Instituto de Humanidades “Alfredo Silva Santiago” Concepción

Asignatura: QuímicaNivel: Cuarto Medio Biológico

Profesora: Priscilla Valeria R.GUÍA DE ESTUDIO POLIMEROS

Objetivo de Aprendizaje: Reconocen las estructuras de polímeros y las unidades que intervienen en su formación. Comprenden cómo ocurre la formación de polímeros a través de una adición electrófilica. Identifican aspectos estructurales relacionados con la composición y organización de las

proteínas.

POLIMEROS NATURALES

Los polímeros son moléculas, generalmente orgánicas, de elevada masa molecular, por lo que se conocen como macromoléculas. Están formados por unidades estructurales pequeñas conocidas como monómeros. Según su origen, los polímeros pueden clasificarse en: polímeros naturales, los cuales proceden de los seres vivos, y polímeros sintéticos, que se obtienen por síntesis en laboratorios o procesos industriales.

LOS CARBOHIDRATOS

Los carbohidratos, también llamados hidratos de carbono o glúcidos, están formados por carbono, hidrógeno y oxígeno, aunque también pueden incorporar átomos de nitrógeno, fosforo y azufre. Su unidad estructural son los monosacáridos. Según el número de unidades monoméricas, los carbohidratos se clasifican en: monosacáridos, oligosacáridos y polisacáridos.

Los monosacáridos o azúcares son los más sencillos. Presentan en casi todos sus carbonos un grupo hidroxilo (-

OH), excepto en uno de ellos que presenta un grupo carbonilo ( ) como aldehído (-CHO) o cetona (-CO-). De acuerdo al número de carbonos que posea se denominan pentosas, como la ribosa y desoxirribosa, y hexosa, como la glucosa, frutosa y galactosa.

Las moléculas de los monosacáridos pueden tener estructuras abiertas o cerradas. Estas últimas se forman por una reacción entre el grupo carbonilo y un grupo hidroxilo, llamada unión hemiacetálica. Las uniones más frecuentes son las pentagonales o hexagonales, ya que son las más estables. Por ejemplo, la forma cíclica de la glucosa:

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Los oligosacáridos son moléculas formadas por varios monosacáridos, entre 2 y 10 unidades. Los monosacáridos pueden unirse entre sí mediante una reacción de condensación y formar un enlace covalente llamado enlace glucosídico. Por ejemplo, el enlace glucosidico entre una molécula de glucosa y fructosa para formar sacarosa es:

Los disacáridos son el grupo más importante de oligosacáridos constituidos, por ejemplo, por la maltosa, sacarosa y lactosa.

Los polisacáridos se obtienen por la condensación sucesiva de monosacáridos. Estos se forman sobre 10 unidades de monosacáridos y pueden llegar a contener entre 100 y 90 000 unidades. Algunos ejemplos de polisacáridos son el almidón y la celulosa.

El almidón se encuentra como reserva nutritiva en las plantas. La celulosa es constituyente estructural de la pared de las células vegetales.

LIPIDOS

Los lípidos están formados por carbono (C), hidrogeno (H) y oxigeno (O) (en bajo porcentaje), y a veces por fosforo (P), azufre (S) y nitrógeno (N). Son insolubles en agua pero solubles en disolventes orgánicos como el cloroformo o benceno. Según tengan ácidos grasos o no en su composición, se dividen en lípidos saponificables, con ácidos grasos en su estructura, y lípidos insaponificables, sin acidos grasos.

Lípidos saponificables

Existen lípidos simples como las ceras y los acilglicéridos (o glicéridos) que poseen solo C, H y O. Según el número de ácidos grasos, los acilglicéridos se clasifican en monoglicéridos, digliceridos y triglicéridos, los que se unen por reacción de esterificación a una molecula de glicerina. Los lípidos complejos como los fosfolípidos y glucolípidos forman parte de las membranas.

Esta reacción forma por ejemplo la trimiristina (un triglicérido), donde podemos observar claramente las unidades repetitivas en sus cadenas:

PROTEÍNAS

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Son macromoléculas fundamentales en la estructura y el funcionamiento celular. Están formadas por unidades monoméricas llamadas aminoácidos.

AMINOÁCIDOS: ESTRUCTURAS CARACTERÍSTICAS

Los aminoácidos contienen en su estructura un grupo carboxilo (-COOH), un grupo amino (-NH2) y un radical o sustituyente orgánico (R), todos unidos a un carbono asimétrico (quiral), llamado carbono , excepto la glicina.

La presencia del carbono permite dos posibles isómeros ópticos, L y D.

La zona marcada es fija en todos los aminoácidos R es variable.

Existen 20 aminoácidos diferenciados solo en los grupos funcionales que aporta R. De estos 20, ocho son llamados aminoácidos esenciales porque el organismo humano no los puede sintetizar.Las propiedades de los aminoácidos dependen de la estructura de los radicales. A temperatura ambiente los aminoácidos son solubles en agua y poco solubles en disolventes orgánicos, la solubilidad aumenta si el radical es polar.

Como los aminoácidos están en medio acuoso se establece un equilibrio en su forma iónica. Este equilibrio explica por qué los aminoácidos tienen un comportamiento anfótero, es decir, pueden actuar como ácidos o como bases, dependiendo del medio.

Dependiendo de la naturaleza del radical o sustituyente, su polaridad y carga, los aminoácidos se pueden clasificar en: aminoácidos con R no polar, aminoácidos con R polar sin carga y aminoácidos con R polar con carga positiva.

ENLACE PEPTÍDICO

La unión de dos aminoácidos se produce a través de un enlace peptídico. Este enlace se produce entre el grupo carboxilo de un aminoácido y el grupo amino del otro, formándose una amida y una molécula de agua. La molécula originada se llama dipéptido, porque tiene dos aminoácidos; si tiene tres se llamará tripéptido, y así sucesivamente. Si la masa molecular del polímero es menor a 10.000 unidades se llamará polipéptido y, si es mayor, proteína.

Al comienzo de la cadena polipeptídica queda un grupo amino libre y, en el otro extremo, un grupo carboxilo terminal.

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Algunos polipéptidos son: la hormona oxitocina que estimula la contracción uterina en el parto; la antidiurética, que aumenta la reabsorción renal del agua (retiene agua), y la insulina reguladora del metabolismo de la glucosa.

POLÍMEROS SINTÉTICOS

Los polímeros sintéticos son macromoléculas creadas por el hombre mediante reacciones orgánicas de polimerización a partir de moléculas simples, los monómeros. La estructura obtenida es de gran tamaño y sus propiedades son muy diferentes a la molécula inicial.

ESTRUCTURA MOLECULAR DE LOS POLÍMEROS

De acuerdo a los tipos de monómeros que forman la cadena del polímero, estos se clasifican en: homopolímeros y copolímeros.

Homopolímeros: son macromoléculas que están formadas por un solo tipo de monómero. Por ejemplo, se encuentran los homopolímeros sintéticos como el polietileno y el PVC y, los homopolímeros naturales como la celulosa y el caucho. Su estructura general será:

(-M-M-M-M-M-M-M-M-M-M-)n Copolímeros: se forman por la unión de dos o más unidades monoméricas diferentes. Por ejemplo, se

encuentran los copolímeros sintéticos, como el dracón (poliéster). Su estructura general será:(-M-C-M-C-M-C-M-M-C-M-C-C-)n

De acuerdo a la secuencia de monómeros, los copolimeros se dividen en:

COPOLÍMEROS ALTERNADOS COPOLÍMEROS AL AZAR

COPOLÍMEROS EN BLOQUE COPOLÍMEROS INJERTADOS

DISPOSICIÓN ESPACIAL DE LOS POLÍMEROS

Atendiendo a su estructura molecular los polímeros pueden ser:

Líneales: se forman cuando el monómero que lo origina tiene dos centros de ataque, de modo que la polimerización ocurre unidireccionalmente y en ambos sentidos.

Ramificados: se forman cuando el monómero que lo origina tiene tres o más centros de ataque, de modo que el crecimiento del polímero ocurre en las tres dimensiones del espacio.

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Los enlaces entre cadenas poliméricas se denominan entrecruzamientos. Estos se pueden producir en el mismo proceso de síntesis, o adicionando pequeñas moléculas que los faciliten.

PROPIEDADES MECÁNICAS DE LOS POLÍMEROS

Muchas de las propiedades de los polímeros dependen de su estructura, así están los blandos y moldeados, o rígidos y frágiles.

PROCESO DE POLIMERIZACIÓN

Las reacciones de síntesis de polímeros siguen dos mecanismos, estos son: la polimerización por condensación y la polimerización por adición:

POLIMERIZACIÓN POR ADICIÓN

Los polímeros de adición se obtienen por una reacción en cadena. Según el reactivo iniciador, estas pueden clasificarse en: polimerización catiónica, aniónica o radicalaría.

Cada una de las polimerizaciones se caracteriza por presentar una:

Iniciación: en la que participa una molécula como reactivo, conocida como iniciador. Propagación: donde la cadena comienza a alargarse por adiciones sucesivas de monómeros. Terminación: la cadena deja de crecer por el agotamiento de monómeros.

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POLIMERIZACIÓN CATIÓNICA DEL PROPILENO PARA FORMAR POLIPROPILENOEl extremo por el cual se alarga la cadena es un catión (electrófilo).

POLIMERIZACIÓN ANIÓNICA DEL ETILENOEl iniciador es un reactivo fuertemente nucleófilo, es decir, afín con un sustrato deficiente en electrones.

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POLIMERIZACIÓN RADICALARIA DEL ETILENO PARA PRODUCIR POLIETILENO.El proceso se inicia cuando los enlaces del monómero se rompen homolíticamente por la acción de un catalizador, es decir, formado radicales libres. Los radicales libres reaccionan con otros monómeros con enlaces múltiples, dobles o triples, sin liberar otras moléculas simples. Por ejemplo: la reacción polimerización radicalaria del etileno.

PLÁSTICOS

Un plástico es todo material que se deforma cuando se aplican fuerzas relativamente débiles sobre él, a temperaturas moderadas. Los plásticos pueden ser moldeados en alguna de las fases de su elaboración. Según su capacidad para fundirse, se pueden dividir en:

TERMOPLÁSTICOS:

Son materiales rígidos que pueden fundirse y moldearse muchas veces por acción del calor, recuperando sus propiedades originales al volverse a enfriar. Son reciclables. Por ejemplo: el polietileno y poliestireno.

TERMOESTABLES:

Son materiales rígidos, frágiles y con alguna resistencia térmica. No pueden volver a moldearse por acción del calor, ya que la solidificación tras el calentamiento inicial, origina sólidos más rígidos que los iniciales. No son reciclables.

CODIFICACIÓN DE POLÍMEROS

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Para poder identificar los diversos tipos de polímeros, los fabricantes desarrollaron un código de identificación internacional. Este sistema identifica los seis polímeros más usados en la fabricación de casi todos los productos conocidos.

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CaracterísticasVersátil.

Blanquecino, semi opaco, rígido, versátil.

Resistente al calor, impermeables.

Blanquecino, blando, flexible, versátil

Resistente al calor, Impermeable.

Económico, resistente.