggiore rispetto al metil.

Si parte dal gruppo 1 e si disegna una freccia in direzione del gruppo 2. Se la freccia va in senso orario la molecola ha configurazione R, se la freccia va in senso antiorario la molecola ha configurazione S.

Numero di diastereoisomeri

Se sono presenti due o più centri chirali la situazione è più complessa. Come regola generale una molecola con n centri chirali ha un massimo di 2ⁿ stereoisomeri. 

Si consideri il 2-bromo, 3-clorobutano che presenta due centri chirali (C2, C3).

Il numero totale di possibili  stereoisomeri per questo composto  è quattro, con configurazioni su C2 e C3 rispettivamente come RR , SS ,  RS  e SR .

Lo stereoisomero 2R,3S è l’immagine speculare del 2S, 3S e lo stereoisomero 2R,3S è l’immagine speculare del 2S,3R.

L’isomero 2R,3R e 2R,3S sono stereoisomeri ma non enantiomeri. Per descrivere la loro correlazione si usa il termine diastereoisomero.

Poiché si usa l’analogia mano destra/mano sinistra per descrivere la relazione tra due enantiomeri si può estendere l’analogia  dicendo che la relazione tra due diastereoisomeri è come quella delle mani di persone diverse.

Due mani di persone diverse sono simili ma non sono identiche e non sono immagini speculari come per i diastereoisomeri. Lo stereoisomero ha quindi due sottotipi, enantiomeri e diastereisomeri, perché tutti gli stereoisomeri che non sono enantiomeri possono sempre essere chiamati diastereoisomeri .

I diastereoisomeri hanno diverse proprietà fisiche, come solubilità e punto di fusione, e possono essere separati con metodi standard.

Differenza tra enantiomeri e diastereoisomeri

Gli enantiomeri hanno configurazioni opposte in tutti i centri chirali mentre i diastereoisomeri chirali hanno configurazioni opposte su alcuni centri chirali ma hanno la stessa configurazione su altri. La maggior parte delle molecole di interesse biologico  è chirale.  Tuttavia solitamente uno solo degli stereoisomeri si trova in natura. Nel caso in cui due diastereoisomeri differiscono solo in un centro chirale si dicono epimeri

Contrariamente agli enantiomeri che ruotano il piano della luce polarizzata in direzioni opposte in egual misura i diastereoisomeri possono essere otticamente attivi o inattivi e quelli otticamente attivi non ruotano la luce polarizzata in piano in direzioni opposte in egual misura.