Medicina.

Como se dijo anteriormente (Sec. 1.21), las características de la solubilidad de los solutos no iónicos dependen principalmente de su polaridad y en particular de su capacidad para formar puentes de hidrógeno. Nuestra regla empírica dice que <<una sustancia disuelve a otra semejante>>.

Consideremos los tipos de compuestos con los que nos hemos encontrado, comenzando por los hidrocarburos y los halogenuros de alquilo, que son no polares o débilmente polares y se disuelven en disolventes de polaridad semejante: en hidrocarburos como ligroína o benceno; en halogenuros de alquilo como cloroformo o tetracloruro de carbono; en dietil éter. Las fuerzas que unen entre sí a las moléculas del soluto y a las del disolvente se reemplazan rápidamente por otras similares que mantienen unidas las moléculas del soluto con las del disolvente. Los hidrocarburos y los halogenuros de alquilo no se disuelven en agua, cuyas moléculas son muy polares y se unen unas a otras fuertemente por puentes de hidrógeno.

Volvamos ahora a los alcoholes. Estructuralmente, un alcohol es una mezcla de un alcano y agua: tiene un grupo alquilo, semejante a un alcano, y un grupo hidroxilo, semejante al agua.

El grupo hidroxilo es muy polar y, lo que es más importante, contiene un hidrógeno enlazado a un elemento altamente electronegativo: el oxígeno. Mediante el grupo hidroxilo las moléculas de un alcohol son capaces de formar puentes de hidrógeno: puentes entre sí mismas que dan a los alcoholes sus puntos de ebullición anormalmente elevados (Sec. 1.20 y 17.5); puentes de hidrógeno con otras moléculas, que tienden a hacer los alcoholes más solubles en otros compuestos hidroxilos, como el agua. Los alcoholes pequeños, como el metanol (CH3OH) son completamente solubles en agua (Sec. 1.21). Los puentes de hidrógeno que existen entre moléculas de agua y metanol pueden reemplazar fácilmente a los muy similares puentes de hidrógeno formados entre diferentes moléculas de metanol y diferentes moléculas de agua.

Debido a la condición muy especial del agua como disolvente especialmente en sistemas biológicos se utilizan las palabras hidrófilo (que ama al agua) e hidrófobo (que odia al agua) para designar la solubilidad e insolubilidad en agua. A menudo se emplean el término lipófilo (que ama las grasas), en lugar de hidrófobo; esto destaca no tanto la insolubilidad en agua, sino más bien la solubilidad en disolventes no polares. Así, el metanol es hidrófilo y los alcanos y halogenuros de alquilo son lipófilos (o hidrófobos).

Puesto que es más fácil trabajar con un término correspondiente a una cualidad positiva que con uno para una cualidad negativa, en este libro usaremos, generalmente, la palabra lipófilo, con la que queremos indicar simplemente el hecho de la solubilidad en disolventes no polares. Bien puede ser, como sostienen muchos, que esa solubilidad se deba más al rechazo por el agua que a la aceptación positiva por un disolvente no polar.

Consideremos ahora el efecto del grupo alquilo en la solubilidad de una serie de alcoholes en los que el grupo hidroxilo es hidrófilo, y el grupo alquilo, lipófilo. La tabla tabla 6.1 da la solubilidad en agua de una serie de alcoholes. Para los miembros inferiores de la serie, el grupo OH representa una parte grande de la molécula, de modo que estos compuestos son miscibles con agua. Sin embargo, podemos ver que a medida que aumenta el número de carbonos, la solubilidad disminuye regularmente: una cadena larga con un OH en un extremo es principalmente un hidrocarburo, y su solubilidad lo indica (véase Fig. 6.2).

Ahora bien, si una molécula es grande suficiente si un alcohol, por ejemplo, tiene una cadena de 16 a 20 carbonos o más sus partes hidrófilas y lipófilas exhiben sus propiedades de solubilidad individuales. Las partes hidrófilas y lipófilas exhiben sus propiedades de solubilidad individuales. Las partes hidrófilas se disuelven en agua, y las lipófilas, en un disolvente no polar o, si no hay ninguno presente, se agrupan de hecho, se disuelven mutuamente. Este comportamiento de solubilidad dual confiere a los jabones y detergentes su poder limpiador (Secs. 37.3 y 37.5) y controla la alineación de moléculas en las membranas celulares (Sec. 37.8); una molécula de una proteína globular digamos, una enzima se enrolla para exponer sus partes hidrófilas al agua circundante y para esconcer sus fragmentos lipófilos; al hacer esto, adquiere una forma muy particular, necesaria para sus propiedades biológicas características (Sec. 40.11).

6.4 Solubilidad: solutos iónicos. Disolventes próticos y apróticos. Pares iónicos

Volvamos ahora a la disolución de compuestos iónicos.

Las fuerzas que mantienen unido el retículo iónico son poderosas, y para vencerlas se necesita una gran cantidad de energía, que es suministrada por la formación de muchos enlaces ión-dipolo entre los iones y el disolvente. Alrededor de cada ión se amontonan muchas moléculas de disolvente, con su extremo positivo vuelto hacia un ión negativo, y su extremo negativo, hacia un ión positivo (Fig. 6.1, Sec. 6.2).

Para disolver sustancias iónicas, un disolvente debe ser altamente polar. Además, como hemos visto, debe tener una elevada constante dieléctrica elevada, es decir, debe ser un buen aislante para que disminuya la atracción entre los iones con cragas opuestas una vez solvatados.

El agua debe su superioridad como disolvente de sustancias iónicas sólo parcialmente a su polaridad y a su elevada constante dieléctrica. Hay otros líquidos con momentos dipolares considerables y altas constantes dieléctricas, y sin embargo son disolventes muy pobres para compuestos iónicos. Lo que se necesita es poder de solvatación: la capacidad para formar enlaces fuertes con los ioness disueltos. El poder de solvatación no depende simplemente de un elevado momento dipolar, sino que tiene que ver con la naturaleza de los enlaces ión-dipolo formados. Para ver lo que esto significa, debemos observar más detenidamente la estructura del disolvente. Comencemos con el agua.

Hemos establecido que los cationes son atraídos al polo negativo de un disolvente polar.

En el agua, el polo negativo está en el oxígeno, que es altamente electronegativo y, lo que es más importante, tiene pares de electrones no compartidos.

Además, con sólo dos minúsculos hidrógenos unidos, el oxígeno está bien expuesto: varios átomos de oxígeno de otras tantas moléculas de agua pueden agruparse en torno al catión sin amontonarse.

Los aniones, dijimos que son atraídos

...