Las moléculas de agua son polares (tienen carga) y forman enlaces o puentes de hidrógeno entre sí. Un enlace de hidrógeno se forma entre un oxígeno aceptor (de una molécula de agua) de densidad de carga negativa y un hidrógeno dador de densidad carga positiva (de otra molécula de agua). Esta polaridad le permite disociar iones (sales) y unirse a otras sustancias polares como alcoholes y ácidos, disolviéndolos.
El enlace de hidrógeno causa muchas de sus propiedades únicas, como la de tener una forma sólida menos densa que su forma líquida, un punto de ebullición de 100 °C, relativamente alto para su masa, y una elevada capacidad calorífica.
Nuevamente, estas propiedades únicas del agua se deben a los enlaces de hidrógeno. Las moléculas de agua se mueven constantemente entre sí, y los enlaces de hidrógeno se rompen y se forman continuamente en escalas de tiempo muy rápidas, de 2 × 10−13 segundos. Sin embargo, estos enlaces son lo suficientemente fuertes como para crear muchas de las propiedades peculiares del agua, algunas de las cuales la hacen parte integral de la vida.
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Una comprensión profunda de la naturaleza y la fuerza del enlace de hidrógeno en un sistema puede proporcionar información sobre procesos químicos y bioquímicos fundamentales, por ejemplo, los ácidos nucleicos, el plegamiento de proteínas y las interacciones enzimáticas. También sobre cómo afecta directamente las propiedades finales de muchos materiales y procesos fisicoquímicos. Además, dicha comprensión es esencial en el diseño de materiales sofisticados que utilizan motivos de enlace de hidrógeno.
Normalmente, las moléculas de agua en estado líquido pueden formar como promedio cuatro enlaces de hidrogeno, pero se ha observado -en experimentos dependientes de la temperatura por espectroscopia de infrarrojo- que hay una cierta cantidad de moléculas de agua en el seno del líquido que forman menos de cuatro enlaces.
Este comportamiento tan peculiar permite abordar estudios de cambios inducidos por sustancias que se disuelven en la estructura del agua y su influencia en las interacciones mediadas por puente de hidrogeno, así como su papel en la formación de ensambles dinámicos a gran escala de compuestos de moléculas oleosas, polares e iónicas.
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La aplicación directa de estas investigaciones puede ser de gran ayuda en la industria y el medio ambiente. Normalmente, los solventes orgánicos son parte común de procesos industriales y de productos de uso cotidiano como los plásticos, los adhesivos sintéticos, las pinturas y esmaltes o los plaguicidas. Se los utiliza para extracción y como medios de reacciones en químicas. Desafortunadamente, tienen desventajas como su toxicidad y capacidad contaminante, con el adicional de que muchos son volátiles y, por lo tanto, pueden afectar no sólo al medio ambiente sino al ser humano, si los absorbe por inhalación, piel o mucosa.
Desde el punto de vista de la química verde, no obstante, se ha encontrado una alternativa prometedora en los llamados disolventes eutécticos profundos naturales (NADES), una mezcla de dos o más componentes sólidos o líquidos que, en ciertas proporciones, presenta una gran disminución del punto de fusión. Por lo tanto, puede ser una mezcla liquida a temperatura ambiente. Y presentan buenas propiedades como disolvente orgánico y para extracción de compuestos oleosos o de polaridad intermedia. Las NADES no son más que disolventes basados en metabolitos primarios y naturales de origen vegetal como los azucares, los aminoácidos o los ácidos orgánicos.
Su ventaja, por encima de otras alternativas, es que no son tóxicos, tienen bajo costo relativo, son altamente biodegradables y, por lo tanto, compatibles con el medio ambiente, además de que, en su mayoría, no son volátiles.
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¿Pero qué tienen que ver los NADES con el agua? Que el comportamiento químico-físico que permite la formación y estabilización de estas mezclas es la formación de enlaces o puentes de hidrógeno entre los componentes intervinientes. De hecho, en muchos ejemplos de NADES, el componente mayoritario es agua.
Los disolventes eutécticos profundos naturales, entonces, se ajustan muy bien a los principios de la química sostenible y tienen un gran potencial para diversas aplicaciones. Se prevé que serán la próxima generación de disolventes y, aunque se necesite más tiempo de estudios e investigaciones para su optimización, harán grandes contribuciones a un desarrollo industrial más sostenible.
* Nicolás Spegazzini. Director de la carrera de Farmacia de la Universidad de Belgrano.
