Linus Pauling: La naturaleza del enlaceQuímico y la estructura

molecular

Linus PaulingQuímico estadounidense y uno de los fundadores de la biología molecular, además de ser una de las mentes más preclaras del siglo XXI Él mismo se llamaba cristalógrafo, biólogo molecular e investigador médico.

Nació en Portland (Oregón), el 28 de febrero de 1901. Era hijo de un farmacéutico .

Uno de sus amigos llamado Lloyd Jeffress, quien era ingeniero químico, tenía un pequeño laboratorio químico en su habitación, y los experimentos llevados a cabo en este laboratorio despertaron el interés de Pauling.

Pauling continuó con sus estudios de química en el bachillerato, del cual no recibió diploma hasta 45 años más tarde, una vez ganados sus dos premios nobeles (1954 química, 1962 la paz)

En 1917 Pauling ingresó en la entonces llamada Universidad agrícola de obregón intercalando sus estudios con el trabajo (repartidor de leche, obrero en un astillero…)

Al comienzo de su segundo año de estudios, la Universidad le propuso aceptar una cátedra de química analítica cuantitativa que le permitiera continuar con sus estudios.

Lewis

Langmuir

En el transcurso de sus dos últimos años en la facultad Pauling estudió el trabajo de Lewis y Langmuir sobre la configuración electrónica de los átomos.

En este momento, decidió seguir una carrera en la investigación, concentrándose en la comprensión de la relación de la estructura atómica de la materia, con sus propiedades físicas y químicas; lo cual lo llevaría a convertirse en uno de los pioneros de la química cuántica.

Realizó sus primeras investigaciones en la OAC.

Pauling se graduó en 1922 como bachiller en ciencias, en el área de ingeniería de procesos.

La naturaleza del enlace químico

Enlace químicoProceso físico responsable de las

interacciones atractivas entre átomos y moléculas que confiere

estabilidad a los compuestos químicos diatómicos y

poliatómicos. En la práctica, los químicos

suelen apoyarse en la mecánica cuántica.

La mecánica cuántica

Utiliza el número cuántico para determinar el número máximo de electrones en cada orbital, llamando a los orbitales con las letras:S .- simetría esférica alrededor del núcleo atómicoP .- dos esferas achatadas hacia el punto de contacto (núcleo del átomo)D .- cuatro de ellos tienen forma de 4 lóbulos de signos alternados y el último es un doble lóbulo rodeado por un anillo F .- formas más exóticas

Pauling observó que para describir el enlace en las moléculas, es preferible construir funciones que son una mezcla de estos orbitales.

Los orbitales 2s y 2p de un átomo de carbono, se pueden combinar para formar cuatro orbitales equivalentes, llamados orbitales híbridos sp3

sp3

El orbital 2s puede combinarse con dos orbitales 2p, formando tres orbitales equivalentes, llamados orbitales híbridos sp2, mientras que el tercer orbital 2p no se hibrida. (Describir compuestos insaturados)

sp2

Otro de los terrenos en los que Pauling estaba interesado, era la comprensión de la relación entre los enlaces iónicos y los enlaces covalentes.

Enlace iónico

Enlace covalente

Pauling demostró que estos dos tipos de enlaces, son en realidad casos extremos, y que la mayoría de los enlaces son en realidad una combinación de enlace iónico con covalente.

En este campo, la noción de electronegatividad fue muy útil

Estructura de los compuestos aromáticos

Pauling trabajó la comprensión y descripción de la estructura de los compuestos aromáticos, centrándose en el benceno (C6H6).

En la estructura del benceno no quedaba clara la manera en la que seis átomos de carbono y seis de hidrógeno podían enlazarse satisfaciendo todo su potencial de enlace.

La mejor descripción sobre dicha estructura hasta el momento era la formulada por el químico alemán Friedrich Kekulé (transición entre 2 estructuras)

Pauling propuso una estructura intermedia, basada en la mecánica cuántica RESONANCIA

En 1927, se formuló la teoría del enlace de valencia, la cual argumentaba que el enlace químico se formaba cuando dos electrones de valencia, funcionaban para mantener los dos núcleos juntos.

Teoría del enlace de valencia

En 1939, Pauling publicaría un libro de texto:"Sobre la Naturaleza del Enlace Químico" , el cual ayudó a los químicos experimentales a entender el impacto de la teoría cuántica sobre la química. Pero antes de eso …

… en 1931 a partir de la teoría nombrada, Pauling publicó un artículo llamado "Sobre la naturaleza del enlace químico". En este presentó seis reglas para el enlace de electrones compartidos, las tres primeras ya eran conocidas:

1.- La interacción de un electrón desapareado de cada átomo producía el enlace de electrones

2.- El spin de los electrones tiene que ser opuesto

3.- Una vez apareados los electrones no pueden tomar Parte en enlaces adicionales

4.- los términos de canje de electrones para el enlace involucra solo una función de onda de cada átomo

5.- Electrones disponibles en el menos nivel forman enlaces más fuertes

6.- El enlace más fuerte estará formado por el orbital que pueda solapar en mayor cantidad a un orbital de otro átomo

Estructura molecularA mediados de la década de 1930, Pauling se interesó por una nueva disciplina científica, comenzando a estudiar las moléculas biológicas con ayuda de una beca de la Fundación Rockefeller. Sus primeros trabajos en el tema, fueron sobre la estructura de la hemoglobina.

Después de eso, Linus Pauling decidió estudiar de forma más precisa la estructura de las proteínas utilizando la difracción de rayos X . Sin embargo, la estructura proteínica resultó ser difícil de determinar usando esta técnica.

Los resultados obtenidos por el británico William Astbury de un modo tal que las proteínas estaban inclinadas, respecto a las posiciones esperadas fueron decisivas para Pauling

Pauling propuso un modelo molecular de la hemoglobina, en el cual los átomos estaban posicionados en hélice, y aplicó esta idea a las proteínas en general.

En 1951 Pauling, Corey y Branson propusieron que la estructura secundaria de las proteínas estaba basada en la hélice alfa y la lámina beta

Cuando en los Laboratorios Cavendish se supo que Pauling trabajaba con los modelos moleculares de la estructura del ADN, se autorizó a James Watson y Francis Crick a proponer un modelo estructural de la molécula de ADN.

En 1953, Watson y Crick propusieron una estructura correcta para la doble hélice del ADN

Pauling sugirió una estructura helicoidal para el ácido desoxirribonucleico (ADN)

Hélice alfa

Los aminoácidos en una hélice α están dispuestos en una estructura helicoidal dextrógira, con unos 3,6 aminoácidos por vuelta. Cada aminoácido supone un giro de unos 100° en la hélice.

La hélice está estrechamente empaquetada; de forma que no hay casi espacio libre dentro de la hélice.

Es el segundo nivel de organizacion proteica en el cual el esqueleto peptidico esta enrollado, como una estructura en espiral, alrededor de un eje imaginario

Hélice alfa

La hélice alfa suele ser más estable por la zona central que por los extremos, pues estos solo pueden formar un enlace de hidrógeno en lugar de dos.

Los aminoácidos de los extremos suelen ser polares y forman puentes de H con sus cadenas laterales y la cadena lateral de otros aminoácidos de la hélice.

La estabilidad se ve afectada por factores como la presencia de residuos de Prolina o la interacción electrostática de aminoácidos

Beta-laminarEs una de las estructuras secundarias posibles adoptada por las proteínas.

Se forma por el posicionamiento paralelo de dos cadenas de aminoácidos dentro de la misma proteína.

Los grupos N-H de una de las cadenas forman enlaces de hidrógeno con los grupos C=O de la opuesta

Tipos de beta-lámina

Cadenas paralelas Cadenas antiparalelasse forma cuando las dos cadenas polipeptidicas corren en dirección

opuesta

polipeptidicas adyacentes corren en la misma dirección

Otros trabajos

Pauling, una vez finalizados estas investigaciones, continuó realizando estudios en diversos campos:

Reacciones enzimáticas

Demostró que las enzimas actúan estabilizando los estados de transición de las reacciones químicas

Genética molecular

Publicó en la revista Science la primera prueba de la relación entre una enfermedad humana y un cambio en una proteína específica

Medicinainvestigó la acción de las enzimas sobre las funciones cerebrales.Publicó un artículo titulado “Psiquiatría ortomolecular” en el cual usó la palabra ortomolecular para describir el concepto de control de la concentración de los compuestos presentes en el cuerpo humano, para prevenir y tratar a las enfermedades

Otros ….

Vitamina C

Basándose en el concepto de curación a base de altas dosis de Vitamina C de Stone, Pauling comenzó a tomar varios gramos al día para prevenir los resfriados.En 1970 publicó “La vitamina C y el resfriado común”. «El total de síntomas asociados a la falta de vitamina C van de las alergias, anemia, bronquitis, cáncer, hasta enfermedades cardíacas, enfermedades renales, etc.

Automóvil eléctrico

Comenzó a trabajar en el desarrollo de un automóvil eléctrico que fuera funcional y barato.

Todos estos trabajos hicieronQue ganara varios premios,

Incluidos dos premios nobel .

Bibliografía

www.wikipedia.org

http://laguna.fmedic.unam.mx

http://temasdebioquimica.wordpress.com

El rincón de la ciencia

Gemma Marrero TorresGrupo 201 A