martes, 25 de mayo de 2010


POLIETERENO







MACROMOLECULAS ARTIFICIALES

Algunos de las macromoleculas artificiales hay dos muy importantes esan son las que acontinuacion les dare a conocer:

Poliuretano

El poliuretano (PUR) es un polímero que se obtiene mediante condensación de polioles combinados con polisocianatos. Se subdivide en dos grandes grupos: termoestables (este artículo) y termoplásticos (poliuretano termoplástico). Los poliuretanos termoestables más habituales son espumas, muy utilizadas como aislantes térmicos y como espumas resilientes; pero también existen poliuretanos que son elástómeros, adhesivos y selladores de alto rendimiento, pinturas, fibras, sellantes, para embalajes, juntas, preservativos, componentes de automóvil, en la industria de la construcción, del mueble y múltiples aplicaciones más.

Se pueden mezclar con pigmentos tales como el negro de humo y otros.

Su formulación se basa en polioles de bajo número de hidróxilo (OH) combinados con isocianatos de bajo contenido en grupos funcionales (NCO), unido a propelentes especiales y una cantidad exactamente medida de agua. La fórmula está estequiométricamente diseñada para lograr un material (espumado o no) de curado rápido y con una densidad entre 18 y 80 kg/.

Algunas aplicaciones de poliuretanos flexibles se encuentran en la industria de paquetería, en la que se usan poliuretanos anti-impacto para embalajes de piezas delicadas. Su principal característica es que son de celdas abiertas y de baja densidad (12-15 kg/m³).

También existen los poliuretanos rígidos de densidad 30-50 kg/m³, utilizados como aislantes térmicos.

Química del poliuretano

El poliuretano es por lo general la mezcla de dos componentes o sistema bicomponente, el A y el B, en una proporción estequiométricamente definida por el químico que diseña la fórmula. Existen además poliuretanos monocomponentes, como por ejemplo los habitualmente usados en la industria de la construcción.

Componente A

Consiste en el Poliol: una mezcla cuidadosamente formulada y balanceada de glicoles (alcoholes de elevado peso molecular). Se encuentran en mezcla con agentes espumantes y otros aditivos tales como aminas, siliconas, agua, propelentes y catalizadores organometálicos; condicionan la reacción y dan las características a la espuma final. La apariencia es como miel viscosa y puede tener un fuerte olor amoniacal.

Componente B

El componente B es una mezcla de isocianatos, a veces prepolimerizados (pre-iniciado), con un contenido de grupos NCO que puede variar desde el 18 al 35% en funcionalidad. Algunos son de color café, muy viscosos (3000-5000 cps-Viscosímetro Brookfield), y otros son casi transparentes y fluidos. En ocasiones son mantenidos en atmósfera seca de nitrógeno. Tienen además propiedades adhesivas muy apreciadas, por lo que también sirven de aglomerantes para fabricar bloques poli-material. Un ejemplo de aplicación sorprendente es su uso para aglomerar piedras y formar rompeolas para proteger costas.

Comparación del coeficiente de conductividad térmica entre diferentes materiales.

Material Densidad (kg/m³) Conductividad térmica (W/m·K)
Chapa de Aluminio 2.700 2,04
Hormigón 2.400 1,63
Vidrio plano 2.500 0,81
Ladrillo macizo 1.600 0,81
Tejas (plana) 1.800 0,76
Yeso placas 1.000 0,44
Hormigón liviano 1.000 0,36
Nieve compactada 300 0,23
Madera (pino) 700 0,17
Lana de vidrio 11 0,041
Lana de vidrio 15 0,038
Lana de vidrio 35 0,038
Lana de vidrio 50 0,032
Lana de vidrio 70 0,031
Lana de vidrio 100 0,032
Poliuretano rígido 35 0,020
Poliuretano proyectado 30 0,024


Poliuretano termoplástico

Es un elastómero termoplástico, que no requiere de vulcanización para su proceso; al contrario, puede ser conformado mediante los procesos habituales para termoplásticos, como inyección, extrusión y soplado. El Poliuretano Termoplástico, TPU (Thermoplastic Polyurethane), se caracteriza por su alta resistencia a la abrasión, al desgaste, al desgarre, al oxígeno, al ozono y a las temperaturas muy bajas.

Polietileno


El polietileno (PE) es químicamente el polímero más simple. Se representa con su unidad repetitiva (CH2-CH2)n. Por su alta producción mundial (aproximadamente 60 millones de toneladas son producidas anualmente (2005) alrededor del mundo) es también el más barato, siendo uno de los plásticos más comunes. Es químicamente inerte. Se obtiene de la polimerización del etileno (de fórmula química CH2=CH2 y llamado eteno por la IUPAC), del que deriva su nombre.

Este polímero puede ser producido por diferentes reacciones de polimerización, como por ejemplo: Polimerización por radicales libres, polimerización aniónica, polimerización por coordinación de iones o polimerización catiónica. Cada uno de estos mecanismos de reacción produce un tipo diferente de polietileno.

Es un polímero de cadena lineal no ramificada. Aunque las ramificaciones son comunes en los productos comerciales. Las cadenas de polietileno se disponen bajo la temperatura de reblandecimiento Tg en regiones amorfas y semicristalinas.


Aplicaciones

  • PEBD:
    • Bolsas de todo tipo: supermercados, boutiques, panificación, congelados, industriales, etc.;
    • Películas para agro;
    • Recubrimiento de acequias;
    • Envasado automático de alimentos y productos industriales: leche, agua, plásticos, etc.;
    • Stretch film;
    • Base para pañales desechables;
    • Bolsas para suero;
    • Contenedores herméticos domésticos;
    • Bazar;
    • Tubos y pomos: cosméticos, medicamentos y alimentos;
    • Tuberías para riego.
  • PEAD:
    • Envases para: detergentes, lejía, aceites automotor, champú, lácteos;
    • Bolsas para supermercados;
    • Bazar y menaje;
    • Cajones para pescados, gaseosas, cervezas;
    • Envases para pintura, helados, aceites;
    • Tambores;
    • Tuberías para gas, telefonía, agua potable, minería, láminas de drenaje y uso sanitario;
    • Bolsas tejidas;
    • Guías de cadena, piezas mecánicas.
    • También se usa para recubrir lagunas, canales, fosas de neutralización, contra tanques, tanques de agua, plantas de tratamiento de aguas, lagos artificiales, canalones de lámina, etc..
    • Explora Dome.

Historia

El polietileno fue sintetizado por primera vez por el químico alemán Hans von Pechmann quien por accidente lo preparó en 1898 mientras se calentaba en la estufa diazometano. Cuando sus compañeros Eugen Bamberger y Friedrich Tschirner caracterizaron la sustancia grasosa y blanca que el creó, descubrieron largas cadenas compuestas por -CH2- y lo llamaron polimetileno.

El 27 de marzo de 1933 fue sintetizado como lo conocemos hoy en día, por Reginald Gibson y Eric Fawcett en Inglaterra, quienes trabajaban para los Laboratorios ICI. Esto fue logrado aplicando una presión de aproximadamente 1400 bar y una temperatura de 170 °C, donde en una Autoclave fue obtenido el material de alta viscosidad y color blanquecino que hoy en día se conoce.

La presión requerida para lograr la polimerización del etileno era demasiado alta, por ello es que la investigación sobre catalizadores realizada por el Alemán Karl Ziegler y el italiano Giulio Natta, que dio origen a los catalizadores Ziegler-Natta valió el reconocimiento del más famoso premio a la ciencia a nivel mundial, el premio Nobel en 1963 por su aporte científico a la química. Con estos catalizadores se logra la polimerización a presión normal.

jueves, 20 de mayo de 2010

MACROMOLECULAS NATURALES

MACROMOLECULAS NATURALES

Todo lo que se puede ver en el entorno terrestre está compuesto por moléculas, casi todas ellas enormes: Macromoléculas. Buen ejemplo de ello son: El cuerpo humano, la seda, el jersey que llevo, la pectina de las manzanas, la lactosa, que se encuentra en la leche, y la maltosa, producto de la cebada.

La celulosa y el almidón son polisacáridos de la glucosa, donde el prefijo poli sí representa una multitud de moléculas de glucosa que se unen por condensación. La celulosa es uno de los principales elementos estructurales de las plantas, y el almidón constituye su reserva energética.

En la celulosa, a diferencia del almidón, las moléculas de glucosa se unen linealmente por grupos OH. Dando estructuras relativamente rígidas, en las que hay pocas posibilidades de que penetren moléculas de agua. Al ser un polímero lineal, resulta óptima para construir microfibrillas, a partir de las cuales se constituyen todas las estructuras vegetales.

El algodón es una celulosa. Contiene las fibras más largas, por lo que se emplea para fabricar ropa. Su capacidad de absorber agua se debe a que no todos sus átomos de oxígeno están contenidos en enlaces por puentes de hidrógeno, por lo que algunos de sus grupos -OH pueden interaccionar con moléculas de agua. La celulosa de la madera es de fibra más corta y no se puede utilizar en la industria textil, pero sí para fabricar papel.

La pulpa de la madera puede emplearse también en la preparación de otros productos, como los siguientes:

- Nitrato de celulosa. Se utiliza en la fabricación de explosivos, lacas y plásticos.

- Acetato de celulosa. Se emplea para hacer las películas de cine y, en forma de fibra, como la materia textil llamada rayón.

- Xantato de celulosa. Es ampliamente conocido con el nombre comercial de celofán. Se usa también para fabricar cuerdas de llantas.

IMPORTANCIA DE LAS MACROMOLECULAS


Estas moléculas son tan grandes que pueden ser tratadas como moléculas gigantes o partículas macroscópicas pequeñas. La mayoría de estas partículas que son de interes usual, y que se encuentran en en la variación de diámetro de 10 nanómetros y 1 micrómetro.

Los sistemas de macromolécula pueden ser clasificados como polímeros sintéticos y macromoléculas naturales.
Las macromoléculas sintéticas comprenden los polímeros de adición como el polietileno y los polímeros de condensación como el nailon. También es una macromolécula sintética el plexiglas.

El mayor interés en las macromoléculas naturales esta centrada en las proteínas y en los ácidos nucleicos, pero también incluyen a los polisacáridos como la celulosa y los polímeros de isopreno como el caucho natural, la hemoglobina, los almidones y los virus.
La mayoría de macromoléculas son solubles en los solventes apropiados, por lo menos hasta cierto grado y forman, entonces, soluciones verdaderas.

POLIMEROS Y BIOMOLECULAS



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 alimentos 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 animales.
  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 animales 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 alimentos 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 alimentos 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 animales 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.

martes, 18 de mayo de 2010

MACROMOLECULAS NATURALES Y SINTETICAS




MACROMOLECULAS

Las macromoléculas son moléculas que tienen una masa molecular elevada, formadas por un gran número de átomos. Generalmente se pueden describir como la repetición de una o unas pocas unidades mínimas o monómeros, formando los polímeros.

A menudo el término macromolécula se refiere a las moléculas que pesan más de 10.000 dalton de masa atómica. Pueden ser tanto orgánicas como inorgánicas, y algunas de gran relevancia se encuentran en el campo de la bioquímica, al estudiar las biomoléculas. Dentro de las moléculas orgánicas sintéticas se encuentran los plásticos. Son moléculas muy grandes, con una masa molecular que puede alcanzar millones de UMAs que se obtienen por las repeticiones de una o más unidades simples llamados "monómeros" unidos entre sí mediante enlaces covalentes.

Polímeros o macromoléculas. tipos.

Son moléculas muy grandes, con una masa molecular que puede alcanzar millones de UMAs que se obtienen por la repeticiones de una o más unidades simples llamadas “monómeros” unidas entre sí mediante enlaces covalentes.

Forman largas cadenas que se unen entre sí por fuerzas de Van der Waals, puentes de hidrógeno o interacciones hidrofóbicas.

Se pueden clasificar según diversos criterios:

Según su origen.

· Naturales: Caucho, polisacáridos (celulosa, almidón), proteínas, ácidos nucléicos…

· Artificiales: Plásticos, fibras textiles sintéticas, poliuretano, baquelita…

Según su composición:

· Homopolímeros: Un sólo monómero

· Copolímeros: Dos o más monómeros

Según su estructura:

· Lineales: Los monómeros se unen por dos sitios (cabeza y cola)

· Ramificados: Si algún monómero se puede unir por tres o más sitios.

Por su comportamiento ante el calor:

· Termoplásticos: Se reblandecen al calentar y recuperan sus propiedades al enfriar. Se moldean en caliente de forma repetida.

· Termoestables: Una vez moldeados en caliente, quedan rígidos al ser enfriados por formar nuevos enlaces y no pueden volver a ser moldeados.

Una clasificación más general podría ser la del siguiente organigrama:

Organigrama

Las fibras pueden tejerse en hilos finos y los elastómeros poseen gran elasticidad por lo que pueden estirarse varias veces su longitud. Un elastómero pero de origen natural sería el caucho.

Copolimerización.

Se produce por la polimerización de dos o más monómeros. Pueden ser:

· Alternado.

· En bloque.

· Al azar.

· Ramificado o injertado.

Tipos de polimerización.

Existen dos tipos fundamentales de polimerización:

· Adición.

· Condensación.

Polimerización por Adición.

La masa molecular del polímero es un múltiplo exacto de la masa molecular del monómero, pues al formarse la cadena los monómeros se unen sin perder ningún átomo.

Suelen seguir un mecanismo en tres fases, con ruptura hemolítica:

· Iniciación: CH2=CHCl + catalizador Þ ·CH2–CHCl·

· Propagación o crecimiento: 2 ·CH2–CHCl· Þ ·CH2–CHCl–CH2–CHCl·

· Terminación: Los radicales libres de los extremos se unen a impurezas o bien se unen dos cadenas con un terminal neutralizado.

En el cuadro siguiente vemos algunos de los polímeros de adición más importantes, sus principales aplicaciones, así como los monómeros de los que proceden. Nótese que los polímeros basan su nomenclatura en el nombre comercial de los monómeros.

Si tienes Quicktime puedes ver un videoclip de una reacción de adición en:

MONÓMERO POLÍMERO USOS PRINCIPALES

CH2=CH2 –CH2–CH2–CH2–CH2– Bolsas, botellas, juguetes...
eteno (etileno) polietileno

CH2=CH–CH3 –CH2–CH–CH2–CH– Películas, útiles de cocina,
| | aislante eléctrico...
CH3 CH3

propeno (propileno) polipropileno

CH2=CHCl –CH2–CHCl–CH2–CHCl– Ventanas, sillas, aislantes.
cloroeteno (cloruro de vinilo) policloruro de vinilo

CH2=CH –CH2–CH–CH2–CH– Juguetes, embalajes
aislante térmico y acústico.
fenileteno (estireno) poliestireno

CF2=CF2 –CF2–CF2–CF2–CF2– Antiadherente, aislante...
tetraflúoreteno PTFE (teflón)

CH2=CCl–CH=CH2 –CH2–CCl=CH–CH2– Aislante térmico, neumáticos
2-clorobutadieno cloropreno o neopreno

CH2=CH–CN –CH2–CH–CH2–CH– Tapicerías, alfombras, tejidos
propenonitrilo | |
(acrilonitrilo) CN CN poliacrilonitrilo

CH3 CH3 CH3
| | | Muebles, lentes y equipos
CH2=C–COOCH3 –CH2–C—CH2—C— ópticos
metil-propenoato de metilo | |
(metacrilato de metilo) COOCH3 COOCH3 PMM (plexiglás)

Ejemplo:

Una muestra de polibutadieno tiene una masa molecular media aproximada de 10000 UMAs ¿Cuántas unidades de monómero habrá en la muestra?



Cuadro de texto: CH2=CH–CH=CH2 Þ •CH2–CH=CH–CH2• Þ   •CH2–CH=CH–CH2–CH2–CH=CH–CH2•
Masa molecular monómero: 4 x 12 + 6 x 1 = 54 UMA Þ n = 10000/54 = 185

Geometría en la polimerización. (Ë)

Polimerización cis–trans (Ë)

Estereopolimerización (Ë)

La polimerización isotáctica y y sindiotáctica se consigue con el uso de estereocatalizadores, tales como el TiCl4.

Polimerización por Condensación.

En cada unión de dos monómeros se pierde una molécula pequeña, por ejemplo agua. Por tanto, la masa molecular del polímero no es un múltiplo exacto de la masa molecular del monómero. Los principales polímeros de condensación son:

· Homopolímeros:

ü Polietilenglicol

ü Siliconas

· Copolímeros:

ü Baquelitas.

ü Poliésteres.

ü Poliamidas.

Polietilenglicol.

Suele producirse por la pérdida de una molécula de agua entre 2 grupos (OH) formándose puentes de oxígeno:



Cuadro de texto: CH2OH–CH2OH etanodiol (etilenglicol) Þ  CH2OH–CH2–O–CH2–CH2OH + H2O    Þ ...–O–CH2–CH2–O–CH2–CH2–O... (polietilenglicol)
Siliconas.

Proceden de monómeros del tipo R2Si(OH)2

Se utiliza para sellar juntas debido a su carácter hidrofóbico.

Baquelita.

Se obtiene por copolimerización entre el fenol y el metanal (formaldehído). Se forman cadenas que se unen entre sí debido al grupo hidroximetil en posición “para”.

Se utiliza como cubierta en diferentes electrodomésticos, como televisores...

Poliésteres.

Se producen por sucesivas reacciones de esterificación (alcohol y ácido).

Forman tejidos, de los cuales el más conocido es el “tergal” formado por ácido tereftálico (ácido p-benceno-dicarboxilico) y el etilenglicol (etanodiol):



Poliamidas.

Se producen por sucesivas reacciones entre el grupo ácido y el amino con formación de amidas.

Forman fibras muy resistentes. La poliamida más conocida es el nailon 6,6 formado por la copolimerización del ácido adípico (ácido hexanodioico) y la 1,6-hexanodiamina:



Ejemplo (Selectividad. Madrid Junio 1994).

La siguientes reacciones son las de obtención de los polímeros: poliéster, neopreno y polietileno. a) Identifique a cada uno de ellos. b) Justifique si son polímeros de adición o de condensación;. c) Nombre cada uno de los grupos funcionales que aparecen en sus moléculas. d) ¿Dependen las propiedades de la longitud de la cadena? ¿Y del grado de entrecruzamiento?
I. ...CH2=CH2 + CH2=CH2... ® –CH2–CH2–CH2–CH2

a) I = Polietileno, II = poliéster, III = neopreno

b) El polietileno y el neopreno son polímeros de adición pues la masa molecular del polímero es un múltiplo exacto de la de los correspondientes monómeros, mientras que el nailon es de condensación pues se elimina en cada unión una molécula de agua.

c) = (doble enlace) Þ alqueno; –OH Þ hidroxilo (alcohol);–COOH Þ ácido carboxílico; –Cl Þ haluro (cloruro); –COOR (éster); –C6H5 Þ fenilo

d) El grado de entrecruzamiento influye mucho más que la longitud de la cadena en las propiedades pues crea estructura tridimensional con multitud de nuevos enlaces que le dan consistencia al polímero.

Ejercicio A (Selectividad. Madrid Junio 1997).

Dadas las siguientes estructuras poliméricas: policloruro de vinilo; teflón (tetrafluoretileno); cloropreno (neopreno); silicona y poliéster: I) (–CH2–CHCl–)n; II) (–CH2–CCl=CH–CH2–)n; III) (R–OOC–R–COO–)n; IV) (–SiR2–O–)n ; V) (–CF2–CF2–)n a) Asocie cada una de ellas con su nombre y escriba cuales son polímeros elastómeros y cuales termoplásticos. b) Enumerar, al menos un uso domestico o industrial de cada una de ellas. c) Señale al menos dos polímeros cuyo mecanismo de polimerización sea por adición. Ö

Polímeros naturales (Ë)

· Caucho.

· Polisacáridos.

ü Almidón.

ü Celulosa.

ü Glucógeno.

· Proteínas.

· Ácidos nucleicos.

Polisacáridos.

Se forman por la condensación de la glucosa en sus dos estados ciclados a y b.

Si se condensa la “a-glucosa” se produce el disacárido maltosa y si se continúa la polimerización se produce el almidón. Si se condensa la "b-glucosa” se produce la celulosa. Las estructuras tridimensionales están en: http://www.ehu.es/biomoleculas/HC/SUGAR34.htm.

Polipéptidos y proteínas.

Se producen por la condensación de los aminoácidos formando dos tipos de estructuras: una espiral llamada “a hélice” y otra plana denominada “estructura b”.
Imágenes tomadas de: (http://fai.unne.edu.ar/biologia/macromoleculas/structup.htm)

Polinucleótidos y ácidos nucleicos.

Se producen por la condensación de nucleótidos formados éstos a su vez por la condensación de ácido fosfórico, un monosacárido (ribosa o desoxirribosa) y una base nitrogenada (citosina, guanina, adenina, timina o uracilo).

El ADN se forma por la unión de dos cadenas de desoxirribonucleótidos unidas por los puentes de hidrógeno que forman las distintas bases: adenina con timina y guanina con citosina. Con ello se forma una estructura de doble hélice en donde las bases nitrogenadas forman los peldaños de la misma.

MACROMOLECULAS NATURALES

Las proteínas son macromoléculas formadas por cadenas lineales de aminoácidos. El nombre proteína proviene de la palabra griega πρώτα ("prota"), que significa "lo primero" o del dios Proteo, por la cantidad de formas que pueden tomar.

Las proteínas desempeñan un papel fundamental para la vida y son las biomoléculas más versátiles y más diversas. Son imprescindibles para el crecimiento del organismo. Realizan una enorme cantidad de funciones diferentes, entre las que destacan:

Las proteínas están formadas por aminoácidos. Las proteínas de todo ser vivo están determinadas mayoritariamente por su genética (con excepción de algunos péptidos antimicrobianos de síntesis no ribosomal), es decir, la información genética determina en gran medida qué proteínas tiene una célula, un tejido y un organismo.

Las proteínas se sintetizan dependiendo de cómo se encuentren regulados los genes que las codifican. Por lo tanto, son susceptibles a señales o factores externos. El conjunto de las proteínas expresadas en una circunstancia determinada es denominado proteoma.

CARACTERISTICAS

Los prótidos o proteínas son biopolímeros, es decir, están constituidas por gran número de unidades estructurales simples repetitivas (monómeros). Debido a su gran tamaño, cuando estas moléculas se dispersan en un disolvente adecuado, forman siempre dispersiones coloidales, con características que las diferencian de las disoluciones de moléculas más pequeñas.

Por hidrólisis, las moléculas de proteína se escinden en numerosos compuestos relativamente simples, de masa molecular pequeña, que son las unidades fundamentales constituyentes de la macromolécula. Estas unidades son los aminoácidos, de los cuales existen veinte especies diferentes y que se unen entre sí mediante enlaces peptídicos. Cientos y miles de estos aminoácidos pueden participar en la formación de la gran molécula polimérica de una proteína.

La síntesis proteica es un proceso complejo cumplido por las células según las directrices de la información suministrada por los genes.

Las proteínas son largas cadenas de aminoácidos unidas por enlaces peptídicos entre el grupo carboxilo (-COOH) y el grupo amino (-NH2) de residuos de aminoácido adyacentes. La secuencia de aminoácidos en una proteína está codificada en su gen (una porción de ADN) mediante el código genético. Aunque este código genético especifica los 20 aminoácidos "estándar" más la selenocisteína y —en ciertos Archaea— la pirrolisina, los residuos en una proteína sufren a veces modificaciones químicas en la modificación postraduccional: antes de que la proteína sea funcional en la célula, o como parte de mecanismos de control. Las proteínas también pueden trabajar juntas para cumplir una función particular, a menudo asociándose para formar complejos proteicos estables.