POLÍMEROS

1. POLÍMEROS AE: Reconocen las estructuras de polímeros orgánicos y las unidades que intervienen en su formación

2. QUE SABES SOBRE EL TEMA • ¿Qué son los polímeros? • ¿Qué tipos de polímeros existen? • ¿Qué son los plásticos? • ¿Qué plásticos conoces? • ¿Cuál es la importancia de los polímeros?

3. POLÍMEROS • Los polímeros son una estructura compleja formada por la repetición de una unidad molecular llamada monómero. • En muchos casos una molécula de un polímero está compuesta de miles de moléculas de monómeros. MONÓMERO POLÍMERO EJEMPLO :

4. MONÓMEROS • Los monómeros son los pequeños eslabones que se repiten para formar un polímero mediante un proceso llamado polimerización.

5. TIPOS DE POLÍMEROS • Existen • Polímeros naturales: Se encuentran en la naturaleza Ej. celulosa, almidones, ADN y proteínas. • Polímeros sintéticos: Fueron fabricados por el hombre y que incluyen todos los derivados de los plásticos.

6. POLIMERIZACIÓN: En la reacción de formación de un polímero es preciso distinguir tres etapas: • Iniciación: en esta etapa se inicia la polimerización. • Propagación: corresponde a una fase en que se van agregando más unidades monoméricas a la cadena polimérica, con lo que ésta aumenta su longitud. • Terminación: es la interrupción del proceso de propagación y la cadena cesa de crecer. Para formar un polímero existen dos caminos factibles: A-Polimerización por adición B- Polimerización por condensación.

7. A.- Polimerización por adición: • Los monómeros se adicionan unos con otros, de tal manera que el producto polimérico contiene todos los átomos del monómero inicial. • Un ejemplo de esto es la polimerización del etileno (monómero) para formar el polietileno, en donde todos los átomos que componen el monómero forman parte del polímero.

8. Figura : Esquema de polimerización por adición

9. B- Polimerización por condensación. • En este caso, no todos los átomos del monómero forman parte del polímero. Para que dos monómeros se unan, una parte de éste se pierde. Figura: Esquema de polimerización por condensación

10. Tipos de polímeros según moléculas que lo forman • Homopolímero: Las unidades que constituyen un polímero son iguales, como por ejemplo, el polietileno. A – A – A – A – A – A – A – A – A – A • Copolímero: Las unidades que lo constituyen son diferentes - A – B – A – B – A – B – A – B – A – B -

11. Según como se ordenen los monómeros, se forman distintos copolímeros. Estas posibilidades se representan a continuación en forma genérica, empleando los monómeros A y B: • A – B – A – B – A – B - Copolímero regular o alternado • - A – A – B – A – B – B – B – A – A – B – B – A – B - Copolímero aleatorio ( al azar ) • - A – A – A – A – A – A – B – B – B – B – B – B - Copolímero en bloque • - A – A – A – A – A – A – A – A - B – B – B – B – Copolímero de inserción o injertado

12. Polímeros sintéticos • Durante la Segunda Guerra Mundial, Japón cortó el suministro de caucho natural (isopreno) proveniente de Malasia e Indonesia a los aliados. • El caucho natural es un polímero elástico y semisólido, que posee la siguiente estructura:

14. La búsqueda de un sustituto dio como origen el caucho sintético, y con ello surgió la industria de los polímeros sintéticos y plásticos. • El polibutadieno, un elastómero sintético, se fabrica a partir del monómero butadieno, que no posee un metil en el carbono número dos, siendo esta la diferencia con el isopreno. • CH2 = CH – CH = CH2 1,3 -butadieno

15. El polibutadieno tiene regular resistencia a la tensión y muy poca frente a la gasolina y a los aceites. Estas propiedades limitan las posibilidades de fabricar con ellos los neumáticos. • El policloropreno o neopreno, se fabrica a partir del 2-cloro-1,3-butadieno. El neopreno presenta mejor resistencia a la gasolina y los aceites y se utiliza en la fabricación de mangueras para gasolinas y otros artículos usados en las estaciones de servicio. Policloropreno o neopreno

16. Un copolímero es el producto que se forma por la mezcla de dos monómeros, y en cuya cadena existen las dos unidades. • El caucho estireno-butadieno (SBR) es un copolímero que contiene un 25% de estireno y un 75% de butadieno. Un segmento de este copolímero es el siguiente:

17. Este polímero sintético es más resistente a la oxidación y a la abrasión que el caucho natural, pero sus propiedades mecánicas no son tan óptimas. • Al igual que el caucho natural, el caucho estireno-butadieno contiene dobles enlaces capaces de formar enlaces cruzados. • Este material se usa, entre otras cosas, para la fabricación de neumáticos. • Se ha logrado sintetizar el poliisopreno, un compuesto idéntico en todos los sentidos al caucho natural, solo que no se extrae del árbol del caucho.

18. Vulcanización • Las moléculas de cadena larga que constituyen el caucho se pueden enroscar, torcer y entrelazar unas con otras. • El caucho natural es suave y pegajoso cuando está caliente, pero se puede endurecer cuando reacciona con azufre. • Este proceso se denomina vulcanización, y en él se forman enlaces cruzados entre las cadenas de hidrocarburos por medio de los átomos de azufre. • El descubridor de la vulcanización fue Charles Goodyear.

19. La estructura tridimensional con enlaces cruzados hace del caucho vulcanizado una sustancia más dura y resistente, ideal para la confección de neumáticos. • La estructura cruzada mejora de forma sorprendente la elasticidad del caucho. • El caucho vulcanizado tiene cadenas de hidrocarburo unidas por enlaces cruzados de átomos de azufre. El subíndice x indica un número no definido de átomos de azufre.

20. DIFERENCIA DE CAUCHO SIN Y CON VULCANIZAR

21. Estructura y aplicaciones comerciales de polímeros de adición

23. POLÍMEROS NATURALES • Los polímeros naturales reúnen, entre otros, al almidón cuyo monómero es la glucosa y al algodón, hecho de celulosa, cuyo monómero también es la glucosa. • La diferencia entre ambos es la forma en que los monómeros se encuentran dispuestos dentro del polímero. • Otros polímeros naturales de destacada importancia son las proteínas, cuyo monómero son los aminoácidos.

24. Por otro lado, la lana y la seda son dos de las miles de proteínas que existen en la naturaleza y son utilizadas comos fibras y telas. • Todo lo que nos rodea son polímeros. • Los tejidos de nuestro cuerpo, la información genética se transmite mediante un polímero llamado ADN, cuyas unidades estructurales son los nucleotidos. • El caucho natural es un polímero elástico y semisólido.

25. Glucosa y formación de la beta glucosa

26. Proteínas • Las proteínas son copolímeros. • Las proteínas funcionan como material estructural en los animales. • Todas las proteínas contienen los elementos carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno, y casi todas ellas contienen azufre. • Las proteínas están formadas por cerca de 20 aminoácidos diferentes.

28. Función de las proteínas • Plástica, constructora: se forman los nuevos tejidos del organismo o se reponen los tejidos dañados • Enzimática: participan en las reacciones químicas de las células • Defensa: Con los anticuerpos se defiende nuestro organismo de virus y bacterias • Transporte: La hemoglobina transporta el oxígeno por la sangre

29. Los aminoácidos tienen dos grupos funcionales: el grupo amino (-NH2) y el grupo carboxilo (-COOH). El grupo amino está unido a un carbono vecino del grupo carboxilo:

30. Los aminoácidos forman una proteína a través de un enlace peptídico, enlace entre un carbono del grupo carboxilo y un grupo amino del otro aminoácido.

32. Las proteínas son poliamidas. El enlace amida (-CONH-) entre un aminoácido y otro aminoácido se denomina enlace peptídico. Se puede observar que sigue existiendo un grupo amino reactivo a la izquierda y un grupo carboxilo a la derecha. Cuando se unen dos aminoácidos, el producto es un dipéptido. Glicilfenilalanina

33. Cuando se combinan tres aminoácidos, se forma un tripéptido. • Cada uno de los terminales puede seguir reaccionando para unir más unidades de aminoácidos.

34. El extremo de la molécula de proteína que tiene un grupo carboxilo libre se denomina terminal C. • El extremo que tiene un grupo amino libre se denomina terminal N. • Una molécula con más de diez unidades de aminoácidos se llama polipéptido.

35. Cuando la masa molar de un polipéptido es mayor de 10 000, se denomina proteína. • La distinción entre los polipéptidos y las proteínas es arbitraria, y no siempre se aplica. • Los 20 aminoácidos existentes difieren solo en las cadenas laterales, las cuales pueden ser otros grupos funcionales o cadenas hidrocarbonadas.

37. Los aminoácidos tienen un grupo ácido y uno básico. • En solución acuosa, el ión hidrógeno del ácido carboxílico es transferido al grupo básico que es el amino: el producto resultante es una molécula polar. Figura: Dipéptido, con ambos aminoácidos cargados

38. ESTRUCTURA DE LAS PROTEÍNAS • PRIMARIA • SECUNDARIA • TERCIARIA • CUATERNARIA

39. ESTRUCTURA PRIMARIA • Representada por la sucesión lineal de aminoácidos que forman la cadena peptídica • Indica qué aminoácidos componen la cadena y el orden en que se encuentran. • El ordenamiento de los aminoácidos en cada cadena peptídica, no es arbitrario sino que obedece a un plan predeterminado en el ADN.

40. ESTRUCTURA SECUNDARIA • La está representada por la disposición espacial que adopta la cadena peptídica (estructura primaria) a medida que se sintetiza en los ribosomas. • Es debida a los giros y plegamientos que sufre como consecuencia de la capacidad de rotación del carbono y de la formación de enlaces débiles (puentes de hidrógeno).

41. a) Disposición espacial estable determina formas en espiral (configuración -helicoidal y las hélices de colágeno)

42. b) Formas plegadas (configuración o de hoja plegada).

43. ESTRUCTURA TERCIARIA • La esta representada por los superplegamientos y enrrollamientos de la estructura secundaria, constituyendo formas tridimensionales geométricas muy complicadas que se mantienen por enlaces fuertes (puentes disulfuro entre dos cisteinas) y otros débiles (puentes de hidrógeno; fuerzas de Van der Waals; interacciones iónicas e interacciones hidrofóbicas).

45. Desde el punto de vista funcional, esta estructura es la más importante pues, al alcanzarla es cuando la mayoría de las proteinas adquieren su actividad biológica o función. • Muchas proteínas tienen estructura terciaria globular caracterizadas por ser solubles en disoluciones acuosas, como la mioglobina o muchos enzimas.

46. ESTRUCTURA TERCIARIA

47. No todas las proteínas llegan a formar estructuras terciarias. • En estos casos mantienen su estructura secundaria alargada dando lugar a las llamadas proteínas filamentosas, que son insolubles en agua y disoluciones salinas siendo por ello idóneas para realizar funciones esqueléticas. • Entre ellas, las más conocidas son el colágeno de los huesos y del tejido conjuntivo; la -queratina del pelo, plumas, uñas, cuernos, etc...; la fibroina del hilo de seda y de las telarañas y la elastina del tejido conjuntivo, que forma una red deformable por la tensión.

48. ESTRUCTURA CUATERNARIA • Está representada por el acoplamiento de varias cadenas polipeptídicas, iguales o diferentes, con estructuras terciarias (protómeros) que quedan autoensambladas por enlaces débiles, no covalentes. • Esta estructura no la poseen, tampoco, todas las proteínas. Algunas que sí la presentan son: la hemoglobina y los enzimas alostéricos.

49. ESTRUCTURA CUATERNARIA

50. Estas figuras muestran la fórmula estructural. El modelo es de un segmento de una molécula de proteína.