La risoluzione di una miscela racemica, ovvero la separazione dei due enantiomeri, costituisce un metodo importante specie nella produzione di farmaci otticamente attivi. Gli enantiomeri sono una coppia di molecole che sono immagini speculari l’una dell’altra e non sovrapponibili. Tali molecole sono dette chirali e non hanno né piani di simmetria né centri di inversione.
Un racemo è costituito da una miscela 1:1 dei due opposti antipodi ottici e non provoca alcuna rotazione del piano della luce polarizzata . Infatti i contributi dei due opposti enantiomeri si annullano a vicenda dal momento che il potere rotatorio dei due enantiomeri è uguale in valore assoluto, ma opposto in segno.
Enantiomeri
Louis Pasteur nel 1849 per primo, studiando l’acido tartarico, scoprì l’attività ottica e separò manualmente i due enantiomeri.
Gli enantiomeri sono caratterizzati dall’avere stessi punti di ebollizione, stessi punti di fusione. Hanno inoltre la stessa solubilità pertanto molte delle tecniche di separazione abitualmente usate risultano inefficaci.
Cristallizzazione
Il metodo più antico per la risoluzione di una miscela racemica sfrutta la cristallizzazione: alcune miscele racemiche, infatti, cristallizzano in modo tale che molecole di configurazione uguale si uniscono per dare cristalli asimmetrici di un tipo e molecole enantiomeriche danno cristalli che sono l’immagine speculare dei primi.
Poiché le dimensioni dei cristalli sono tali da poterne valutare a occhio le differenza, i due tipi di cristalli possono essere separati manualmente in due parti che contengono ciascuna uno dei due enantiomeri puri.
La risoluzione di una miscela racemica può avvenire tramite risoluzione cinetica. Se i due enantiomeri reagiscono, in una reazione chimica, con diverse velocità con un catalizzatore chirale che viene messo in eccesso.
La reazione tra il catalizzatore e i due enantiomeri R e S può essere così schematizzata:
ER + ES + catalizzatore → PR + ES
Essendo PR il prodotto della reazione e ES l’enantiomero che non ha reagito.
Risoluzione di una miscela racemica per via biochimica
Un caso particolare di risoluzione cinetica consiste nella risoluzione biochimica di un racemo tramite conversione enzimatica di uno solo degli enantiomeri: un altro metodo consiste, infatti, nel far reagire un racemato con enzimi: un solo enantiomero viene consumato o chimicamente modificato mentre l’altro rimane intatto.
La maggior parte degli enzimi, infatti, convertono il loro substrato in modo enantioselettivo e pertanto possono essere usati microrganismi per metabolizzare solo uno degli enantiomeri del racemo.
Procedimento chimico
Il metodo di separazione più usato per la risoluzione di una miscela racemicacomporta un procedimento chimico in cui un racemato è fatto reagire con una specie molecolare asimmetrica.
Con ciò sono ottenuti, dai due enantiomeri, due diastereoisomeri che presentano generalmente diverse proprietà e sono pertanto separabili con mezzi fisici. Le reazioni più semplici e più comunemente usate sono quelle che portano alla formazione di sali con basi o con acidi otticamente attivi. Se il racemato è un acido si usa un’ammina e i due sali diastereoisomeri cristallizzano.
Cristallizzazione frazionata
Poiché questi sali hanno solubilità diverse possono essere separati per cristallizzazione frazionata. A separazione effettuata ciascuno dei due sali è trattato con un acido inorganico quale, ad esempio, HCl per rigenerare gli acidi organici di partenza in forma otticamente attiva. Se la separazione è fatta meticolosamente si possono ottenere stereoisomeri otticamente puri (enantiomeri omogenei). Se il racemato di cui si vuole fare la separazione è un’ammina, si usa un acido come agente risolvente quale l’acido tartarico.
Ad esempio se si vogliono separare i due enantiomeri dell’acido 2-idrossipropionico si aggiunge, quale agente risolvente, il composto ( R ) -2-fenil-etilammina. I due enantiomeri reagiscono con la base per dare due sali che sono tra loro diastereoisomeri che sono poi separati:
Se il racemo non è né un acido né una base occorre attaccare alla molecola un “gancio” mediante una reazione chimica appropriata: di regola si fanno dei derivati del racemato che contengono gruppi carbossilici liberi in modo da permettere la risoluzione.