Extras din seminar

Momentul dipolar electric permanent (μel) este o proprietate moleculară esenţială şi folosită des de farmacist. Multe caracteristici de substanţă importante pentru farmacişti ca, polaritatea, solubilitatea unei substanţe în diferiţi solvenţi, solubilitatea diferenţiată a diferitelor substanţe în acelaşi solvent, viteza de dizolvare, pătrunderea substanţei prin membrane biologice, chiar structura geometrică a unei molecule sunt proprietăţi moleculare indispensabile pentru a înţelege acţiunea medicamentului. Aceste proprietăţi adesea sunt direct legate de pătrunderea în organism a medicamentului, (forma de condiţionare, locul de penetrare a membranelor biologice nepolare apărătoare ale organismului, deci de fapt polaritatea moleculei substanţei active), viteza distribuţiei în organism (solubilitatea şi viteza de dizolvare în mediul de distribuţie polar - apa, gradul de blocare a substanţei active de către sistemele de apărare ale organismului, adică de proteinele prezente în circuitul sanguin), metabolizarea medicamentului (modificarea chimică având ca rezultat mărirea polarităţii, scopul organismului fiind eliminarea cât mai rapidă a substanţei străine, realizabilă printr-un mediu de transport cu caracter polar), toxicitatea medicamentului (adesea legată direct de polaritate), viteza de eliminare din organism (legată de asemenea de polaritate), şi nu în ultimul rând efectul (legarea) medicamentului la receptorul ţintă al acestuia. Rezultă că este avantajos să se cunoască momentul de dipol electric al unei molecule.

Prezenţa într-un edificiu molecular a momentului dipolar electric permanent presupune o separare (la o anumită distanţă d) a centrului de greutate a sarcinilor pozitive (δ+), faţă de centrul de greutate a sarcinilor negative (δ-), definiţia din fizică a momentului dipol fiind (figura 1):

Figura 1. Definiţia momentului dipolar eletric.

Trebuie precizat de la început că momentul electric dipolar este considerat un vector, cu orientarea (vârful săgeţii) către sarcina negativă (prin convenţie), vezi figura 2. Momentul dipolar electric în chimie se măsoară în unităţi debye (pronunţat debai): legătura acestei unităţi cu cele fizice este 1D = 3,33•10-30 C•m (coulomb ori metru).

Figura 2. Caracterul vectorial al momentului dipolar electric.

Pentru a înţelege originea mărimii fizice moment electric de dipol molecular permanent se va analiza prezenţa acestuia în diverse situaţii în compuşii chimici.

Separarea centrului de greutate a sarcinilor negative de cele pozitive în nici un caz nu poate apărea într-un atom liber (situaţie ipotetică, atom nelegat de nici un alt atom prin legătură chimică): analizând în această situaţie orbitalii atomici (fie s – cu simetrie sferică evidentă, fie p, d, , – care au probabilitate de prezenţă simetrică faţă de nucleu, adică lobi simetrici de o parte şi de alta a nucleului) se ajunge imediat la această concluzie. Ca atare nici un atom „liber” nu va poseda moment dipol electric.

În schimb dacă se formează o legătură chimică între atomi, pot apărea două situaţii distincte: (a) dacă atomii sunt identici (ca în H2, N2, O2, F2, Cl2, ) nu există motive ca electronii de legătură să prefere unul din atomi, ei fiind distribuiţi cu aceeaşi probabilitate în jurul ambelor nuclee; (b) dacă atomii nu sunt identici (legătură heteroatomică, ca în HF, HCl, HBr, , dar şi CH, CF, CCl, ) electronii de legătură vor prezenta probabilitate de prezenţă mai mare în jurul unuia din nucleele atomice ce formează legătura chimică. În cazul (a) centrul de greutate a sarcinilor pozitive (creat de nuclee) trebuie să se afle la mijlocul distanţei dintre nuclee, iar centrul de greutate a sarcinilor negative (creat de norul electronic) se află în acelaşi punct. Se spune că legătura este nepolară. În schimb în cazul (b) se spune că legătura chimică este polarizată. Pentru o legătură chimică acest din urmă caz reprezintă situaţia tipică de separare la o anumită distanţă în spaţiu a centrului de greutate a sarcinilor pozitive (creat de sarcina nucleelor), faţă de centrul de greutate a sarcinilor negative (creat de norul electronic „deformat” datorită prezenţei de probabilitate mai mari în jurul unuia din nuclee). Această polarizare are ca rezultat apariţia momentului electric dipolar (vezi figurile 1 şi 2) al legăturii chimice.

O mărime proporţională cu tendinţa ca electronii care formează o legătură chimică să manifeste probabilitate de prezenţă mai mare în jurul unuia din atomii legăturii heteroatomice este electronegativitatea atomilor respectivi. Cu cât electronegativitatea unui atom este mai mare, cu atât probabilitatea de prezenţă a electronilor de legătură în jurul acestuia este mai mare. Rezultă imediat că o diferenţă de electronegativitate mare între atomii participanţi la o legătură heteroatomică conduce la polarizarea puternică a legăturii şi la apariţia unui moment electric dipolar mare pentru legătura respectivă. Tabelul 1 prezintă câteva valori de electronegativităţi pentru câţiva atomi, care apar mai des în compuşii obişnuiţi.