A ligação de hidrogénio

As interacções descritas até agora não estão limitadas a moléculas de qualquer composição específica. Entretanto, há uma importante interação intermolecular específica para moléculas contendo um átomo de oxigênio, nitrogênio ou flúor que está ligado a um átomo de hidrogênio. Esta interação é a ligação de hidrogênio, uma interação da forma A-H—B, onde A e B são átomos de qualquer um dos três elementos mencionados acima e o átomo de hidrogênio está em uma linha reta entre os núcleos de A e B. Uma ligação de hidrogênio é cerca de 10 vezes mais forte que as outras interações descritas acima, e quando presente domina todos os outros tipos de interação intermolecular. É responsável, por exemplo, pela existência de água como um líquido a temperaturas normais; devido à sua baixa massa molar, seria de esperar que a água fosse um gás. A ligação de hidrogênio também é responsável pela existência como sólidos de muitas moléculas orgânicas contendo grupos hidroxila (-OH); os açúcares glicose e sacarose são exemplos.

Muitas interpretações da ligação de hidrogênio têm sido propostas. Uma que se encaixa no esquema geral deste artigo é pensar a unidade A-H como sendo composta de um orbital atômico A e um orbital de hidrogênio 1s e considerar um par único de elétrons em B como ocupando um orbital B. Quando os três átomos estão alinhados, estes três orbitais podem formar três orbitais moleculares: uma ligação, uma grande parte sem ligação e uma anti-ligação. Há quatro elétrons para acomodar (dois da ligação A-H original e dois do par solitário). Eles ocupam as orbitais de ligação e não-ligação, deixando a orbital anti-ligação vaga. Assim, o efeito líquido é diminuir a energia do agrupamento AHB e, portanto, constituir uma ligação intermolecular. Mais uma vez, ao encontrar a ligação de hidrogênio, encontra-se uma reviravolta na atitude convencional; a questão levantada por esta interpretação não é por que tal ligação ocorre, mas por que ela não ocorre de forma mais geral. A explicação está no pequeno tamanho do átomo de hidrogênio, que permite que o equilíbrio de energias no esquema orbital molecular seja favorável à ligação.

A ligação do hidrogênio ocorre com átomos que não sejam nitrogênio, oxigênio e flúor, se eles carregam uma carga negativa e, portanto, são ricos em elétrons prontamente disponíveis. Assim, a ligação de hidrogênio é um dos principais mecanismos de hidratação dos ânions em solução aquosa (a ligação das moléculas de H2O às espécies de soluto) e, portanto, contribui para a capacidade da água de agir como um bom solvente para compostos iônicos. Também contribui para a hidratação de compostos orgânicos contendo átomos de oxigénio ou nitrogénio e, portanto, é responsável pela solubilidade aquosa dos álcoois muito maior do que os hidrocarbonetos.

As ligações de hidrogénio são de grande importância na determinação da estrutura dos compostos biologicamente significativos, sobretudo as proteínas e o ácido desoxirribonucleico (ADN). Uma característica importante da estrutura das proteínas (que são polipéptidos, ou polímeros formados a partir de aminoácidos) é a existência da ligação peptídeo, o grupo -CO-NH-, que aparece entre cada par de aminoácidos adjacentes. Esta ligação fornece um grupo NH que pode formar uma ligação de hidrogênio a um átomo aceitante adequado e um átomo de oxigênio, que pode atuar como um receptor adequado. Portanto, uma ligação peptídeo fornece os dois ingredientes essenciais de uma ligação de hidrogênio. A codificação conjunta de tais grupos peptídeos por ligação de hidrogênio do tipo mostrado na Figura 17 foi examinada em detalhes por Pauling e Robert Corey, que formularam um conjunto de regras, as regras Pauling-Corey, para sua implementação. A implicação destas regras é a existência de dois tipos de estrutura para um polipéptido, que é uma forma helicoidal (a hélice α) ou uma forma de folha plissada (a folha plissada β). Todos os polipeptídeos têm uma estrutura ou outra e muitas vezes têm regiões alternadas de cada um. Como as propriedades e o comportamento de uma molécula enzimática (uma classe particular de polipéptidos) são determinados pela sua forma e, em particular, pela forma da região onde a molécula em que actua necessita de se fixar, segue-se que as ligações de hidrogénio são centralmente importantes para as funções da vida.

 ligação de hidrogênio
ligação de hidrogênio

Figure 17: A ligação dos átomos em duas ligações de peptídeo pelas ligações de hidrogênio que eles podem formar. Os elos podem fazer parte da mesma cadeia de polipeptídeos que se duplicou ou podem pertencer a cadeias diferentes.

Encyclopædia Britannica, Inc.

As ligações de hidrogênio também são responsáveis pela transmissão de informação genética de uma geração para outra, pois são responsáveis pela chaveamento específico em conjunto da citosina com a guanina e da timina com as moitas adeninas que caracterizam a estrutura da dupla hélice do DNA.

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