Le interazioni deboli della chimica supramolecolare
Buonasera,

come ha già spiegato bene quimico, la chimica supramolecolare è la chimica delle interazioni deboli. Le supramolecole infatti si formano e sono tenute insieme da legami non covalenti intermolecolari. In questo post andremo a vedere più da vicino quali sono le interazioni deboli coinvolte, come agiscono, le loro caratteristiche, la loro forza. Gran parte le si conoscono già in chimica generale, altre no, tuttavia qui le vedremo in maggiore dettaglio.
Abbiamo:

1.     Interazioni elettrostatiche
  1.1.  ione – ione
  1.2.  ione – dipolo
  1.3.  dipolo – dipolo
2.     Legame a idrogeno
3.     Forze di dispersione e induzione ( van der Waals )
4.     Catione – π
5.     CH – π
6.     π – π
7.   Effetto idrofobico

Iniziamo dalle elettrostatiche che si suddividono a loro volta in 3 tipi. 

IONE – IONE

Sono interazioni regolate dalla legge di Coulomb che ricordiamo essere:

F = 1\e * q1*q2\ d^2

le interazioni ione – ione non sono direzionali, nel senso che in qualunque maniera si dispongano fra loro gli ioni interagenti la forza del legame è sempre uguale. Un esempio di tale legame è il reticolo del cloruro di sodio.

IONE – DIPOLO

Sono le interazioni che si instaurano fra una molecola polare e uno ione. A differenza delle ione – ione questo tipo di legame è direzionale. Un esempio sono gli eteri corona che coordinano cationi alcalini.

DIPOLO – DIPOLO

Avviene fra due molecole polari e può formarsi in 2 modi. Prendiamo come esempio 2 molecole di acetone e vediamo che la 1 è presente sia allo stato solido che liquido mentre la 2 solo allo stato solido. La 2 è la più forte e può arrivare a 5 kcal \ mol.

       


LEGAME A IDROGENO

E’ l’interazione più importante della chimica supramolecolare. Può arrivare oltre 5 kcal\ mol. La possiamo vedere come un caso speciale di interazione dipolo – dipolo. Avviene quando un H è legato a un atomo elettronegativo in grado di polarizzare il legame X – H. E’ direzionale e in particolare più donatore e accettore stanno sullo stesso asse più è forte il legame. Dagli esempi vediamo che spostandoci dalla linearità del legame le cariche parziali negative iniziano a respingersi indebolendo il legame.

           

CATIONE – π

E’ l’interazione che si instaura fra un catione e un sistema π che può essere quello di un sistema aromatico, dei doppi legami coniugati  o un semplice doppio legame. Prendendo come esempio il benzene, visto di lato, vediamo che la nuvola elettronica rappresenta un δ- mentre sugli idrogeni vi è un δ+. La nuvola elettronica può così coordinare cationi ed è stata misurata l’interazione del benzene con diversi cationi metallici in fase gas.

   

CH – π

Si instaura fra un sistema π e un C-H polarizzato per effetto induttivo da un gruppo elettronattrattore legato al carbonio come può essere nel nitrometano.

STACKING π-π

A sua volta anche 2 sistemi π fra loro possono instaurare una interazione che fra le π è addirittura la più forte arrivando a 1,5 kcal \ mol. Essi possono interagire in 2 modi: face to face ed edge to face, quest’ultima adottata dal benzene solido. Nella face to face i due sistemi sono impilati fra loro ma sfalsati di modo che il δ+ sull’idrogeno vada a centrare la nuvola del sistema adiacente. E’ la struttura adottata dalla grafite. Nella edge to face si ha invece che l’idrogeno del bordo punti al centro della nuvola del secondo sistema formando una T.


           

FORZE DI VAN DER WAALS INDUZIONE \ DISPERSIONE

Si realizzano fra molecole poco polari o apolari. Sono dovute ad attrazioni per dipolo istantaneo – dipolo indotto o dipolo - dipolo indotto. Sono molto deboli, inferiori a 0,4 kcal \ mol. Azoto o ossigeno liquido sono tenuti insieme da interazioni del genere. Aumentano con la polarizzabilità, la dimensione e la superficie esposta ( forma ). Dipendono pure dalla distanza dove sono attrattive fino a un minimo per poi diventare repulsive al di sotto di quel minimo.

    

EFFETTO IDROFOBICO

Sono molto importanti in chimica supramolecolare, alla base di questo tipo di interazioni ci stanno le forze di van der Waals. Le possiamo riassumere con questa espressione: “ la cacciata dell’acqua “. Le spieghiamo meglio però con un esempio. Ammettiamo di avere una proteina con una cavità in cui due catene laterali di leucina  sono separati fra loro da due molecole d’acqua. Le molecole d’acqua si interpongono fra i due residui con una interazione di van der Waals molto debole ( dipolo – dipolo indotto ). Come processo spontaneo avviene che la proteina si ripiega su sè stessa avvicinando i due residui e cacciando fuori l’acqua. E’ un processo entalpicamente guidato perchè le interazioni della situazione finale, legame a idrogeno fra le due molecole d’acqua, e la van der Waals fra i due residui, sono più forti rispetto alla situazione iniziale. Vi è anche un contributo entropico dovuto al fatto che dentro la cavità l’acqua è ordinata mentre una volta cacciata è disordinata nel solvente con un complessivo aumento di entropia.

   

Vi ringrazio dell'attenzione, spero di essere stato d'aiuto.
" Non veni pacem mittere sed gladium " - Mt 10,34
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