Una miscela racemica è una miscela equimolare di due enantiomeri otticamente inattiva in quanto presenta il 50% dell’enantiomero R e il 50% di quello S
Gli enantiomeri o isomeri ottici sono molecole chirali che sono immagini speculari non sovrapponibili l’una dell’altra e hanno la proprietà di ruotare il piano di polarizzazione della luce in misura uguale e contraria.
Nel 1847 Louis Pasteur usando una pinzetta e un microscopio ottico fu in grado di separare singoli cristalli di sodio ammonio tartrato dall’acido tartarico ed è l’asimmetrico e scoprì la chiralità.
La rotazione avviene attorno alla direzione di propagazione in verso orario o antiorario a seconda della sostanza
Una miscela equimolare di due enantiomeri dà luogo alla formazione di una miscela racemica poiché ciascun enantiomero ruota la luce polarizzata in piano in misura uguale e contraria.
Esempio
Dall’analisi polarimetrica di miscela racemica di (R)-2-butonolo e (S) -2-butanolo non si osserva alcuna rotazione della luce polarizzata.
Infatti ogni enantiomero ruota la luce polarizzata in misura uguale ma in direzioni opposte. La rotazione specifica dell’(R)-2-butonolo è di – 13.5° e quella dell’enantiomero S è uguale in valore assoluto ma segno opposto e quindi di + 13.5°.
Poiché ogni enantiomero ruota il piano della luce in senso orario (+) o antiorario (-), la miscela racemica di un campione è spesso indicata come (±) .
Formazione
Determinare se una reazione fornisce o meno una miscela racemica dipende dal substrato, dai legami formati e rotti durante la reazione e dal meccanismo della stessa.
Ad esempio l’addizione di un acido alogenidrico ad un alchene asimmetrico che avviene in presenza di un perossido e quindi secondo un meccanismo radicalico porta alla formazione di una miscela racemica.
L’addizione di HBr al 2-metil, 2-butene è una reazione anti-Markovnikov e porta alla formazione del 2-bromobutano che presenta un carbonio chirale. Si formerà quindi una miscela equimolare di due enantiomeri
Una reazione di sostituzione di un alogenuro alchilico terziario che presenta un carbonio chirale avviene attraverso un meccanismo SN1 . L’intermedio della reazione è un carbocatione e, poiché l’attacco al carbocatione può avvenire da entrambi i lati si ottengono due enantiomeri e quindi un racemo.
Si noti che anche se la specie di partenza è otticamente attiva, si può ottenere una miscela racemica poiché il prodotto si forma tramite un intermedio achirale
Eccesso enantiomerico
Se la rotazione specifica di una miscela costituita dai due enantiomeri ha una rotazione specifica diverso da zero un dei due enantiomeri si trova in eccesso rispetto all’altro. L’eccesso enantiomerico definito come la differenza, in valore assoluto, tra le moli di ogni enantiomero presente rispetto al numero totale di moli; a volte le concentrazioni delle specie sostituiscono, nell’espressione le moli. L’eccesso enantiomerico e.e. è spesso espresso in termini percentuali:
e.e. = | [R] – [S] |∙ 100/ [R] + [S]
Conoscendo l’angolo di rotazione di un enantiomero e l’angolo di rotazione della miscela si può determinare la composizione percentuale della miscela