Quimica de los radicales libres y aplicaciones medicas

Antes de aplicarlo en la medicina humana, es necesario conocer su origen y que reacciones suceden, solo así entenderemos los procesos bioquímicos

1. Q.f. Kleiber Enrique Quispe Quito

2. CONCEPTO DE RADICAL LIBRE
Esunátomoogrupodeátomosquecontieneunelectróndesapareado
dentrodesuestructura.
Eltiempodevidamediaesmenorde1μseg.

3. Durantelastransformacionesquímicasserompealgunodelosenlacesde
lamoléculaydalugaralaformaciónmomentáneadeespecies
intermediariasinestables.
Sepuedenformardiferentesintermediarios,dependiendodecómose
rompeelenlace:rupturaheterolíticayrupturahomolítica
Catión
Pierdeunelectrón
Anión
Ganaunelectrón

4. ¿Cómo se genera un radical libre?
Seformacuandounenlacesefragmentahomolíticamente,paralocual
sedebesuministrarlasuficienteenergíaparadisociarelenlace.
Existencuatromanerasdesuministrardichaenergía:térmica,
fotoquímica,radioquímicayporunareaccióndeOxidorreducción.

5. 1-Térmica
Paralograrromperlamayorpartedelosenlacescovalentesyobtener
radicaleslibres,esnecesarioexponerloatemperaturasmayoresa800°C.
Sepuededecirqueparaqueunareacciónseaprácticaexperimentalmente
deberíarealizarsealmenospordebajodelos200°C.
Existenalgunosenlacescovalentesmuyespecíficosquesedisociandentro
deesterangodeenergías(30a40kcal/mol).

6. 2-Fotoquímica
Laenergíadelaluzdeunalongituddeondaentre600y300nmesde
aproximadamente48a96kcal/mol.
Esterangodeenergíacaeenlaregióndelaluzultravioleta,porloquese
puedeutilizarirradiacióndeestafrecuenciaparafragmentarciertos
enlacesygenerarradicaleslibres.

8. 3-Oxidorreducción
Unareaccióndeoxidaciónoreducciónpuedegenerarradicalesmediantela
transferenciadeunsoloelectrón.
Enunaprimeraetapa,latransferenciadeunelectrónproduceunradical
cargado,esdecir,radicalescationes[R-X]+•oradicalesaniones[R-X]•-
Enunasegundaetapa,laformaciónderadicaleslibresseproduceporla
presenciadeFe(II)yCu(I)
El peróxido reduce al hierro (II)
Radical anión
Radical alcoxicarbonilo Radical alcóxido

9. 4-Radioquímica
Laradiacióngama(γ)incidesobreunasustanciaorgánica,induce
fragmentacióndeenlaces,quegeneralmenteproducenradicaleslibres.
RADIACIÓN
Radiación no
Ionizante
Radiación
Ionizante
Campos
electromagnéticos
Radiaciones
ópticas
Rayos láser
Radiación solar
Rayos
infrarrojos
Luz visible
Radiación
ultravioleta
UVA
UVB
UVC
320-400 nm (relativamente
inofensiva)
280-320 nm (relativamente
letal)
< 290 nm (letal)
Alfa
Beta
Gama
Carga +
(poco penetrante)
Carga -
(penetrante)
Carga +
(poco penetrante)

11. ESTRUCTURA QUÍMICA DEL RADICAL LIBRE
Losradicaleslibresserepresentancolocandounpuntosobreelsímbolodel
átomoogrupodeátomosdondeseencuentraelelectróndesapareado.
¿Cómoesrealmenteunradicallibre?
¿Cómoeslaestructurarealdeestasespecies?
¿Cuáleslaimagenasociadaalafórmulaque
seescribeenelcuadernooqueseveenun
librocuandoserepresentaunradicallibre?

12. Comoejemplo,seanalizarálaconfiguracióndelátomodecarbonocuandose
encuentracomoradicallibre,observandoquetienesieteelectronesensucapa
devalenciaconsólotressustituyentes

13. Laformacióneficazderadicalesen
estructurasrígidascomolosbiciclos.
Tambiénsepuedengenerarradicalesen
doblesytriplesligaduras,enloscuales
elelectróndesapareadoestá,yaseaen
unorbitalsp2osp,segúnseaelcaso.

14. ESTABILIDAD TERMODINÁMICA DEL RADICAL LIBRE
Existenprincipalmentedosefectosquedeterminanlaestabilidad
termodinámicadeunintermediarioreactivo(catión,aniónoradicallibre)
1-Efectos polares o inductivos:
2-Efectos de resonancia o conjugación:
Estándeterminadosporladiferenciade
electronegatividadentrelosátomosque
formanunenlace
Seobservancuandoexistela
posibilidaddeltraslapedel
orbitaldelátomodondese
localizalaespeciereactivacon
otroorbitaldeunátomovecino.

16. CARÁCTER NEUTRO DE LOS RADICALES LIBRES
Neutrosignificaquetienenelmismonúmerodeprotonesquede
electrones.
Estacaracterísticaledaunaseriedepropiedadesquímicasúnicas,entrelas
másimportantesquesepuedenmencionarestán:
1-Unradicalpuedereaccionarconotro
radical.
2-Unradicalnoseveafectadoporsu
ambiente.
3-Unradicalnoreaccionaconhidrógenos
ácidosniconheteroátomosconparesde
electronesnocompartidos

17. 4-Uncarbocatiónnoreaccionaconotrocarbocatión,asimismolos
mencionadosreaccionanconhidrógenosácidos.
5-Losradicalesnosesolvatan,porloquesonentidadespuntuales.
6-Enlasreaccionesvíaradicaleslibresnosonnecesariasproteccionesde
gruposfuncionales.
7-Laelectronegatividaddelosgruposfuncionalesvecinosafectala
reactividaddeunradical,peronosuestabilidad.

18. MECANISMO EN CADENA : RADICALES LIBRES
Unmecanismoencadenaesaquelenelcualsegeneramásdeuna
moléculadeproductoporcadaeventodeinicio.
Unareacciónencadenasecomponedetresetapasprincipalmente:
inicio,propagaciónyterminación.
Paraesquematizarestemecanismosetomarácomo
ejemplolareaccióndehalogenacióndelmetano(CH4).

19. ETAPA DE INICIO
Segeneranlosprimerosradicaleslibresapartirdemoléculasestables.
Eliniciopuedeserinducidoporcualquieradelasformasmencionadas
antes:térmica,fotoquímica,radioquímicaoporoxidorreducción.
Bromación del metano

20. ETAPA DE PROPAGACIÓN
Enestasreacciones,unnuevoradicalsegeneraaexpensasdeotro,detal
maneraquenosepierdeenningúnmomentoelcarácterradicalyel
procesocontinúa.
Bromación del metano

21. ETAPA DE TERMINACIÓN
Medianteestasreaccionesseconsumenradicalesynosegenerannuevos
radicales,porloquesepierdeelcarácterradicalenelproceso
Bromación del metano

22. REACCIONES ELEMENTALES: RADICAL LIBRE
DIMERIZACIÓN
Enestareacción,dosradicalesidénticosreaccionanentreellos
generandounnuevoenlaceporlacombinacióndelosdoselectrones
desapareados.
Conestasreaccionessólosepuedengenerarcompuestossimétricos.

23. DESPROPORCIÓN
Enesteprocesodosradicalesreaccionanparagenerarunalcanoyuna
olefina.
Enrealidadsucedequeunodelosradicalesabstraeunhidrógenodelcarbono
vecinoalcarbonoradicaldeotroradical.
Elradicalqueabstraeelátomodehidrógenosereduce,yelquelopierdese
oxida.

24. ADICIÓN A DOBLES LIGADURAS
Enestareacciónsegeneraunenlacecarbono-carbono.
Elprocesoestermodinámicamentefavorecidocuandoelradicalse
adicionaaunenlacecarbono-carbono,yaqueseformaunenlacesigmaa
expensasdeunenlacepimásdébil.

25. ABSTRACCIÓN
Enlamayorpartedeloscasos,estareacciónsucedecuandolaenergíade
disociacióndelenlacequeserompeesmenoraladelenlacequeseforma.
Lasdosreaccionesdepropagacióndelahalogenacióndelmetanosondos
ejemplostípicosdeestetipodereacción.
Losradicalescentradossobreheteroátomosreaccionanabstrayendo
hidrógenosdelasmoléculasdesualrededor.

26. TRANSPOSICIÓN
Latransposición1,5deunradicalesunareaccióncaracterísticadelos
radicaleslibres.
Enestareacciónelradicalmigracincoposicionesatravésdeuna
abstraccióndeunhidrógeno.
Cabemencionarquelastransposiciones1,2tambiénpuedenocurrir;sin
embargo,nosonmuycomunes.

27. β-FRAGMENTACIÓN
Lasβ-fragmentacionesderadicaleslibressonprocesosmuyimportantesen
losprocesosbiológicos,yaqueatravésdeellossedegradanunavariedadde
moléculas.
Estareaccióncobraimportanciacuandoelenlacequeseformaesmásfuerte
alenlacequeserompe,obiencuandoatravésdeunafragmentaciónse
generanradicalesmásestablesquelosdepartida.

28. OXIDACIÓN
AlgunosmetalesoxidantescomoelFe(III)oCu(II)puedenoxidaral
radical,abstrayendoelelectrónconvirtiéndoloenuncarbocatión(R+).
Enunasecuenciadereaccionesestecarbocatiónpuedereaccionarconun
nucleófiloygenerarproductosdenaturalezavariada(R-Nu).

29. REDUCCIÓN
Cuandounradicalganaunelectrón,sedicequesereduceyformaun
carbanión(R-).
Elelectrónnormalmenteprovienedeunmetaldetransición.
Comosepuedeanticipar,lasreaccionesdeoxidaciónydereducciónson
muyimportantes,yaqueenunsoloprocesosepuedecombinarlaquímica
delosradicaleslibresconlaquímicaiónica.

30. APLICACIONES DE LAS REACCIONES DE RADICALES
LIBRES
POLIMERIZACIÓN
FueunodelosadelantostecnológicosmásimportantesduranteelsigloXX.
Enlaactualidadseproducenun75%depolímerosatravésdeunareacción
depolimerizaciónvíaradicaleslibres.
Lospolímerosmáscomunesqueseproducenmedianteunareacciónradical
son:

31. Enlafigura1-22sedescribeelmecanismomedianteelcualtranscurrela
reaccióndepolimerizacióndelestireno.

32. REACCIÓN DE FENTON
Esunadelasreaccionesdeoxidaciónmáspoderosasquesehan
descubiertohastaahora.
Estareacciónseutilizaparadegradarunavariedaddedesechosindustriales
quecontienencompuestosorgánicostóxicos.
LareacciónimplicalaoxidacióndeFe(II)aFe(III)mediadaporperóxido
dehidrógeno.

33. SÍNTESIS ORGÁNICA
Laadicióndeunradicalaunadobleotripleligadurageneraunenlacecarbono-
carbono,locual,sepuedeformarmásdeunenlaceenunasolaoperación
sintética.

34. REFERENCIAS
CareyFA,SoundbergRJ:AdvancedOrganicChemistry,PartA:Structureand
Mechanisms.London:PlenumPress,1990.
CurranDP,PorterNA,GieseB:StereochemistryofRadicalReactions.VCH,
Weinheim,1996.
FosseyJ,LefortD,SorbaJ:FreeRadicalsinOrganicSynthesis,Paris,
Ed.Wiley,1995.
GieseB:RadicalsinOrganicSynthesis:FormationofCarbon-CarbonBonds.
Oxford,PergamonPress,1986.
HuangRL,GohSH,OngSH:TheChemistryofFreeRadicals.London,
EdwardArnold,1974.

35. MarchJ:AdvancedOrganicChemistry:Reactions,Mechanismsand
Structure,4thed.NewYork:Wiley-Interscience,1992.
MotherwellWB,CrichD:FreeRadicalChainReactionsinOrganic
Synthesis.NewYork:AcademicPress,1992.
NonhebelDC,TedderJM,WaltonJC:Radical.Cambridge:Cambridge
UniversityPress,1979.
NonhebelDC,WaltonJC:Free-RadicalChemistry.Cambridge:Cambridge
UniversityPress,1974.
SamirZ,ZardR:RadicalReactionsinOrganicSynthesis.OxfordChemistry
Press,OxfordUniversityPress,2003.