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Interacciones Moleculares

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by

elkin navarro

on 9 April 2015

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Transcript of Interacciones Moleculares

Interacciones Moleculares
La unión de una enzima a su sustrato puede estar gobernada por interacciones electrostáticas, como en el caso de la Ribulosa-bifosfato-carboxilasa
7.5
red cristalina de NaCl
Los compuestos iónicos son una combinación de cationes y aniones
Los aminoácidos cargados de una proteína pueden establecer enlaces iónicos (puentes salinos) dentro de una proteína o entre proteínas distintas
Las cargas positivas de la proteína (en azul) se disponen en torno a la hélice del DNA cargada negativamente
Interacciones Iónicas
* Los iones con cargas de signo opuesto se atraen
* Los iones con cargas del mismo signo se repelen
Interacciones Iónicas
Interacción ión-ión
En esta interacción las partículas participantes son iones de igual o distinta carga:
7.4
Otros ejemplos:
CH4 (dipolo inducido-dipolo inducido)
H2O (puente hidrógeno)
SO2 (dipolo-dipolo)
Cuarzo cristalino (SiO2), dipolo-dipolo
7.7
Cristales moleculares
Se mantienen unidos por fuerzas intermoleculares de Van der Waals, por lo tanto son mucho más débiles con bajos punto de fusión
Tipos de cristales
7.6
CaF2
ZnS
CsCl
Cristales iónicos
Se mantienen juntos por la atracción electrostática
Altos punto de fusión
Tipos de cristales
El dipolo se va a orientar en función de la carga del ión
Es la interacción entre un ión y una molécula polar
Interacción ión-dipolo
La constante dieléctrica e depende del medio, y es un parámetro que indica el grado de apantallamiento que sufre el campo eléctrico en el medio en el cual se encuentran las cargas.
q y q´ son las cargas de los iones considerados, K una constante de proporcionalidad, r la distancia entre los iones y ɛ la constante dieléctrica
Interacciones Iónicas
Puente Salino:
Son frecuentes entre una enzima y su sustrato, entre los aminoácidos de una proteína o entre los ácidos nucleicos y las proteínas
7.4
1.1
Se entiende por partículas a iones, átomos o moléculas
Las propiedades macroscópicas de la materia dependen de las interacciones que se producen a nivel molecular entre las partículas que la constituyen
Energías de Interacción
Por lo general, las fuerzas intermoleculares son mucho más débiles que las fuerzas intramoleculares.
“Medida” de fuerza intermolecular
punto de ebullición
punto de fusión
intermolecular vs. intramolecular

41 kJ para evaporar 1 mol de agua (inter)

930 kJ para romper todos los enlaces O-H en 1 mol de agua (intra)
Fuerzas
intramoleculares
mantienen juntos a los átomos en una
molécula
Fuerzas
intermoleculares
son fuerzas de atracción entre las moléculas
Fuerzas intermoleculares
Interacciones ente iones y entre moléculas.
Tipo de interacción
Energías típica
(kcal/mol)
Ion-ion
400-4000
Ion-dipolo
40-60
Ion-dipolo inducido
5-80
Dipolo-dipolo
1-6
Dipolo-dipolo inducido
0,2-2
Dipolo inducido-dipolo inducido
0,02-10
Puentes de hidrógenos
2-10
1.3
E
Interacciones de Van der Waals
:
Interacción puente hidrógeno
Interacción dipolo-dipolo
Interacción dipolo-dipolo inducido
Interacción dipolo inducido-dipolo inducido
Interacciones iónicas:
Interacción ión-ión
Interacción ión-dipolo
Interacción ión-dipolo inducido
Clasificación de las Interacciones
Interacciones Iónicas
M es la constante de Madelung
Energía reticular (Er) es la energía que se libera cuando se forma un mol de un compuesto iónico cristalino
r es la distancia entre los iones
q2 es la carga en el anión
q1 es la carga en el catión
r F < r Cl
853
1036
LiCl
LiF
q = +2,-2
q = +2,-1
3938
2957
MgO
MgF2
Energía reticular
Comp.
La energía reticular aumenta
cuando
q
aumenta
cuando
r
disminuye
La magnitud de la Energía Potencial electrostática es directamente proporcional a la magnitud de las cargas e inversamente proporcional a la distancia que las separa .
Vidrio
7.26
Recordar:
cuando aumenta la energía de interacción aumentan las propiedades macroscópicas (menos la presión de vapor)
cuando aumenta la temperatura, disminuyen las interacciones y por lo tanto disminuyen las propiedades macroscópicas
3) Determinar si la especie que interacciona es
polar
o
no polar
. Cuando la molécula es polar la interacción es del
tipo dipolo
. Si la molécula es no polar, la interacción es del
tipo dipolo inducido
.
2) Identificar si las especies que interaccionan tienen un
hidrógeno protónico
. Los
puentes de hidrógeno
son las interacciones más fuertes dentro de las de Van der Waals.
1) Identificar si las especies que interaccionan son
iones
. Las
interacciones iónicas
son las más fuertes.
Estrategia de trabajo
Oxígeno
Nitrógeno
Carbono
7.23
Estructura de las proteínas
Las interacciones de orientación, de inducción y de dispersión no se manifiestan en forma individual, sino que aparecen en conjunto.
es una molécula polar. Interacción dipolo-dipolo. Hay también menor contribución de las fuerzas de dispersión
SO2
es no polar. Interacción dipolo inducido-dipolo inducido
(fuerzas de dispersión)
CH4
es una molécula polar. Interacción dipolo-dipolo
También contribuyen las fuerzas de dispersión (dipolo inducido-dipolo inducido) pero en menor proporción
HBr
¿Qué tipo de fuerzas intermoleculares existe entre cada una de las moléculas siguientes?
P.E: 36 ºC
pentano
2,2-dimetilpropano
Dependencia con la forma
P.E: 10 ºC
Interacción dipolo inducido-dipolo inducido
En de alcanos
P.E: -161 ºC
a > Nº e- > ɑ > propiedades
P.E: 77 ºC
Nº e-: 74
Tetraclorometano
Nº e-: 10
Metano
¿Por qué el CO tiene una mayor afinidad que el O2 con el Fe2+ de la proteína de hemoglobina?
Ejemplo:
Esta interacción es la que permite la licuación de sustancias no polares como los gases nobles y los hidrocarburos.
La energía de interacción dipolo inducido-dipolo inducido aumenta:
cuando
ɑ
aumenta
cuando
r
disminuye
Fuerzas de dispersión de London: la nube electrónica de un átomo neutro es móvil y al cambiar de posición genera dipolos inducidos en el otro átomo neutro o molécula no polar
Esta interacción se establece entre dos átomos neutros o dos moléculas no polares
Interacción dipolo inducido-dipolo inducido
O2
Interacción ión-dipolo inducido
ΔE sol. = Paso 1 + Paso 2 = 788 – 784 = 4 kJ/mol
El proceso de disolución para el NaCl
C18H38
Ejemplo:
esta interacción permite que los gases no polares como N2, O2 e H2 se disuelvan en líquidos polares como el agua
Fuerzas de inducción: la molécula polar genera dipolos inducidos en la molécula no polar
La energía de interacción dipolo-dipolo inducido aumenta
cuando
µ
aumenta
cuando
ɑ
aumenta (
ɑ
depende de la cantidad de e-)
cuando
r
disminuye
Esta interacción se establece entre una
molécula polar
y un
átomo neutro
o
molécula no polar
Interacción dipolo-dipolo inducido
El efecto es más notable en la interacción dipolo-dipolo, porque al aumentar la temperatura, aumenta la agitación molecular dificultando la orientación de los dipolos, y por lo tanto disminuye la energía de interacción
Interacción dipolo-dipolo
Todas las fuerzas de interacción son afectadas por la

temperatura
Energía de interacción dipolo-dipolo aumenta
cuando
µ
aumenta
cuando
r
disminuye
cuando
T
disminuye
Corresponde a la fuerzas de atracción entre moléculas polares
Interacción dipolo-dipolo
ión-dipolo inducido
solución pardo oscura
Iodo no se disuelve en agua
La energía de interacción ión-dipolo inducido aumenta
cuando
q
aumenta
cuando
ɑ
aumenta
cuando
r
disminuye
Las fuerzas de inducción normalmente aumentan con la masa molar
La polarizabilidad aumenta cuando:
mayor es el número de electrones
más difusa es la nube electrónica
Polarizabilidad (ɑ)

es la facilidad con que la nube electrónica de un átomo o molécula puede distorsionarse
7.13
Fuerzas de inducción


La hidratación depende de la carga del ión y de su volumen (densidad de carga)
Hidratación es el proceso en el que un ión se rodea de moléculas de agua ordenadas de manera específica.
Densidad de carga
El fenómeno por el cual interaccionan los iones de un cristal con las moléculas polares de un disolvente se denomina solvatación
Cuando el disolvente es agua se denomina hidratación
La energía de hidratación aumenta
cuando
q
aumenta
cuando
µ
aumenta
cuando
r
disminuye
A y B son N, O, Cl ó F
o
A
…..
A
B
…..
H
A
H
El enlace de hidrógeno es una interacción especial dipolo-dipolo.
El átomo de hidrógeno unido covalentemente a un átomo muy electronegativo (O, N, Cl ó F) interacciona por atracción electrostática formando un puente hidrógeno del tipo O…H, N…H o F…H
Puente de hidrógeno (enlace de hidrógeno)
o-diclorobenceno
p-diclorobenceno
PE: 180 °C
PE: 174 °C
Predicción de los puntos de ebullición relativos sobre la base de interacciones dipolo-dipolo
≠





Este tipo de interacciones se producen entre átomos neutros o moléculas polares o no polares. No participan iones
Interacciones de Van der Waals
E
Interacción puente hidrógeno
-----------------------------------------------------
Interacción dipolo-dipolo
Interacción dipolo-dipolo inducido
Interacción dipolo inducido-dipolo inducido
Interacciones 6-12
m = 6 y n = 12
Es la interacción entre un
ión
y una
molécula no polar
o un
átomo neutro
Interacción ión-dipolo inducido
Dipolo
Catión
Dipolo inducido
Dipolo inducido
Interacción
dipolo
-
dipolo inducido
Interacción
ion
-
dipolo inducido
Son fuerzas de atracción que se producen porque la nube electrónica del átomo o molécula no polar se distorsiona generando dipolos inducidos
Fuerzas de inducción
Punto de ebullición
¿Por qué el enlace de hidrógeno se considera una interacción “especial” dipolo-dipolo?
Energía de interacción puente hidrógeno aumenta:
cuando aumenta la asociación molecular
cuando aumenta la basicidad del átomo aceptor (O, N, F)
para-clorofenol
Punto de fusión = 41°C
orto-clorofenol
Punto de fusión = 0°C
puente de hidrógeno
INTRAMOLECULAR
puentes de hidrógeno
INTERMOLECULARES
Ejemplo
µ=0
µ≠0
Solubilidades de gases en agua a 25 ºC
Cuando aumentan las energías de interacción aumentan las propiedades macroscópicas (densidad, viscosidad, puntos de fusión y ebullición, etc.), excepto la presión de vapor que disminuye
Fuerzas de orientación: orientación de moléculas polares
El curioso caso del metano
Ibuprofeno
Grupo R
Hidrógeno
La estructura proteica se mantiene por los enlaces de hidrógeno intramoleculares
(………)
Punto de Ebullición de Alcanos
Punto de Fusión de Alcanos
Densidad de Alcanos
El heptano (¡23 átomos) tiene un punto de ebullición próximo al del agua (¡3 átomos!).
Las fuerzas de van der Waals (heptano) son mucho más débiles que los enlaces de hidrógeno (agua).
Los alcanos con número de carbonos impar se empaquetan peor en la estructura cristalina y poseen puntos de ebullición un poco menores de lo esperado.
Cuanto mayor es el número de carbonos las fuerzas intermoleculares son mayores y la cohesión intermolecular aumenta, resultando en un aumento de la proximidad molecular y, por tanto, de la densidad. Nótese que en todos los casos es inferior a uno.
Elkin Navarro MSc
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