Actividad óptica y quiralidad

Se trata de una consecuencia clara de la observación de objetos y moléculas en 3 dimensiones. Cuando dibujamos una molecula en el papel, generalmente no tenemos en cuanta su estructura tridimiensional, no obstante los químicos y los biólogos, desde hace ya tiempo se han hecho con diferentes tipos de proyecciones (Newman, Fisher, etc..) para poder dibujar las moléculas en tres dimensiones.

¿Por que razón hay que verlas en 3D? ¿Es una nueva moda impulsada por James Cameron?

Pues no, hace ya mucho tiempo que se lleva realizando, y lo cierto es que la necesidad surge a la hora de comprobar que dos moléculas con los mismos átomos y misma conectividad (mismos enlaces), pueden tener propiedades físicas y químicas diferentes.

Dos moléculas como las de la figura son moléculas con los mismos átomos y misma conectividad. Una es la imagen especular de la otra. Si tenemos un poco de imaginación y capacidad de ver en 3D, podremos comprobar que si queremos superponer la una sobre la otra no podemos. Son MOLECULAS QUIRALES y entre ellas se dice que son ENANTIÓMEROS, uno del otro.



Él ejemplo mas claro se encuentra en nuestras manos. Nuestras manos son quirales porque no se pueden superponer la una encima de la otra. Visto de esta manera cada mano es enantiómera una respecto a la otra.



A nivel de moléculas, encontraremos quiralidad siempre que tengamos un carbono con los cuatro substituyentes diferentes (llamado comúnmente carbono asimétrico), aunque existen tambien otras razones.



Existen muchísimas moléculas quirales en la naturaleza, desde el azúcar hasta las proteínas que formamos a partir de los aminoácidos. Las proteínas son quirales puesto que los aminoácidos también lo son. Esta diferenciación a nivel espacial es especialmente importante en síntesis farmacéutica, puesto que algunos fármacos, debido a la quiralidad de los aminoácidos que forman las proteínas, necesitan ser específicos, y por tanto de una quiralidad precisa. Es lógico pensar que si los aminoácidos son quirales, es posible que el centro activo de la proteína, donde se producirá la reacción química, sea quiral también. La rama de la química que estudia las reacciones para formar tan solo uno de los enantiómeros y no el otro, es la QUÍMICA ASIMÉTRICA.



Un vídeo explicativo, por si no ha quedado claro, y hay alguna duda:



Una propiedad interesante de los compuestos quirales es que son capaces de rotar el plano de la luz polarizada. En este mismo blog, explicamos que era la luz polarizada, así que si teneis interes podeis entrar en polarización.

La idea es como la del dibujo. Al polarizar la luz y dejar que tan solo vibre en un plano, si hacemos pasar la luz por una disolución de una substancia quiral, ésta girará el plano de la luz polarizada.



En este vídeo del prof. Gustavo Dias se esquematiza muy bien la idea:





El experimento

Para realizarlo necesitaremos una disolución saturada de fructosa, glucosa o azúcar. Es necesario que la disolución sea concentrada, puesto que la actividad óptica depende de la concentración de soluto. Dos filtros polarizadores, una linterna y oscuridad. Aqui tenemos el resultado espectacular:



Algunas fotos del experimento:





Espero que haya sido interesante, en experiments on files encontraremos una práctica sobre actividad óptica muy recomendable para bachilleratos.

Saludos

Sergio

Estramonio y los viajes

Ya estamos de vuelta en Cluster tras el periodo vacacional. No obstante nos ha impactado sobremanera el fatal incidente en Getafe, relacionado con la muerte de dos jóvenes en una fiesta RAVE por la consumición de una infusión de estramonio. Mi mas sentido pésame para los familiares. Los culpables ya han sido detenidos y se encuentran bajo disposición judicial acusados de tráfico de drogas y homicidio.



El estramonio o Datura stramonium es una planta solanacea que posee como metabolitos secundarios varias sustancias activas, como son la atropina, hiosciamina, algunos alcaloides derivados del tropano, y escopolamina, quizás el componente mayoritario, siendo la atropina el componente mayoritario de la Atropa belladona, de la cual realizaron un fantástico artículo los compañeros de la ciudad atómica. Estas dos plantas y sus principios activos han sido utilizados por brujas, hechiceros y espiritistas desde la antigüedad, para provocar alucinaciones.

Pablo Carbonell, el famoso cómico español, nos explica sus experiencias con el estramonio y la escopolamina, o como el la llama "la hierba del diablo":



¡ Que simpático y que gracioso es siempre este chico! No obstante, el uso y abuso de drogas naturales o sintéticas (que no se cuales son mas peligrosas), así como las consecuencias de las posibles mezclas pueden ser fatales, como ha quedado demostrado. Y no es cosa de risa, sino mas bien de conciencia, madurez y precaución, que al fin y al cabo estas jugando con tu cuerpo y tu mente, y realmente es lo único que posees.



Esta estructura que veis arriba es la escopolamina. Se trata de un antagonista muscarínico. Me explico. El sistema nervioso autónomo, ése que no podemos controlar, se divide en dos grandes secciones: sistema nervioso simpático o adrenérgico y sistema nervioso parasimpático o colinérgico. La neuronas del primer sistema interaccionan entre si a través de un neurotransmisor denominado noradrenalina, y el segundo sistema por acetilcolina. Sin extenderme mucho mas, la acetilcolina puede interaccionar con dos tipos de receptores: los muscarínicos y los nicotínicos. Pues bien, tanto atropina como escopolamina son antagonistas muscarínicos, eso significa que bloquean los receptores muscarínicos impidiendo la acción del neurotransmisor.

Acetilcolina:



Agonistas y Antagonistas:



Tanto atropina, como escopolamina son antagonistas no selectivos, por lo que son capaces de bloquear varios receptores muscarínicos, como M1 y M2 (hay en total hasta M5), provocando diversos síntomas. Inhiben la secreción de ácido gástrico, en el corazón producen taquicardia, a nivel ocular midriasis y ciclopejía y en la musculatura lisa relajan el tracto gastrointestinal, musculatura bronquial, biliar y del tracto urinario. En el SNC las acciones son complejas, la atropina produce excitación y desorientación y escopolamina produce sedación a dosis bajas y similares a atropina en dosis elevadas. Los efectos adversos mas frecuentes tambien son sequedad de boca, visión borrosa, dificultad de micción, estreñimiento y palpitaciones, tambien cefaleas, agitación, confusión, insomnio, alucinaciones e hipertérmia.

Los antagonistas muscarínicos son utilizados como antiespasmódicos (generalmente de motilidad intestinal), no obstante son peligrosos en su estructura de nitrógeno terciario (tres substituyentes) debido a su lipofilia. Estos compuestos son capaces de traspasar la barrera hematoencefálica y barrera placentaria, llegando al cerebro y al feto, respectivamente. Para evitar esto se suele añadir un substituyente mas al nitrógeno. Esto hace que quede el nitrógeno cargado positivamente y se reduzca su lipofilia. El drivado cuaternario no podrá pasar la barrera hematoencefálica y por lo tanto es mas seguro a nivel del SNC (sistema nerviosos central). Es el caso de la Buscapina o Butilescopolamina, en el que se ha introducido un grupo butilo en el nitrógeno.





Para finalizar un consejo para todos los jóvenes: Mirad el "prospecto" de todos productos que os faciliten en las fiestas, porque quizás lo que os ofrecen no es tan inocuo como os dicen, posiblemente el que os lo ofrezca no tenga ni idea de las consecuencias que os pueda acarrear, y es mas, quizás no sea ni lo que dice que es. Así que id con cuidado, que no somos como los gatos y tan solo tenemos una vida.

NOTA: Este artículo no pretende ser un artículo médico, tan solo un artículo de divulgación científica de concienciación.


Saludos

Sergio

Bibliografia:

1- Farmacología en enfermería. Dra Silvia Castells Molina y Dra Margarita Fernadaez Pérez. Elsevier
2- Farmacología Humana. 3a Edición. Jesus Florez. Masson. S.A.

Mas información:

-Javeriana.edu.co
-Biopsicologia.net

Una diferencia de una letra

Jueves por la tarde en un instituto de Barcelona. Seis chicos y chicas de 2º de ESO (14-15 años) de origen suramericano deciden hacer campana e irse al parque de al lado del instituto. Habían comprado algunas bebidas alcohólicas, pero no era suficiente. De esta manera decidieron entrar en una droguería y comprar alcohol de quemar. (Al parecer, y según dijeron algunos de los afectados, en Ecuador es común denominar al alcohol etílico como alcohol de quemar. Aquí en España el alcohol de quemar es otra cosa).
La fiesta comenzó y al no notar el efecto del alcohol continuaron bebiendo y bebiendo...



Al día siguiente comenzaron los problemas. Algunos alumnos no llegaron al instituto y otros pedían con demasiada asiduidad poder ir al lavabo. Los dolores abdominales eran insoportables. Bajo todas estas sospechas los profesores empezaron a indagar. El alcohol ingerido no fue etanol, sino metanol. Algunos compañeros estaban en la UCI del hospital de la Vall d'Hebron.



Metanol, Etanol...pero, ¿no es lo mismo?

Pues no.

El metanol es un alcohol muy tóxico. El envenenamiento con metanol sin intervención médica apropiada puede ser mortal, de hecho la ingesta de mas de 0,5 ml/kg es potencialmente letal, y para niños puede causar la muerte con mas de 0,25ml/kg.

El metanol se absorbe rápidamente después de ser ingerido, obteniéndose picos mas elevados de metanol en sangre a los 30-60 minutos. Se distribuye por el cuerpo rápidamente con un volumen d distribución de 0,7 l/kg. Se metaboliza en el cuerpo por la enzima Alcohol deshidrogenasa (ADH) formándose formaldehido, que vuelve a metabolizarse en el enzima Aldehido deshidrogenasa (ALD) formando ácido fórmico. El tiempo de vida media de eliminación es de 24 horas.

Etanol:



Metanol:




La producción de ácido fórmico produce acidosis de anión gap en la sangre y toxicidad celular, ademas de la inhibición del enzima Citocromo oxidasa. Se han observado daños oculares en la retina dando lugar a ceguera, y en el cerebro se pueden encontrar hemorragias dentro de la materia blanca del cerebro y edemas en el putamen.

Con poca cantidad de metanol se observa una intoxicación parecida al etanol, que se hace evidente 1 hora después de ser ingerido. Nauseas, vómitos y dolor abdominal son los signos médicos que aparecen a continuación. Posteriormente se observa dolor de cabeza, vértigo, dispnea (dificultad para respirar), visión borrosa y fotofóbia. Con una ingesta superior se observan taquipnea, somnoléncia y ceguera. El siguiente paso es el coma y la posible muerte.

Afortunadamente ninguno de los estudiantes ha quedado afectado, aunque algunos han permanecido una semana en cuidados intensivos. El instituto ha sancionado a los alumnos implicados en expulsiones de 2 a 20 días, no por su falta de criterio a la hora de escoger la bebida, sino por la falta al instituto no justificada.



Ha sido la primera vez que hay una intoxicación tan grave por ingestión de metanol en Catalunya. La notícia salió en todos los diarios y según me han comentado en informativos telecinco, aunque ligeramente modificada, para no inculpara al instituto. Las podéis ver en El Periódico, El Pais, Abc y En latino.

Una de las preguntas que me hacen a menudo los amigos es: ¿Que pasaría si me tomara tal o cual cosa en mi cuerpo?¿Que me sucedería? Tu lo debes saber, eres químico...

Y mi respuesta es...¿y porque no lo se?

De entre todas las asignaturas que realice durante la carrera, y fueron unas cuantas, no encontré ninguna que tratara sobre toxicologia. ¿Seguro que las irrisorias frases R y S son suficientes? Yo creo que no. Que debemos ir mas allá. Que un especialista en química debería saber como pueden afectar los productos con los que trabaja a diario en su organismo.

Este es un mensaje para los catedráticos, decanos, jefes de estudio, y demás encargados en la confección del currículum de la carrera o grado de química: Introduzcan una asignatura obligatoria sobre toxicología química. Nos haran a todos un gran favor.

Información Toxicológica del Toxicology Handbook de Lindasy Murray, Frank Daly, Mark Little i Mike Cadogan, editorial Churchill Livington, Elsevier.

Sergio

Enganchado al bisolvón

Me salto el último experimento de CLUSTER (hasta la semana que viene), para explicar un caso que me ha sorprendido en los últimos días. Se trata de la problemática que ha suscitado el uso indiscriminado de medicamentos antitusivos del tipo bisolvón.

Al parecer gran cantidad de pacientes han creado adicción a medicamentos antitusivos del tipo bisolvón. Pacientes de todas la edades, pero especialmente jóvenes que buscando un colocón de fin de semana pueden encontrar un fármaco barato y en el botiquín de casa. Diversos farmaceuticos han declarado en el programa de Antena 3 espejo público, que incluso falsifican el número de colegiado y se inventan rectas falsas para conseguir estos fármacos. El problema reside en que muchos de éstos fármacos no necesitan receta, y se pueden conseguir de forma barata.



Al parecer el culpable de todo esto es la CODEINA. La codeina es un alcaloide derivado del opio que se puede metabolizar fácilmente en morfina. De hecho la única diferencia entre ellos es la metilación de uno de sus alcoholes. Aqui podemos ver sus fórmula químicas:

Codeina:



Morfina:



La codeina al entrar en el organismo puede desmetilarse por acción del citocromo P450 (CYP), en concreto por la CYP2D6. El citocromo P450 es un sistema, una superfamilia de hemoproteinas que participan de forma muy activa en el metabolismo de gran cantidad de fármacos y drogas.



Aquí tenemos un vídeo explicativo de André. El vídeo está en portugués pero se entiende perfectamente:



No es del todo extraño que se utilice codeína u otro derivado opiáceo como bloqueador del sistema nerviso de la tos, pero sí algo curioso que hace unos cuantos años Bayer lanzara al mercado Heroína como antitusivo:





Es del todo censurable el hecho de que existan páginas en internet donde se expliquen procedimientos para obtener morfina a partir de pastillas de codeína del mercado, explicando todos los pasos a seguir. Creo que la salud es lo más importante que tenemos y no deberíamos jugar con ella. Como mínimo, estas páginas lúdicas deberian advertir de las consecuencias de ingerir los opiáceos que ellas facilitan como obtener.

Sergio

Información:

- Bago.com
- Laboratorio de química.
- Mujer actual

PD: Por supuesto no incluyo la dirección web en la que he encontrado como sintetizar morfina, puesto que estaría difundiendo su contenido.