La química orgánica es una rama de la química en la que se estudian los compuestos del carbono y sus reacciones.
Existe una amplia gama de sustancias (medicamentos, vitaminas, plásticos, fibras sintéticas y naturales, hidratos de carbono, proteínas y grasas) formadas por moléculas orgánicas.
Los químicos orgánicos determinan la estructura de las moléculas orgánicas, estudian sus reacciones y desarrollan procedimientos para sintetizar compuestos orgánicos.
Esta rama de la química ha afectado profundamente la vida desde el siglo XX: ha perfeccionado los materiales naturales y ha sintetizado sustancias naturales y artificiales que, a su vez, han mejorado la salud, han aumentado el bienestar y han favorecido la utilidad de casi todos los productos actuales.
Materiales orgánicos son todos aquellos que poseen en su estructura química el elemento carbono, por lo tanto entran en su categoría todos los seres vivos, los hidrocarburos, y en especial el petróleo y sus derivados, etc.
La aparición de la química orgánica se asocia a menudo al descubrimiento, en 1828, por el químico alemán Friedrich Wöhler, de que la sustancia inorgánica cianato de amonio podía convertirse en ure, una sustancia orgánica que se encuentra en la orina de muchos animales. Antes de este descubrimiento, los químicos creían que para sintetizar sustancias orgánicas era necesaria la intervención de lo que llamaban 'la fuerza vital' es decir, los organismos vivos.
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El experimento de Wöhler rompió la barrera entre sustancias orgánicas e inorgánicas. Los químicos modernos consideran compuestos orgánicos a aquellos que contienen carbono y otros elementos (que pueden ser uno o más), siendo los más comunes: hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, azufre y los halógenos. En la actualidad, a la química orgánica se la llama también química del carbono.
Importancia de la química orgánica
A pesar de su aparición tardía en la historia de la química, la química de los compuestos del carbono es en la actualidad la rama de las ciencias químicas que crece con mayor rapidez. La variedad de productos derivados del carbono puede resultar prácticamente ilimitada debido a las propiedades singulares de dicho átomo y, por tanto, constituye una fuente potencial de nuevos materiales con propiedades especiales, de medicamentos y productos sanitarios, de colorantes, de combustibles, etc.
Algunos de estos ejemplos son considerados a continuación.
La materia viviente es, en parte, materia constituida por derivados del carbono. Las transformaciones que sufren los seres vivos, y que observamos a simple vista, se corresponden, desde un punto de vista submicroscópico o molecular, con cambios o reacciones químicas de las sustancias biológicas. Azúcares, grasas, proteínas, hormonas, ácidos nucleicos, son algunos ejemplos de sustancias, todas ellas compuestos del carbono, de cuya síntesis y degradación en el interior de los organismos vivos se ocupa la bioquímica.
Medicamentos
El mundo de los medicamentos ha constituido en el pasado y constituye en la actualidad una parte importante de la investigación y el desarrollo de productos derivados del carbono. Su importancia en orden a mejorar la esperanza de vida de los seres humanos y sus condiciones sanitarias hace de esta área del conocimiento científico una herramienta imprescindible para la medicina. Pero, ¿por qué los medicamentos son, por lo general, compuestos orgánicos? ¿Cuál es el origen de este hecho?
Los fármacos actúan en el organismo a nivel molecular y es precisamente el acoplamiento entre la molécula del fármaco y el receptor biológico, es decir, el sitio de la célula o del microorganismo sobre el cual aquél actúa, el último responsable de su acción curativa. Pero para que ese acoplamiento sea posible ambos agentes, fármaco y receptor, tienen que presentar una cierta complementariedad tal y como sucede con una cerradura y su correspondiente llave.
Los receptores biológicos suelen ser moléculas de gran tamaño y por este motivo son las cadenas carbonadas de los compuestos orgánicos las que pueden poseer una estructura geométrica que mejor se adapte a la porción clave del receptor; tal hecho, junto con la presencia de grupos funcionales con acciones químicas definidas, son responsables de la abundancia de sustancias orgánicas entre los productos farmacéuticos.
Polímeros orgánicos
Los polímeros orgánicos son compuestos formados por la unión de dos o más unidades moleculares carbonadas idénticas que reciben el nombre de monómeros. La unión de dos monómeros da lugar a un dímero, la de tres a un trímero, etc.
Los polímeros pueden llegar a contener cientos o incluso miles de monómeros, constituyendo moléculas gigantes o macromoléculas.
Existen en la naturaleza diferentes sustancias que desde un punto de vista molecular son polímeros, tales como el caucho o las proteínas; pero en el terreno de las aplicaciones los más importantes son los polímeros artificiales. Su síntesis en los laboratorios de química orgánica ha dado lugar a la producción de diferentes generaciones de nuevos materiales que conocemos bajo el nombre genérico de plásticos.
La sustitución de átomos de hidrógeno de su cadena hidrocarbonada por otros átomos o grupos atómicos ha diversificado las propiedades de los plásticos; la investigación en el terreno de los polímeros artificiales ha dado como resultado su amplia implantación en nuestra sociedad, sustituyendo a materiales tradicionales en una amplia gama que va desde las fibras textiles a los sólidos resistentes.
Usos de compuestos orgánicos
Alcanos: pueden ser utilizados como “marcadores” para estimar la ingestión, digestibilidad y composición de la dieta para herbívoros.
Alquenos: el Halotano (2bromo-2cloro-1,1,1-trifluoroetano) es utilizado como anestésico volátil halogenado en medicina.
Alquinos: el gas acetileno es incoloro, inodoro - el olor que a veces se percibe cuando se lo prepara a partir del carburo de calcio se debe al desprendimiento de gases provenientes de impurezas de fósforo presente en el carburo de calcio. Su uso más antiguo han sido como gas para iluminación, a tal punto que ciudades enteras han sido alumbradas con acetileno, Nueva York, por ejemplo. Se utilizaban picos especiales para producir una adecuada mezcla de acetileno y aire, obteniéndose una llama blanca muy intensa.
Alcoholes: se utiliza experimentalmente el alconafta como combustibles de vehículos como combustibles alternativos.
Cetonas y Aldehídos: se caracterizan ambos por tener el grupo carbonilo por lo cual se les suele denominar como compuestos carbonílicos. Estos compuestos tienen una amplia aplicación tanto como reactivos y disolventes así como su empleo en la fabricación de telas, perfumes, plásticos y medicinas. En la naturaleza se encuentran ampliamente distribuidos como proteínas, carbohidratos y ácidos nucleicos tanto en el reino animal como vegetal.
Acidos: El ácido sulfúrico (H2SO4) se utiliza en producción de fertilizantes, para la producción de ésteres, ácido fosfórico, ácido acético, ácido cítrico y otros diversos productos químicos, en la industria de explosivos, industria farmacéutica, como agente químico en análisis, refinación de petróleo, sistemas de tratamientos de agua (como purificador), industria de plásticos y fibras, limpieza de materiales, etc.
Aminas: se utilizan como base en la fabricación de plaguicidas agrícolas.
Amidas: se usan principalmente como agentes espumantes y espesantes en la industria cosmética.
Esteres: La familia de los ésteres es muy variada y encuentra un amplio uso en cosmética. Los más importantes son ésteres de ácidos carboxílicos de cadena saturada formados por reacción con óxido de etileno, sorbitol, glicerina, etc...
Éteres: El más importante de los éteres simétricos es el dietil éter, el disolvente empleado comúnmente en la extracción y preparación de los reactivos de Grignard.
La química orgánica es una ciencia que influye en la medicina en la preparación de compuestos como alcoholes, fenoles, aromatizantes, buffer, pH, catalizadores, etc. y que posteriormente se amplían en otras materias como bioquímica, fisiología, farmacología.
La química orgánica está fuertemente relacionada con la síntesis de medicamentos, y en el desarrollo de nuevos polímeros o materiales con propiedades bioespecíficas.
También estudia la interacción de ciertos contaminantes sobre los seres vivos y los procesos de degradación y re mediación de estos.
Después de haberse sintetizado la urea, y la disponibilidad de bases sintéticas como el benceno, proveniente como subproducto de la producción petrolera, vino el advenimiento de una época de enorme cantidad de síntesis de medicamentos, que se extraían primero de plantas medicinales, se extraía el principio activo, y luego se sintetizaba para reducir costos de producción, al extremo de que en la actualidad ya rebasa la cantidad de 5 millones de medicamentos sintetizados orgánicamente, y se siguen sintetizando.
Hay medicamentos inorgánicos, pero quizás representen un 0.1% respecto de los orgánicos.
Y se sigue avanzando, ya existen medicamentos que se ingieren o se inyectan y son guiados por electromagnetismo hasta el órgano donde deben depositarse para ser más efectivos.
Ya existen los nanomedicamentos, la curación de una célula enferma a través de la inyección de nanomedicamentos previamente encapsulados.
En los resultados in vitro se demostró que el envío magnéticamente guiado de nanocontenedores personalizados hacia las células tumorales, permitió alcanzar el objetivo con mayor precisión, incrementando la captación por dichas células de los productos PDT contenidos en ellos.
El campo magnético aplicado externamente actuó como una especie de "telemando", dirigiendo a los nanocontenedores al área objetivo en el cultivo celular.
Una vez que era aplicado el campo magnético, la concentración del medicamento dentro de las células del tumor en el área designada, aumentaba.
Este trabajo de nanomedicina tiene implicaciones de largo alcance para una variedad de áreas clínicas, incluyendo las enfermedades neurológicas y las cardíacas.
Según los investigadores, la terapia fotodinámica es uno de los tratamientos más prometedores contra el cáncer; también se está investigando como un método de tratamiento para enfermedades cardiovasculares, dermatológicas y oftalmológicas.
La PDT se aprovecha de la propensión de los tumores a retener concentraciones más altas de los fármacos fotosensibles que los tejidos normales. Cuando las células son expuestas a la luz del láser, estos productos generan moléculas tóxicas que destruyen a las células.
El principal efecto secundario asociado a la terapia fotodinámica contra el cáncer, es la fuerte sensibilidad de los pacientes a la luz durante un periodo de cuatro a seis semanas después del tratamiento, como resultado de los fármacos del tipo PDT que se acumulan en el tejido normal.
La administración guiada magnéticamente de medicamentos permitiría el uso de bajas concentraciones para aplicar una dosis terapéutica, reduciendo así la cantidad de PDT que se acumula significativamente en el tejido normal. Ésta es la conclusión a la que han llegado los autores de un estudio, de la Universidad de Bristol.
Su investigación demuestra que el tejido del cartílago obtenido mediante bioingeniería puede crecer y madurar cuando es implantado en pacientes con una lesión de rodilla. El nuevo tejido puede incluso llevar a la regeneración del cartílago en rodillas afectadas por la osteoartritis.
El método de bioingeniería del tejido usado en este estudio partió del aislamiento de las células de cartílagos en buen estado obtenidas mediante cirugía de 23 pacientes con una edad promedio de 36 años. Después de hacer crecer las células en el cultivo durante 14 días, los investigadores las sembraron en soportes hechos de ácido hialurónico esterificado, crecieron en ellos durante otros 14 días, y se implantaron en las rodillas dañadas de los pacientes participantes en el estudio.
La regeneración del cartílago se consiguió en 10 de 23 pacientes, incluyendo algunos con principios de osteoartritis de la rodilla, desarrollada como secuela de una lesión. La maduración de los implantes del tejido de cartílago preparado por bioingeniería fue evidente tan sólo 11 meses después del implante.
Cuando no son tratadas, muchas lesiones del cartílago progresan hacia la osteoartritis, con la consiguiente necesidad del reemplazo final de toda la articulación. Es necesario continuar estas investigaciones, pero lo que parece ya quedar claro es que la nueva técnica será útil para mejorar los resultados de las intervenciones quirúrgicas de reparación del cartílago.
Y esto es algo que no se habría logrado sin el uso de la química orgánica.
El 13 de mayo fuimos de excursión al instituto Bezmiliana.
Tuvimos mucho éxito con nuestros trabajos porque todos los alumnos se interesaron por ellos, no hubo errores, todo salió muy bien y nosotros estuvimos muy cómodos y contentos allí.
Nuestro lugar de trabajo fueron unas carpas situadas en el patio del instituto:
El profesor Aldo nos trajo su máquina de tabaco, hecha por el mismo, veámos en lo que consiste:
La máquina lo que intenta explicar es lo que ocurre cuando fumamos un solo cigarro:
Toda la clase junta no lo pasamos genial:
Nos unimos mucho a los profesores:
Los experimentos de matemáticas fueron:
Las bandas de moebius:
Figuras geométricas:
El cubo:
Las cuerdas:
El pago con eslabones:
Torres de hanoi:
Las monedas:
Los experimentos físicos:
La cuchara:
El pañuelo que no arde:
Equilibrio de latas:
"Lluvia de oro":
Reacción acetona con corcho:
Airbag:
Reacción de tipo metal-ácido:
Valoración ácido-base:
También tuvimos tiempo para hacer amigos:
Al final del encuentro, nuestros profesores recogieron un diploma en nombre de toda la clase:
Así es como transcurrió el día, nos divertimos, nos reimos... y terminamos cansados pero nos gustó mucho la experiencia de ser nosotros los alumnos los que enseñaran a otros, espero que todos los visitantes y participantes se lo pasaran igual de bien.
Raquel Crespillo
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