Polímeros y biomoléculas

    1. Introducción
    2. Polímeros
    3. Biomoléculas
    4. Las proteínas
    5. Los lípidos
    6. Los ácidos nucleicos
    7. Uso de fórmulas legales e ilegales
    8. Impacto de la química en la preparación de nueva biotecnología
    9. Conclusiones
    10. Bibliografía

    INTRODUCCIÓN

    Los compuestos orgánicos son en general sustancias de constitución simple, porque se forman por moléculas con un número muy reducido de átomos.

    La polimerización es una reacción química realizada mayormente en presencia de un catalizador que se combina para formar moléculas gigantes.

    Los polímeros tienen propiedades físicas y químicas muy diferentes constituidas por moléculas sencillas. Los que se obtienen industrialmente se conocen como plásticos, éstos también pueden ser llamados homopolímeros, que se producen cuando el polímero formado por la polimerización de monómeros iguales.

    Muchos monómeros también forman polímeros con pérdida simultánea de una pequeña molécula, como la del agua, la del monóxido de carbono o del cloruro de hidrógeno. Estos polímeros se llaman polímeros de condensación y sus productos de descomposición no son idénticos a los de las unidades respectivas de polímero. Así la polimerización de glucosa la celulosa, un polímero natural, va acompañado por pérdida de agua y la celulosa es un polímero típico de condensación.

    POLÍMEROS

    Los Polímeros, provienen de las palabras griegas Poly y Mers, que significa muchas partes, son grandes moléculas o macromoléculas formadas por la unión de muchas pequeñas moléculas: sustancias de mayor masa molecular entre dos de la misma composición química, resultante del proceso de la polimerización.

    Cuando se unen entre sí más de un tipo de moléculas (monómeros), la macromolécula resultante se denomina copolímero.

    Como los polímeros se forman usualmente por la unión de un gran número de moléculas menores, tienen altos pesos moleculares. No es infrecuente que los polímeros tengan pesos moleculares de 100.000 o mayores.

    Los polímeros se caracterizan a menudo sobre la base de los productos de su descomposición. Así si se calienta caucho natural (tomado del árbol Hevea del valle del Amazonas), hay destilación de hidrocarburo, isopreno.

    Los polímeros pueden ser de tres tipos:

    1. Polímeros naturales: provenientes directamente del reino vegetal o animal. Por ejemplo: celulosa, almidón, proteínas, caucho natural, ácidos nucleicos, etc.
    2. Polímeros artificiales: son el resultado de modificaciones mediante procesos químicos, de ciertos polímeros naturales. Ejemplo: nitrocelulosa, etonita, etc.
    3. Polímeros sintéticos: son los que se obtienen por procesos de polimerización controlados por el hombre a partir de materias primas de bajo peso molecular. Ejemplo: nylon, polietileno, cloruro de polivinilo, polimetano, etc.

    Muchos elementos (el silicio, entre otros), forman también polímeros, llamados polímeros inorgánicos.

    Propiedades Físicas de los Polímeros

    • Estudios de difracción de rayos X sobre muestras de polietileno comercial, muestran que este material, constituido por moléculas que pueden contener desde 1.000 hasta 150.000 grupos CH2 – CH2 presentan regiones con un cierto ordenamiento cristalino, y otras donde se evidencia un carácter amorfo: a éstas últimas se les considera defectos del cristal.
    • En este caso las fuerzas responsables del ordenamiento cuasicristalino, son las llamadas fuerzas de van de Waals.
    • En otros casos (nylon 66) la responsabilidad del ordenamiento recae en los enlaces de H.
    • La temperatura tiene mucha importancia en relación al comportamiento de los polímeros.
    • A temperaturas más bajas los polímeros se vuelven más duros y con ciertas características vítreas debido a la pérdida de movimiento relativo entre las cadenas que forman el material.
    • La temperatura en la cual funden las zonas cristalinas se llama temperatura de fusión (Tf)
    • Otra temperatura importante es la de descomposición y es conveniente que la misma sea bastante superior a Tf.

    Clasificación de los Polímeros según sus Propiedades Físicas

    Desde un punto de vista general se puede hablar de tres tipos de polímeros:

    • Elastómeros
    • Termoplásticos
    • Termoestables.

    Los elastómeros y termoplásticos están constituidos por moléculas que forman largas cadenas con poco entrecruzamiento entre sí. Cuando se calientan, se ablandan sin descomposición y pueden ser moldeados.

    Los termoestables se preparan generalmente a partir de sustancias semifluidas de peso molecular relativamente bajo, las cuales alcanzan, cuando se someten a procesos adecuados, un alto grado de entrecruzamiento molecular formando materiales duros, que funden con descomposición o no funden y son generalmente insolubles en los solventes más usuales.

    Polimerización

    Es un proceso químico por el cual, mediante calor, luz o un catalizador, se unen varias moléculas de un compuesto generalmente de carácter no saturado llamado monómero para formar una cadena de múltiples eslabones, moléculas de elevado peso molecular y de propiedades distintas, llamadas macromoléculas o polímeros.

    Tipos de Reacciones de Polimerización

    Hay dos reacciones generales de polimerización: la de adición y la condensación.

    En las polimerizaciones de adición, todos los átomos de monómero se convierten en partes del polímero.

    En las reacciones de condensación algunos de los átomos del monómero no forman parte del polímero, sino que son liberados como H2O, CO2, ROH, etc.

    Algunos polímeros (ejemplo: polietilén glicol) pueden ser obtenidos por uno u otro tipo de reacción.

    Polimerización por Adición

    Las polimerizaciones por adición ocurren por un mecanismo en el que interviene la formación inicial de algunas especies reactivas, como radicales libres o iones. La adición de éstas especies reactivas a una molécula del monómero convierte a la molécula en un radical o Ion libre. Entonces procede la reacción en forma continua. Un ejemplo típico de polimerización por adición de un radical libre es la polimerización de cloruro de vinilo, H:C = CHCl, en cloruro de polivinilo (PVC).

    Polietileno

    Cuando se calienta eteno (etileno) con oxígeno bajo presión, se obtiene un compuesto de elevada masa molar (alrededor de 20 mil) llamado Polietileno, el cual es un alcano de cadena muy larga. Monómero: CH2 = CH2.. La reacción se presenta de la forma siguiente:

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    Condiciones experimentales de polimerización

    En fase gaseosa a altas temperaturas y presiones, a presión media utilizando catalizadores heterogéneos y a baja presión en presencia de trietilo de aluminio como catalizador.

    Propiedades: Los polietilenos de alta presión tienen pesos moleculares entre 10.000 y 40.000. Son muy elásticos, flexibles y termoplásticos. Los polietilenos de fusión media presentan alta cristalinidad y son duros y rígidos y los de fusión baja menor cristalinidad, siendo también duros y poco elásticos.

    Todos los polietilenos son muy resistentes a los agentes químicos.

    Usos: Para la fabricación de tubos, planchas, materiales aislantes, para cables eléctricos, recubrimientos para protección contra la corrosión, hojas y láminas para embalaje, protección de cultivos, aislamiento térmico, recubrimientos sobre papel, en el moldeo por inyección para obtener recipientes de todo tipo, artículos del hogar, tuberías que sustituyen a los de hierro galvanizado, etc.

    Poliestireno

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    Venil Benceno Poliestireno

    Mecanismos: Radicales libres o iónicos

    Condiciones experimentales de polimerización

    Emulsión, suspensión o en bloque

    Propiedades: Por los procedimientos de emulsión o suspensión se obtienen disoluciones de distintas viscosidades según el grado de polimerización alcanzado.

    Usos: Plastificado se utiliza en la industria de pinturas y barnices. Con elevado grado de polimerización en la industria transformadora de plásticos principalmente en procesos de moldeo por inyección.

    En la industria eléctrica encuentra gran aplicación debido a su excelente poder aislante.

    Cloruro de Polivinilo (PVC)

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    Mecanismos: Radicales libres por acción de la luz o de catalizadores peróxidos.

    Condiciones experimentales de polimerización: El proceso puede llevarse a cabo a fusión, en emulsión o en bloque obteniéndose en cada caso un producto de propiedades peculiares.

    Propiedades: Polvo blanco que comienza a reblandecer cerca de los 80ºC y se descompone sobre los 140ºC. Es muy resistente a los agentes mecánicos y químicos y es de fácil pigmentación.

    Usos: Materiales aislantes para la industrias química, eléctrica.

    Polimerización por Condensación

    La polimerización por condensación es el proceso mediante el cual se combinan monómeros con pérdida simultánea de una pequeña molécula, como la del agua, la del monóxido de carbono, o cloruro de hidrógeno. Estos polímeros se llaman polímeros de condensación y sus productos de descomposición no son idénticos a los de las unidades respectivas del polímero.

    Casi todos los polímeros de condensación son en realidad copolímeros; es decir, que están formados por dos o más clases de monómeros. Así, una diamina reacciona con un ácido dicarboxílico para formar nylon.

    Entre los polímeros naturales por condensación tenemos la celulosa, las proteínas, la seda, el algodón, la lana y el almidón.

    Poliésteres

    El intercambio de éster es una de las útiles reacciones para preparar polímeros lineales.

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    Polímeros termoestables pueden ser preparados a partir de anhídridos de ácido polibásicos con polialcoholes. Ejemplo: glicerol con anhídrido ftálico.

    Nylon

    Una gran variedad puede obtenerse calentando diaminas con ácidos dicarboxílicos.

    Ejemplo: nylon (66)

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    Bakelitas:

    Los productos de partida son el fenol y el formaldehído.

    Condiciones experimentales de polimerización

    1. Polimerización en fase gaseosa a presión normal, reducida o elevada. El procedimiento más importante de este tipo es la polimerización del etileno.
    2. Polimerización de uno o más monómeros en fase líquida pura (polimerización en bloque). Muchas polimerizaciones del tipo vinilo se realizan de esta manera, especialmente si se desean obtener trozos grandes, transparentes, del producto final. Ejemplos: la formación de poliésteres y poliamidas, los productos de adición fenol-úrea y melamina formaldehído.
    3. Polimerización de uno o más monómeros por dispersión en forma de gotitas de diversos tamaños en un líquido no disolvente (polimerización en suspensión, en perlas o glóbulos). El estireno, el metacrilato de metilo y otros monómeros se polimerizan de esta manera para obtener gránulos de tamaño y calidad muy uniformes para el moldeo por inyección y compresión.

    Impacto Social y Ambiental generado por el uso de los Polímeros

    Aspectos positivos

    Un gran número de materiales están construidos por polímeros y muchos de ellos son irremplazables en el actual mundo tecnológico.

    Aspectos negativos

    1. La inadecuada eliminación de los polímeros contribuye en buena parte a la degradación ambiental por acumulación de basura.
    2. Muchos artículos de plástico son peligrosas armas destructivas. Por ejemplo, las bolsas plásticas pueden ser causantes de asfixia si se recubre la cabeza con ellas y no se logra retirarlas a tiempo.
    3. Especies como la tortura gigante, mueren al ingerir bolsas plásticas que flotan en el mar, confundiéndolas con esperma de peces, su alimento habitual.
    4. La no biodegradación impide su eliminación en relleno sanitario y además disminuye notablemente la presencia de colonias bacterianas en torno a los plásticos.
    5. La incineración puede generar compuestos venenosos. Por ejemplo, HCl (g) y HCN (g)
    6. Los envases plásticos empleados para no pueden volver a usarse ya que no existen métodos efectivos de esterilización.

    BIOMOLÉCULAS

    LOS GLÚCIDOS

    Los glúcidos también llamados carbohidratos, son polihidroxialdehídos, polihidroxicetonas o compuestos que por hidrólisis se convierten en los polihidroxi antes nombrados. Un carbohidrato que no es hidrolizable a compuestos más simples se denomina monosacárido. En cambio uno que por hidrólisis da dos moléculas de monosacáridos se llama disacárido, mientras aquel que produce muchas moléculas de monosacáridos por hidrólisis es un polisacárido.

    A su vez un monosacárido si contiene un grupo aldehído se le conoce como aldosa; si contiene una función cetona es una cetosa. Según el número de átomos de carbono que contenga se conoce el monosacárido como triosa, tetrosa, pentosa, hexosa y así sucesivamente. Una aldohexosa por ejemplo, es un monosacárido con seis átomos de carbono con una función aldehído, mientras que una cetohexosa es un monosacárido de seis átomos de carbono con un grupo cetónico.

    Importancia Biológica de los Glúcidos

    La podemos resumir en los aspectos siguientes:

    1. La glucosa es la biomolécula combustible más importante para la mayor parte de los organismos y es también la unidad estructural básica o precursora de los polisacáridos más abundantes.
    2. La celulosa es el componente estructural predominante en los tejidos fibrosos y leñosos de las plantas.
    3. El almidón se encuentra en cantidades muy grandes en las plantas, de las que constituye la forma principal de combustible de reserva.
    4. Los polisacáridos son componentes importantes de las rígidas paredes celulares de las bacterias y las plantas, así como de las cubiertas celulares blandas de los tejidos .
    5. Las aldopentosas son componentes importantes de los ácidos nucleicos y varios derivados de las triosas y las heptosas, son intermediarios en el metabolismo de los glúcidos.

    LAS PROTEÍNAS

    El nombre proteína proviene de la palabra griega proteios, que significa lo primero. Entre todos los compuestos químicos, las proteínas deben considerarse ciertamente como las más importantes, puesto que son las sustancias de la vida.

    Desde un punto de vista químico son polímeros grandes o son poliamidas y los monómeros de los cuales derivan son los ácidos a - aminocarboxílicos (aminoácidos). Una sola molécula de proteína contiene cientos e incluso miles de unidades de aminoácidos, las que pueden ser de unos veinte tipos diferentes. El número de moléculas proteínicas distintas que pueden existir, es casi infinito. Es probable que se necesiten decenas de miles de proteínas diferentes para formar y hacer funcionar un organismo animal; este conjunto de proteínas no es idéntico al que constituye un animal de tipo distinto.

    Propiedades de los Aminoácidos

    1. Los aminoácidos son sólidos cristalinos no volátiles, que funden con descomposición a temperaturas relativamente altas.
    2. Son insolubles en solventes no polares, mientras que son apreciablemente solubles en agua.
    3. Sus soluciones acuosas se comportan como soluciones de sustancias de elevado momento dipolar.
    4. Las constantes de acidez y basicidad son muy pequeñas para grupos – NH2 y - COOH. La glicina, por ejemplo, tiene Ka = 1,6 x 10-10 y Kb = 2,5 x 10-12, mientras que la mayoría de los ácidos carboxílicos tienen Ka del orden 10-5, y un gran número de aminas alifática un Kb de aproximadamente 10-4. En forma general el Ka medido se refiere a la acidez del ión amonio RNH3+

    Importancia Biológica de las proteínas

    Su importancia biológica la podemos resumir así:

    1. Son las sustancias de la vida, pues constituyen gran parte del cuerpo animal.
    2. Se les encuentra en la célula viva.
    3. Son la materia principal de la piel, músculos, tendones, nervios, sangre, enzimas, anticuerpos y muchas hormonas.
    4. Dirigen la síntesis de los ácidos nucleicos que son los que controlan la herencia.

    LOS LÍPIDOS

    Los lípidos son biomoléculas que siendo insolubles en el agua, pueden ser extraídas de las células con solventes orgánicos de polaridad baja, tales como el éter y el cloroformo.

    Los lípidos abarcan una amplia variedad de tipos estructurales incluyendo los siguientes:

    • Ácidos carboxílicos (ácidos grasos)
    • Triacilglicéridos (o grasas neutras)
    • Fosfolípidos
    • Glicolípidos
    • Ceras
    • Tarpenos
    • Esteroides

    Sólo una pequeña parte de los lípidos está formada por ácidos carboxílicos libres.

    La mayoría de los ácidos carboxílicos en los lípidos se encuentran como ésteres del glicerol, es decir, como triacilglicéridos.

    Los triacilglicéridos son los aceites y grasas de origen vegetal o animal, incluyendo sustancias tan comunes como el aceite de maní, el aceite de oliva, el aceite de soya, el aceite de maíz, el aceite de linaza, la mantequilla, la manteca y el sebo. Los triacilglicéridos que son líquidos a temperatura ambiente, generalmente se conocen como aceites; los que son sólidos se conocen como mantecas y sebos.

    Como podemos observar, para dar una definición de un lípido tenemos que partir de su estructura.

    Desde un punto de vista químico las grasas son esteres carboxílicos que derivan de un solo alcohol, el glicerol, CH2OH - CHOH – CH2OH (1,2, 3-propanotriol) y se conocen como glicéridos. Más específicamente se trata de triacilglicéridos.

    CH3 – (CH2)12 - COOH ácido tetradecanoico (ácido mirístico)

    CH3 – (CH2)14 - COOH ácido hexadecanoico (ácido palmítico)

    CH3 – (CH2)16 - COOH ácido octadecanoico (ácido esteárico)

    La hidrólisis de la mantequilla forma pequeñas cantidades de ácidos carboxílicos saturados de número par de átomos de carbono, en el intervalo C4 – C12

    Estos son los ácidos butíricos (butanoico), caproico (hexanoico), caprílico (octanoico), capricho (decanoico) y laúrico (dodecanoico). La hidrólisis del aceite de coco también produce ácidos carboxílicos de cadena corta y gran cantidad de ácido laúrico.

    Importancia Biológica de los Lípidos

    La podemos resumir en los aspectos siguientes:

    1. Las grasas son los constituyentes principales de las células almacenadoras de grasas en los y vegetales.
    2. Constituyen una de las reservas alimenticias importantes del organismo.
    3. Se emplean en grandes cantidades como materias primas para muchos procesos industriales, de donde se obtienen en algunos casos de la dieta diaria. Ejemplos, mantequilla, manteca, aceites, etc., además de otros productos de uso cotidiano jabón, aceites secantes, detergentes, etc.

    LOS ÁCIDOS NUCLEICOS

    Los ácidos nucleicos son polímeros que existen en el núcleo de las células. Toda célula viva contiene ácidos nucleicos, como también las células bacterianas que no contienen núcleos y en los virus que no tienen células. Estos ácidos tienen primordial importancia porque determinan la síntesis de la proteína y el factor genético, las características hereditarias de todos los organismos vivos.

    La unidad de repetición (monómero) de los ácidos nucleicos se compone de tres partes de ácido fosfórico, una base que contiene nitrógeno y una porción de azúcar. Este monómero se llama nucleótido.

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    El azúcar es o bien ribosa o desoxirribosa, y la base es una de las cinco bases principales, citosina, adenina, timina, guanina, uracilo.

    Un ácido nucleico que contiene ribosa se llama ácido ribonucleico (RNA) mientras que uno que posee desoxirribosa se denomina ácido desoxirribonucleico (DNA). El DNA fue descubierto por Freidrich Miescher en 1869 y sintetizado por Arthur Kornberg en 1967.

    USO DE FÓRMULAS LEGALES E ILEGALES

    Un fármaco o medicamento es cualquier sustancia que, aplicada interior o exteriormente al cuerpo, puede producir un efecto curativo. Los medicamentos en general son inofensivos, mientras que otros producen dependencia si son mal usados e inclusive la muerte. De allí que

    existan los fármacos legales y los fármacos ilegales.

    Los fármacos se expenden en las farmacias sin prescripción facultativa (aspirina, atamel, amoxal, icadén, voltarén, vapesin, etc.) mientras que otros que pueden inducir dependencia o daños si no son bien administrados, se venden mediante prescripción médica. Entre estos últimos tenemos los psicotrópicos (largactil, sinogán, ritalín, ativán, rohpinol, valium, etc.) y anestésicos (cifarcaína, lidocaina, xylocaina, pentotalsódico, morfina, etc.).

    Por último existen los fármacos cuya venta no autorizada los convierte en fármacos ilegales. El uso de estos fármacos conduce a dependencia e inclusive la muerte. Se citan la cocaína y la heroína.

    IMPACTO DE LA QUÍMICA EN LA PREPARACIÓN DE NUEVA BIOTECNOLOGÍA

    La Química influye en nuestra vida de muy diversas formas. Cuando una persona (o animal) está enferma, el médico (o el veterinario) le prescribe ciertos medicamentos que han sido descubiertos por los químicos.

    Por otra parte, investigaciones químicas han permitido descubrir fibras, plásticos y cauchos sintéticos como los que se usan en los neumáticos y en otras partes de los automóviles y maquinarias. En los laboratorios químicos se han desarrollado fertilizantes sintéticos que incrementan la producción de de los terrenos cultivados.

    La Química en su constante proceso de experimentación también ha producido y produce hormonas, que ayudan a un mejor funcionamiento del organismo. Entre estas hormonas sintéticas se tienen las píldoras anticonceptivas, hormona sexual masculina y la hormona sexual femenina, insulina, hormonas suprarrenales, hormonas tiroideas, y antitiroideas, hormona contra la esterilidad y muchas otras más. Así mismo, la biotecnología química ha conducido a la preparación de vitaminas, tales como la A, B (y sus diferentes variantes), D, C, E y K y el ácido desoxirribonucleico. En conclusión, la Química ha intervenido en la preparación de casi todos los productos imaginables.

    CONCLUSIONES

    Los polímeros han originado un impacto social y ambiental que ha generado aspectos positivos y en su gran mayoría negativos, ya que la eliminación de polímeros contribuye a la acumulación de basuras, las bolsas plásticas pueden causar asfixia si se recubre la cabeza con ellas y no se retira la cabeza a tiempo, entre otros.

    Las proteínas, que son los bloques para la construcción de los tejidos y vegetales, también los polímeros de conducción natural. Otros polímeros que ocurren naturalmente son la seda, el algodón, la lana y el almidón.

    Desde el principio de la década de 1930 los químicos han fabricado polímeros, tales como nylon, dacrón, Orión, plexiglás, hules, sintéticos y bakelita que no ocurren naturalmente.

    El peso molecular de los polímeros pueden ser por promedio de números y promedio de peso, éstos datos pueden dar una medida de la magnitud de la desintegración de los cromosomas (genes), es decir, del perjuicio que sufren por la radiación o por agentes químicos (drogas).

    Para que se de el proceso de polimerización se necesita de una pequeña cantidad de un iniciador, entre los que se encuentran los próxidos.

    BIBLIOGRAFÍA

    • BRESCIA, Frank y otros. (1977). Química. Nueva Editorial Interamericana S.A. D.F. México. 654p.
    • FOUSTER, Juan y otros. (1985). Química. Universidad Nacional Abierta. Estudios Profesionales I. Ingeniería Industrial. Impresos Urbina. Caracas. Venezuela. 455p.

     

     

     

     

    YSACURA, Marlenys

    LABRADOR, Danny

    CRESPO, Yadani

    barbozaelizabeth[arroba]hotmail.com

     


    Artículo original: Monografías.com

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