O lapachol (1) é um substância natural extraída dos Ipês roxos, amarelos e rosas, que tem atividade anti-tumoral, embora não possa ser usada como medicamento, por ser tóxica e não ser muito solúvel no no meio biológico. A
-lapachona (2) é um derivado semi-sintético do lapachol, também com atividade anti-tumoral, mas ainda tóxica.
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Em relação a essas substâncias, pede-se:
b) ( 0,5 ponto) Explique por que ambas são pouco solúveis no meio biológico (aquoso), mas muito solúveis em solvente orgânico mais apolar.
b) ( 0,5 ponto) Explique por que ambas são pouco solúveis no meio biológico (aquoso), mas muito solúveis em solvente orgânico mais apolar.
Passo 1
O enunciado pede para explicar por que as duas moléculas mostradas (lapachol e
-lapachona) são pouco solúveis em meio biológico (aquoso) e, em contrapartida, muito solúveis em solventes orgânicos mais apolares.
Informações relevantes extraídas dos SMILES do enunciado:
- Lapachol (1): cadeia isoprenóide (grupo
C C–C–), um grupo hidroxila ( OH) ligado ao anel e dois grupos carbonila ( O) conjugados com anéis aromáticos. Peguei essas características dos SMILES fornecidos. -
-lapachona (2): estrutura policíclica/aromática condensada com dois grupos carbonila conjugados; ausência (ou virtual ausência) de hidroxilas livres (pela SMILES não aparece um OH livre como em (1)). Peguei essas características dos SMILES fornecidos. - Em ambas, a porção aromática/fused-ring é grande (superfície hidrofóbica considerável) e o número de doadores de ligação de hidrogênio é muito pequeno (no máximo 1 em (1)); os carbonilos são aceitadores de H, mas não doadores.
O que é pedido: dar a explicação química / físico-química para a diferença de solubilidade entre água e solventes apolares.
Passo 2
Conceitos básicos e intuitivos (aulas rápidas e sem jargão pesado)
- “Like dissolves like”: solventes polares (como água) dissolvem bem solutos polares ou iônicos; solventes apolares dissolvem bem solutos apolares. Isso acontece porque a dissolução é favorecida quando o soluto pode interagir fortemente com o solvente (ligações de hidrogênio, interações íon‑dipolo, dipolo‑dipolo, ou forças de dispersão para apolares).
- Água é altamente polar, forma extensa rede de ligações de hidrogênio e tem alta constante dielétrica; ela solva muito bem íons e grupos polares porque a formação de interações água‑soluto compensa a quebra das interações água‑água.
- Solventes apolares (hexano, éter, tolueno, clorofórmio) não formam ligações de hidrogênio e solvam principalmente por forças de dispersão (forças de London). Essas forças são eficientes quando a superfície do soluto é grande e apolar.
Passo 3
Aplicando os conceitos às moléculas dadas — por que são pouco solúveis em água
- Grande superfície aromática e cadeias hidrocarbonadas: ambas têm anéis aromáticos fundidos e grupos hidrocarbonados. Isso cria uma grande área hidrofóbica. Água, ao redor de uma superfície apolar grande, organiza‑se formando “gaiolas” de moléculas de água — isso é entropicamente desfavorável e torna a dissolução pouco provável. Em linguagem simples: água “não gosta” de cobrir uma grande superfície apolar porque isso reduz a liberdade das moléculas de água.
- Poucos grupos polares doadores de H: lapachol tem no máximo uma hidroxila
que pode doar uma ligação de hidrogênio; -lapachona praticamente não tem doadores. Aceitadores (carbonilas) existem, mas aceitadores sozinhos ajudam menos que doadores e, quando a porção hidrofóbica domina, não é suficiente para tornar a molécula solúvel. - Falta de ionização em pH fisiológico: para aumentar muito a solubilidade em água costuma ser necessário que a molécula esteja ionizada (íon é muito bem solvatado em água). A hidroxila fenólica de lapachol teria um
tipicamente em torno de a (valor aproximado para fenóis conjugados depende da estrutura), então em ela estará majoritariamente protonada (neutra) e não ionizada; -lapachona não possui grupo facilmente ionizável. Logo, ambas permanecem neutras em meio biológico e água não as solva bem. - Conjugação e ressonância: os carbonilos e o anel aromático estão fortemente conjugados; essa conjugação reduz a polaridade efetiva de certos grupos (por exemplo, torna menos “disponível” o par eletrônico para interações fortemente polarizantes) e pode diminuir a capacidade de formar interações favoráveis com água.
Passo 4
Explicando o mecanismo físico (um pouco mais profundo, mas ainda intuitivo)
- Ao colocar uma molécula apolar grande na água, a energia livre de solvação
tem contribuição entálpica e entrópica. A ordenação extra das moléculas de água em torno da superfície apolar dá uma contribuição entrópica negativa (desfavorável). Como não há interações favoráveis fortes (ligações de hidrogênio ou estabilização iônica) para compensar, fica positivo e a solubilidade é baixa. - Em contraste, se a molécula fosse ionizada, a interação íon‑dipolo com água seria fortemente estabilizante (entalpia negativa) e
poderia ficar negativo — solubilidade alta. Mas aqui não é o caso.
Passo 5
Por que são solúveis em solventes orgânicos apolares
- “Like dissolves like” novamente: os grandes anéis aromáticos e cadeias hidrocarbonadas interagem bem com solventes apolares por forças de dispersão (interações de London). Essas interações são suficientes para compensar a energia de separação das moléculas soluto‑soluto e do solvente‑solvente, resultando em
em solventes apolares. - Em solventes apolares não há custo entrópico/energético grande associado à solvatação de superfícies hidrofóbicas; pelo contrário, a acomodação é fácil e favorável.
Passo 6
Resumo rápido para a prova (como responder em poucas linhas)
- Ambas têm grande superfície hidrofóbica (anéis aromáticos e cadeias hidrocarbonadas) e poucos grupos polares doadores de H; além disso, não estão ionizadas em
. Por isso a interação com água é fraca e a solubilidade aquosa é baixa. - Em solventes orgânicos apolares essas superfícies hidrofóbicas interagem bem por forças de dispersão, tornando-as muito solúveis nesses solventes.
Resposta
Ambas são pouco solúveis em água porque têm grande superfície aromática/hidrofóbica e poucos grupos polares doadores de ligações de hidrogênio, permanecendo em sua maior parte neutras em
(a hidroxila de lapachol não se ioniza significativamente), o que torna a solvação em água entropicamente e energeticamente desfavorável; por outro lado, são muito solúveis em solventes orgânicos apolares porque essas fases solvam eficientemente superfícies não polares por forças de dispersão (“like dissolves like”), produzindo interações favoráveis que estabilizam a molécula no solvente apolar.