Um grupo de cientistas associados à IUPAC publicou em Julho a nova definição para o termo ligação de hidrogénio na revista Pure and Apllied Chemistry. O grupo de 14 colaboradores, formado em 2005, esteve em deliberações por perto de 4 anos. No início de 2011 a IUPAC apresentou a nova definição (provisória), pedindo a colaboração final de toda a comunidade científica (e os químicos em particular).
As ligações de hidrogénio são muito comuns. Como o nome indica, envolvem sempre um átomo de hidrogénio. Podem ser intermoleculares (entre duas moléculas) ou intramoleculares (envolvendo átomos da mesma molécula). E são muito importantes, tanto a nível da Química como a nível da Bioquímica.
Segundo a nova definição uma ligação de hidrogénio é “uma interacção atractiva entre um átomo de hidrogénio de uma molécula ou um fragmento molecular, X – H, em que X é mais electronegativo que H e um átomo, ião ou grupo de átomos na mesma molécula ou numa molécula diferente (representado por Y – Z), em que existem evidências da formação de uma ligação”.
O artigo da Pure and Apllied Chemistry apresenta ainda uma lista de características de ligações de hidrogénio e critérios a utilizar na sua identificação. E complementado com um conjunto de notas de rodapé (footnotes, no original).
O melhor exemplo da importância das ligações de hidrogénio é as propriedades físicas que conferem à água. Como mostra a figura seguinte cada molécula de água pode estabelecer quatro ligações de hidrogénio com (quatro) moléculas vizinhas.
Esta capacidade é responsável pelo gelo (água no estado sólido) ser menos denso (e como tal flutuar) que a água no estado líquido e é também responsável pelo “anormalmente” elevado ponto de ebulição da água (temperatura em que a água passa do estado líquido para o estado gasoso).
As ligações de hidrogénio também são importantes para a conformação/estrutura de muitas biomoléculas, em particular as proteínas, o DNA e o RNA. A figura seguinte apresenta uma parte de uma molécula de DNA (à esquerda) (Crédito: Wikipedia - adap.).
Uma molécula de DNA é constituída por duas “bandas” que estão unidas entre si por ligações de hidrogénio. Á direitas na figura são apresentadas as ligações de hidrogénio que são estabelecidas entre as bases azotadas do DNA. Uma base de timina (T) consegue estabelecer duas ligações de hidrogénio com uma base de adenina (A) de outra “banda”, enquanto que uma base de citosina (C) consegue estabelecer três ligações de hidrogénio com uma base de guanina (G).
Até o início do século XX uma ligação de hidrogénio era definida exclusivamente como uma interacção electrostática (ligação entre elementos com cargas contrárias) entre um átomo de hidrogénio e um átomo bastante mais electronegativo (átomo com capacidade para atrair a si electrões). Para além disso o átomo de hidrogénio envolvido na ligação de hidrogénio teria de ter uma ligação covalente (em que existe a partilha de electrões) com um átomo de um elemento muito electronegativo. Em geral o átomo electronegativo seria um átomo de azoto (N), oxigénio(o) (os elementos envolvidos nas ligações de hidrogénio do DNA) ou flúor (F).
Quando um átomo está ligado covalentemente a um átomo muito electronegativo é criado um dipolo permanente, em que o átomo de hidrogénio é o “polo positivo”. Este átomo de hidrogénio tem facilidade para estabelecer uma ligação com outro átomo muito electronegativo. A interacção electrostática criada nesta ligação é facilitada pelo pequeno tamanho do átomo de hidrogénio em relação aos outros átomos.
No entanto, ao longo do século XX foram aparecendo casos de ligações de hidrogénio que não se conformavam à definição oficial da IUPAC. Como as ligações estabelecidas entre moléculas de etileno e moléculas de sulfureto de hidrogénio. Nem o carbono (presente no etileno) nem o enxofre (presente no sulfureto de etileno) são elementos particularmente electronegativos, pelo que as ligações entre estas moléculas envolvendo o átomo de hidrogénio, embora possuindo todas as características de uma ligação de hidrogénio, não podiam receber esse nome.
Outro exemplo é o das ligações envolvendo hidrogénio estabelecidas entre moléculas de um complexo, trans-[PtCl2(NH3)N-glycine)]•H2O. Neste caso, como se pode ver pela figura, são estabelecidas ligações intermoleculares entre átomos de platina (Pt) e átomos de hidrogénio (H) que apresentam muitas das características de uma ligação de hidrogénio. Mas os átomos de platina são apenas ligeiramente mais electronegativos que os de hidrogénio. Segundo a nova definição a ligação estabelecida entre os átomos de hidrogénio e os átomos de platina é agora considerada uma ligação de hidrogénio (Crédito: Angew. Chem. Int. Ed - adap.).
Notas:
(1) Em Portugal as ligações de hidrogénio são muitas vezes referidas como pontes de hidrogénio;
(2) Segundo a nova definição de ligação de hidrogénio este tipo de ligação pode ser estabelecida entre um átomo de hidrogénio e um átomo menos electronegativo como é o caso de elementos dos grupos dos metais alcalinos e dos metais alcalino-terrosos;
(3) O artigo da revista Pure and Apllied Chemistry com a nova definição de ligação de hidrogénio encontra-se aqui;
(4) Este site (em inglês) apresenta informação muito interessante sobre a história do desenvolvimento do conceito de ligação de hidrogénio;
(5) Um artigo fundamentando a necessidade de alterar o conceito de ligação de hidrogénio, escrito por Gautam R. Desiraju, um dos elementos do grupo da IUPAC, encontra-se aqui.
(6) O artigo de 1994 da revista Pure and Apllied Chemistry com (entre muitas outras) a antiga definição de ligação de hidrogénio encontra-se aqui.
As ligações de hidrogénio são muito comuns. Como o nome indica, envolvem sempre um átomo de hidrogénio. Podem ser intermoleculares (entre duas moléculas) ou intramoleculares (envolvendo átomos da mesma molécula). E são muito importantes, tanto a nível da Química como a nível da Bioquímica.
Segundo a nova definição uma ligação de hidrogénio é “uma interacção atractiva entre um átomo de hidrogénio de uma molécula ou um fragmento molecular, X – H, em que X é mais electronegativo que H e um átomo, ião ou grupo de átomos na mesma molécula ou numa molécula diferente (representado por Y – Z), em que existem evidências da formação de uma ligação”.
O artigo da Pure and Apllied Chemistry apresenta ainda uma lista de características de ligações de hidrogénio e critérios a utilizar na sua identificação. E complementado com um conjunto de notas de rodapé (footnotes, no original).
O melhor exemplo da importância das ligações de hidrogénio é as propriedades físicas que conferem à água. Como mostra a figura seguinte cada molécula de água pode estabelecer quatro ligações de hidrogénio com (quatro) moléculas vizinhas.
Esta capacidade é responsável pelo gelo (água no estado sólido) ser menos denso (e como tal flutuar) que a água no estado líquido e é também responsável pelo “anormalmente” elevado ponto de ebulição da água (temperatura em que a água passa do estado líquido para o estado gasoso).
As ligações de hidrogénio também são importantes para a conformação/estrutura de muitas biomoléculas, em particular as proteínas, o DNA e o RNA. A figura seguinte apresenta uma parte de uma molécula de DNA (à esquerda) (Crédito: Wikipedia - adap.).
Uma molécula de DNA é constituída por duas “bandas” que estão unidas entre si por ligações de hidrogénio. Á direitas na figura são apresentadas as ligações de hidrogénio que são estabelecidas entre as bases azotadas do DNA. Uma base de timina (T) consegue estabelecer duas ligações de hidrogénio com uma base de adenina (A) de outra “banda”, enquanto que uma base de citosina (C) consegue estabelecer três ligações de hidrogénio com uma base de guanina (G).
Até o início do século XX uma ligação de hidrogénio era definida exclusivamente como uma interacção electrostática (ligação entre elementos com cargas contrárias) entre um átomo de hidrogénio e um átomo bastante mais electronegativo (átomo com capacidade para atrair a si electrões). Para além disso o átomo de hidrogénio envolvido na ligação de hidrogénio teria de ter uma ligação covalente (em que existe a partilha de electrões) com um átomo de um elemento muito electronegativo. Em geral o átomo electronegativo seria um átomo de azoto (N), oxigénio(o) (os elementos envolvidos nas ligações de hidrogénio do DNA) ou flúor (F).
Quando um átomo está ligado covalentemente a um átomo muito electronegativo é criado um dipolo permanente, em que o átomo de hidrogénio é o “polo positivo”. Este átomo de hidrogénio tem facilidade para estabelecer uma ligação com outro átomo muito electronegativo. A interacção electrostática criada nesta ligação é facilitada pelo pequeno tamanho do átomo de hidrogénio em relação aos outros átomos.
No entanto, ao longo do século XX foram aparecendo casos de ligações de hidrogénio que não se conformavam à definição oficial da IUPAC. Como as ligações estabelecidas entre moléculas de etileno e moléculas de sulfureto de hidrogénio. Nem o carbono (presente no etileno) nem o enxofre (presente no sulfureto de etileno) são elementos particularmente electronegativos, pelo que as ligações entre estas moléculas envolvendo o átomo de hidrogénio, embora possuindo todas as características de uma ligação de hidrogénio, não podiam receber esse nome.
Outro exemplo é o das ligações envolvendo hidrogénio estabelecidas entre moléculas de um complexo, trans-[PtCl2(NH3)N-glycine)]•H2O. Neste caso, como se pode ver pela figura, são estabelecidas ligações intermoleculares entre átomos de platina (Pt) e átomos de hidrogénio (H) que apresentam muitas das características de uma ligação de hidrogénio. Mas os átomos de platina são apenas ligeiramente mais electronegativos que os de hidrogénio. Segundo a nova definição a ligação estabelecida entre os átomos de hidrogénio e os átomos de platina é agora considerada uma ligação de hidrogénio (Crédito: Angew. Chem. Int. Ed - adap.).
Notas:
(1) Em Portugal as ligações de hidrogénio são muitas vezes referidas como pontes de hidrogénio;
(2) Segundo a nova definição de ligação de hidrogénio este tipo de ligação pode ser estabelecida entre um átomo de hidrogénio e um átomo menos electronegativo como é o caso de elementos dos grupos dos metais alcalinos e dos metais alcalino-terrosos;
(3) O artigo da revista Pure and Apllied Chemistry com a nova definição de ligação de hidrogénio encontra-se aqui;
(4) Este site (em inglês) apresenta informação muito interessante sobre a história do desenvolvimento do conceito de ligação de hidrogénio;
(5) Um artigo fundamentando a necessidade de alterar o conceito de ligação de hidrogénio, escrito por Gautam R. Desiraju, um dos elementos do grupo da IUPAC, encontra-se aqui.
(6) O artigo de 1994 da revista Pure and Apllied Chemistry com (entre muitas outras) a antiga definição de ligação de hidrogénio encontra-se aqui.
Seu texto é muito importante para nós químicos! Obrigado! Gostaria de saber qual é o termo recomendado pela IUPAC para caracterizar as interações entre moléculas polares e entre moléculas apolares. Pelo que eu vejo, cada autor utiliza um termo, tal como Disperção de London, wan der Waals, dipolo induzido-dipolo instantâneo.
ResponderEliminarFicarei muito grato se me ajudar nisto.