What’s in a name?

Contribució dedicada a Xavi Ribas, company de recerca i membre del departament de química, en motiu de la distinció ICREA Academia 2010 que ha rebut recentment.

En un dels últims números de la revista Angewandte Chemie, el Prof. Gautam R. Desiraju dóna la seva opinió sobre la nova definició de l’enllaç d’hidrogen publicada recentment per la IUPAC (Unió Internacional de Química Pura i Aplicada). La lectura de l’article del Prof. Desiraju m’ha recordat un debat que vaig tenir l’any 1994 amb la Prof. Montserrat Ventura, professora de química orgànica del departament de química, ara ja jubilada. En un primer esborrany d’un article que varem publicar plegats sobre una reacció de Diels-Alder, jo havia escrit que una interacció C–H···O=C que estabilitzava un determinat isòmer era un enllaç d’hidrogen. La Prof. Ventura em va comentar que un enllaç del tipus X–H···Y–Z només era enllaç d’hidrogen si X i Y eren àtoms electronegatius del tipus N, O, i  F. Com que en el nostre cas X era un àtom de C, aquella interacció no es podia considerar un enllaç d’hidrogen. De fet la Prof. Ventura tenia raó si ens basem en la definició inicial d’enllaç d’hidrogen de Pauling de l’any 1939 i que és la més habitual en els llibres de text. Seguint el consell de la Prof. Ventura, l’expressió d’enllaç d’hidrogen referida a la interacció favorable C–H···O=C va desaparèixer d’aquell article. Doncs bé m’ha fet gràcia veure que en la nova definició de la IUPAC l’enllaç C–H···O=C és considerat enllaç d’hidrogen. No només aquest, sinó que fins i tot interaccions més febles com la interacció C–H amb un núvol de densitat electrònica π també es considera enllaç d’hidrogen. De fet dins de la denominació enllaç d’hidrogen més recent s’hi agrupen des d’interaccions molt fortes (d’unes 50 kcal/mol) fins a altres molt febles (d’únicament 0.5 kcal/mol).

Aquesta anècdota ve al cas per dues raons. Primera, per mostrar que les definicions en el món de la ciència i en el de la química en particular no són immutables i que al llarg del temps es van ajustant en funció dels nous resultats experimentals i teòrics que es van obtenint. I segona per comentar que tal com diu Desiraju en el seu article, els químics tenim una tendència natural i gairebé malaltissa a discutir sobre el nom de les coses. En el cas exposat, la Prof. Ventura no discutia l’existència de la interacció favorable C–H···O=C, únicament discutia el nom de la interacció. No era una discussió sobre la física de la interacció, era una discussió purament semàntica. El Prof. Desiraju fa una interessant reflexió sobre la costum que tenim els químics (especialment els químics físics) de discutir sobre el nom de les coses. El Prof. Desiraju diu que la raó podria ser deguda al fet que la química es una ciència on molts dels conceptes són borrosos i és justament en les fronteres d’aquests conceptes on es generen discussions semàntiques moltes vegades estèrils. En disciplines més quantitatives com ara la física, la major part dels termes científics tenen un significat molt clar que no admet discussió. En disciplines més qualitatives com ara l’ecologia o determinades àrees de la biologia, un nom és només una etiqueta sense més pretensions. En canvi a la química conceptes tan importants com l’enllaç químic, la semblança molecular, l’aromaticitat i tants d’altres no tenen una definició única i clara com ens agradaria, el que acaba en molts casos generant controvèrsia.

Finalment comentar que des de fa uns quants anys hi ha un debat viu i intens dins de la comunitat químico-física sobre si entre els dos H de la regió badia del fenantrè (i en d’altres sistemes similars) hi ha una interacció H···H enllaçant (són els dos H enganxats als àtoms de carboni 4 i 5 de la Figura 1), tal com recolzen els defensors de la teoria d’àtoms en molècules, o per contra hi ha repulsió estèrica com defensem alguns membres de l’IQC i altres membres de la comunitat científica. Malgrat que aquesta controvèrsia pugui semblar una discussió semblant a la de si considerar o no l’enllaç C–H···O=C com un enllaç d’hidrogen, hi ha diferències importants. En el cas de la interacció C–H···O=C la discussió es centra en el nom i en aquest sentit té un interès menor. En el cas de la interacció H···H la discussió és més profunda. Aquí es discuteix si la interacció és favorable i contribueix a l’estabilitat de la molècula o en canvi és repulsiva i desestabilitza al sistema. No és una discussió semàntica únicament, és una discussió sobre la física de la interacció amb importants implicacions en el disseny, creixement i estudi de determinats cristalls orgànics. Encara que és difícil preveure com evolucionarà aquest debat en el futur, s’ha de dir que de moment són molts i molt més convincents els indicis que porten a considerar que la interacció H···H en el fenantrè és repulsiva.