QUÍMICA

REGLAS EPÓNIMAS DE LA QUÍMICA

regla de Hund es un principio empírico formulado¹​ en 1927 por el físico alemán Friedrich Hund (1896-1997) a partir del estudio de los espectros atómicos y la distribución de elementos en la tabla periódica. La regla se enuncia como sigue:

Al llenar orbitales de igual energía (los tres orbitales p, los cinco d, o los siete f) los electrones se distribuyen, siempre que sea posible, con sus espines paralelos, llenando los orbitales con la multiplicidad mayor. La configuración atómica es más estable (es decir, tiene menos energía) cuanto más electrones desapareados (espines paralelos) posee.

También se denomina así a la numeración lógica de la multiplicidad de Hund.²​

Cuando varios electrones están descritos por orbitales degenerados, la mayor estabilidad energética es aquella en donde los espines electrónicos están desapareados (correlación de espines).

Los electrones se sitúan dentro de orbitales con la misma energía de manera que estén desapareados al máximo.

En física atómica, las reglas de Hund se refieren a un conjunto de reglas simples utilizadas para determinar cual es el estado espectroscópico fundamental del átomo estudiado. Las tres reglas son:

1. para una configuración electrónica dada, el término de menor energía es aquel que tenga el mayor espín total (St);
2. para un espín total dado, el término de más baja energía es aquel que tiene el número L más grande;
3. para un término de espectroscopia dado, en un átomo teniendo su capa externa medio llena o menos, el nivel de menor energía será el que tenga el menor número J posible. En un átomo que tenga su capa externa más que medio llena, el nivel de menor energía es aquel que tenga el mayor número J posible.

Estas reglas permiten encontrar de una manera sencilla el término fundamental de espectroscopia.

Para comprender la regla de Hund, hay que saber que todos los orbitales en una subcapa deben estar ocupados por lo menos por un electrón y deben ser apareables antes de que se le asigne un segundo. Es decir, todos los orbitales deben estar llenos y todos los electrones en paralelo antes de que un orbital gane un segundo electrón. Y cuando un orbital gana un segundo electrón, éste deberá estar apareado del primero (espines opuestos o antiparalelos). Por ejemplo:

3 electrones en el orbital 2p; px1 py1 pz1 (vs) px2 py1 pz0

(px2 py1 pz0 = px0 py1 pz2 = px1 py0 pz2= px2 py0 pz1=....)

Así, los electrones en un átomo son asignados progresivamente, usando una configuración ordenada con el fin de asumir las condiciones energéticas más estables. El principio de Aufbau explica las reglas para llenar orbitales de manera que no se viole la Regla de Hund.³​

También se puede expresar de otra forma constructiva:<Al existir orbitales equivalentes, primero se completa con electrones el máximo posible de los mismos y luego se aparean los electrones que se siguen agregando>.

La regla de Hund complementa al principio de exclusión de Pauli permitiendo la dilucidación absoluta de la estructura electrónica de los átomos.

Esquema de la regla de Kasha. Un fotón de energía ${\displaystyle h\nu _{1}}$ excita un electrón de nivel fundamental, de energía ${\displaystyle E_{0}}$, hasta un nivel de energía excitado (por ejemplo ${\displaystyle E_{1}}$ o ${\displaystyle E_{2}}$) o en uno de los sub-niveles de vibración. Entonces tiene lugar la relajación vibracional entre niveles excitados, lo que conduce a la disipación de una parte de la energía (${\displaystyle \Delta E_{d}}$), tomando la forma de una transición (conversión interna) hacia el nivel excitado más bajo. La energía se disipa entonces por emisión de un fotón de energía ${\displaystyle h\nu _{2}}$, que permite al sistema volver a su estado fundamental.

La regla de Kasha es un principio fotoquímico que postula que tras la absorción de un fotón por una molécula en su estado fundamental y la consiguiente población de estados electrónicos excitados, la emisión radiativa, tanto fluorescencia como fosforescencia, sucede desde el estado excitado de menor energía de la molécula. Se llama así por el espectroscopista estadounidense Michael Kasha (1920), que la propuso en 1950.¹​²​

Se trata de una regla empírica fundamentada en el hecho de que los procesos de relajación de la energía absorbida desde los estados electrónicos excitados, procesos que esencialmente corresponden a una relajación vibracional intramolecular (RVI), son mucho más rápidos (del orden de los de absorción radiativa, 10^-15-10^-12 s) que los correspondientes a la emisión fotónica, que oscilan entre los 10^-9 s de los procesos permitidos por espín, fluorescencia, a los tiempos más largos de los prohibidos por espín, fosforescencia, que pueden llegar a los minutos o las horas.

Aunque se suele explicar la regla a partir de los factores Franck-Condon entre transiciones electrónicas y la mayor probabilidad de aquéllas con mayor solapamiento vibracional, este razonamiento no es correcto y en realidad la regla se aplica en cualquier caso, sea cual sea el solapamiento. Moléculas pobladas en estados de mayor energía desexcitan dichos estados a gran velocidad. Dentro de cada estado electrónico la energía se desactiva (en general disipándose hacia el entorno, por ejemplo un disolvente) por relajación vibracional, distorsionando en el proceso la geometría molecular. En dicho proceso se alcanzan estructuras en la que la energía de dos o más estados electrónicos llega a estar prácticamente degeneradas energéticamente. En química cuántica dichas estructuras se denominan intersecciones cónicas(IC), y representan situaciones en las cuales los niveles electrónicos y vibracionales acoplan (se rompe la aproximación de Born-Oppenheimer) y la transferencia energética entre estados se hace máxima, realizándose muy rápidamente, en esencia en un pulso vibracional.

Este proceso se denomina en general conversión interna (si se produce entre estados de igual multiplicidad de espín). La presencia frecuente de intersecciones cónicas entre los estados de mayor energía propicia una desactivación muy rápida hasta alcanzar el estado excitado más bajo antes de que cualquier tipo de emisión radiativa haya podido tener lugar. En ese estado excitado final la presencia de intersecciones cónicas con el estado inferior, el fundamental, es menos frecuente (al ser la diferencia de energías entre estos dos estados mucho mayor), y por lo tanto la molécula puede llegar a un mínimo energético desde el cual ya tiene tiempo de emitir. La desactivación energética en una molécula siempre es un balance entre los procesos radiativos y los procesos no radiativos (ver rendimiento cuántico).

Dado que la mayoría de las moléculas básicas en química tienen un estado fundamental de tipo singlete capa cerrada, etiquetado como S₀ y un estado excitado singlete de más baja energía S₁, la regla de Kasha se suele formular enunciando que las moléculas siempre que emiten fluorescencia lo hacen desde su estado S₁. Hay excepciones a la regla mencionadas con frecuencia, como el caso de la fluorescencia dual observada tanto desde el estado S₁ como del S₂ en el azuleno, sin embargo no todos los casos de fluorescencia dual implican una vulneración de la regla. Puede producirse fluorescencia dual desde dos mínimos distintos de la hipersuperficie de energía potencial del estado S₁, ambos con distintas geometrías, como en el caso de los aminobenzonitrilos o el fenilpirrol, por citar dos ejemplos.

La regla de Konowaloff afirma que en una solución de líquido en líquido, el vapor en equilibrio con el líquido es más rico en el componente más volátil. Esta es una conclusión de la ley de Raoult para soluciones ideales, que relaciona la composición de cada sustancia en fase líquida con su presión de vapor, y de la ley de las presiones parciales de John Dalton, que relaciona la presión parcial de cada gas con su composición molar en la mezcla gaseosa.

 regla de cinco de Lipinski es una regla completamente empírica que permite evaluar cualitativamente cómo de adecuado podría resultar un compuesto químico para cumplir alguna determinada función farmacológica o actividad biológica una vez que es ingerido como medicamento para consumo oral en seres humanos. Esta regla fue formulada por Christopher A. Lipinski en el año 1997, basado en la observación de que la mayoría de los compuestos químicos utilizados en medicamentos son moléculas relativamente pequeñas y lipofílicas.¹​

La regla describe las propiedades moleculares que tienen importancia farmacocinética en el cuerpo humano, incluyendo la absorción, distribución, metabolismo, y excreción ("ADME"). Sin embargo, la regla no predice si un compuesto será farmacológicamente activo.

Esta regla es importante para el desarrollo de fármacos a partir de compuestos con propiedades farmacológicas previamente demostradas para obtener mejores actividades y selectividades, por ejemplo. Estas modificaciones a las estructuras moleculares suelen conllevar a fármacos con pesos moleculares superiores, mayor número anillos, más enlaces con posibilidad de rotación libre y más alta lipofilicidad.²​

Tal y como lo indica la regla de Lipinski, en general, un principio activo y para que sea posible su administración por vía oral no debe violar más de una de las siguientes consideraciones:

• No debe contener más de cinco donadores de enlaces por puentes de hidrógeno (átomos de nitrógeno u oxígeno con al menos un átomo de hidrógeno).
• No debe contener más de diez aceptores de enlaces por puentes de hidrógeno (átomos de nitrógeno, oxígeno o flúor).
• Debe poseer un peso molecular inferior a 500 uma.
• Debe poseer un coeficiente de reparto octanol-agua (log P) inferior a 5.³​

Nótese que todos los números mencionados en estas condiciones son múltiplos de cinco, lo cual es el origen del nombre de esta regla.

Mejoras de la regla[editar]

Para refinar un poco más, esta regla fue complementada con algunas extensiones (condiciones) adicionales. Ejemplo de esto puede encontrarse en la publicación del año 1999 de Ghose y colaboradores⁴​ en la cual se consideran, adicionalmente, los siguientes criterios:

• El coeficiente de partición log P debe encontrarse entre -0.4 y +5.6.
• La refractividad molar debe situarse entre 40 y 130.
• La masa molecular debe ser mayor de 160 y menor de 500.
• El número de átomos debe estar entre 20 y 70 (incluyendo tanto a los donadores como a los aceptores de enlaces por puentes de hidrógeno).