POLÍMEROS ORGÁNICOS, SINTÉTICOS Y NATURALES
 
   

INTRODUCCIÓN

 
Polímeros orgánicos e inorgánicos sintéticos y naturales
 
Los polímeros son compuestos químicos muy importantes. Existen polímeros naturales y polímeros sintéticos, pero ambos están basados en el mismo principio: son macromoléculas que se forman a partir de moléculas más pequeñas denominadas monómeros. En muchos casos una molécula de un polímero está compuesta de miles de moléculas de monómeros.
Los monómeros son los pequeños eslabones de los cuales están formados los polímeros. La polimerización, en tanto, consiste en el proceso por el cual los monómeros dan origen a los polímeros.
 
Polímeros naturales
 
El almidón es un polímero, donde el monómero es la glucosa. El algodón está hecho de celulosa, que también es un polímero de la glucosa, y la madera está compuesta en gran proporción de celulosa. Las proteínas son polímeros donde el monómero son los aminoácidos. La lana y la seda son dos de las miles de proteínas que existen en la naturaleza.
Los seres vivos no podrían existir sin polímeros: toda planta y animal requiere de ellos. Entre los polímeros naturales más importante están los ácidos nucleícos, que contienen la información genética codificadora que hace que cada individuo sea único.
Caucho natural
El caucho natural, es el poli-cis-isopreno, que se extrae del árbol  Hevea brasiliensises, es un polímero elástico y semisólido, y posee la siguiente estructura donde el monómero es el isopreno, el 2-metil-1,3-butadieno. El isopreno es un líquido volátil.
 
Proteínas
Las proteínas funcionan como material estructural en los animales, tal como lo es la celulosa en las plantas. Todas las proteínas contienen los elementos carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno, y casi todas ellas contienen azufre.
Las proteínas son copolímeros (polímero que contiene dos o más monómeros distintos ), de cerca de 20 aminoácidos diferentes. Los aminoácidos tienen dos grupos funcionales. El grupo amino (-NH2) está unido a un carbono que es vecino del grupo carboxilo (-COOH).
En la fórmula estructural destacan las cadenas laterales de hidrocarburos, una cadena lateral básica y una cadena lateral ácida, además de otra cadena lateral que contiene azufre.
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.
 
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
Cuando se combinan tres aminoácidos, se forma un tripéptido.
 
Serilalanilcisteína
Cada uno de los terminales puede seguir reaccionando para unir más unidades de aminoácidos.  
 
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 N.
Una molécula con más de diez unidades de aminoácidos se llama polipéptido. Cuando la masa molar de un polipéptido es mayor de 10000, se denomina proteína. La distinción entre los polipéptidos y las proteínas es arbitraria, y no siempre se aplica.
Ácidos nucleícos
Los ácidos nucleícos son polímeros de masa molar elevada cuya función es esencial en la síntesis de proteínas. Los ácidos nucleícos más comunes son: ácido desoxirribonucleico (ADN) y ácido ribonucleico (ARN).Ambos están formados  por  nucleótidos (monómeros) cuyos  componentes  fundamentales son: Un grupo fosfato, una pentosa o azúcar de 5 átomos de carbono y una base nitrogenada.
Características generales del ADN y el ARN
 
Nucleótidos
 
Si observas la estructura de los nucleótidos que aparecen en la figura de arriba, te darás cuenta de que existen dos  tipos de bases nitrogenadas: Aquellas  que tienen dos anillos en su estructura (un hexágono y un pentágono) y las que tienen solo un anillo (un hexágono). Las bases que presentan dos anillos se denominan purinas (adenina y guanina), y las que presentan solo un anillo se denominan pirimidinas (timina, citosina y uracilo).
Estructura cadenas de ADN
 
En la molécula de ADN se establecen duplas de bases nitrogenadas complementarias, unidas mediante puentes de hidrógeno. Una hebra de ADN se une a otra hebra de ADN a través de sus bases nitrogenadas, siguiendo la siguiente regla: Una base purica se une con una base pirimidina, es decir, la adenina se une con la timina y  la guanina lo hace con la citosina. Por lo tanto cada secuencia de nucleótidos tiene una secuencia complementaria. El eje de cada hebra de ADN consiste en partes alternadas de azúcar (Desoxirribosa) y un grupo fosfato (acido fosfórico).
 
En el proceso de duplicación del material genético, la doble hélice del ADN se abre y sobre cada una de estas hebras comienza a sintetizarse la cadena complementaria: frente a cada adenina- citosina- timina-guanina debe ubicarse una timina-guanina-adenina-citosina, respectivamente. De esta manera, la estructura del ADN  hace posible su reparación y replicación con constancia casi perfecta.
El ADN dirige la síntesis del ARN, luego el ARN dirige la síntesis de proteínas y finalmente, una serie de proteínas específicas catalizan la síntesis tanto del ADN como del ARN.
Al flujo de la información desde el ADN hacia  el ARN y finalmente a proteínas se le ha denominadodogma central de la biología molecular.
                ADN  →  ARN   →   proteínas
Así, el mensaje finalmente es traducido en un conjunto de proteínas que se expresaran materialmente en tu naturaleza, tanto físicamente y en cierta medida, psicológicamente.
 
Polímeros sintéticos
Durante la Segunda Guerra Mundial, Japón cortó el suministro de caucho natural proveniente de Malasia e Indonesia a los aliados. La búsqueda de un sustituto dio como origen al caucho sintético, y con ello surgió la industria del plástico.
El caucho natural es un polímero del isopreno. 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
n CH2 =  CH – CH = CH2   →  + CH2 – CH = CH – CH2 +
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
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:
 
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 por vulcanización.  Este material se usa, entre otras cosas, para la fabricación de neumáticos.
Se ha logrado  sintetizar el poliisopreno,  una sustancia  idéntica en todos los sentidos al caucho natural, solo que no se extrae del árbol del caucho.
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 C. Goodyear. 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 sorprendentemente mejora 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.
 
Polimerización por adición
La polimerización por adición se forman por la unión sucesiva de monómeros, que tienen uno o más enlaces dobles, los monómeros se adicionan unos con otros, de tal manera que el producto  polimérico  contiene todos los átomos de los monómeros iniciales.
Ejemplos:
1. La polimerización del etileno para formar  el  polietileno;  tal  como  se  observa,  se  mantiene  en el polímero  el número de átomos de los monómeros.
 
.... CH2 = CH2   +  CH2 = CH2   +  CH2 = CH2   + ….  →  - [CH2 – CH2 – CH2 – CH2 ] n -
Los puntos suspensivos en los reactantes y los guiones en el producto indican que el número de monómeros se puede extender por ambos extremos.
Las representaciones  anteriores del polímero son muy cortas y no señalan la verdadera extensión del polímero.
Las moléculas reales de polietileno tienen un número variable de átomos de carbono, desde unos pocos cientos de átomos de carbono hasta varios miles de ellos.
Los polímeros hechos de un solo tipo de monómeros, como el polietileno se denomina homopolímeros.
2. La polimerización de cloruro de vinilo (cloroeteno) para obtener el PVC o cloruro de polivinilo.
 
Este polímero es tan rígido que se utiliza en tuberías, rieles, canaletas, loseta para pisos, etc.
 
Polimerización por condensación
             
Este tipo de polímeros se condensan como resultado de la eliminación de una molécula pequeña, generalmente agua, cada vez que se une un nuevo monómero. Los polímeros de condensación están formados por dos o más tipos de monómeros y se preparan a partir de monómeros que contienen dos o más grupos funcionales,  los más utilizados para estos fines son los ácidos carboxílicos, los grupos aminos y alcoholes.
Ejemplo
El nylon es unos de los polímeros más comunes usados como fibra. Encontramos nylon en nuestra ropa, pero también en otros lugares, en forma de termoplástico, se produce por la reacción entre una amina y un ácido carboxílico.
 
El dímero (dos monómeros) que se forma en esta reacción, puede seguir reaccionando, a su vez, con otras moléculas por ambos extremos, alargando así indefinidamente la cadena que constituirá el polímero. Este tipo de unión es la que emplean los aminoácidos para formar las proteínas.
Los nylons también se llaman poliamidas, debido a los característicos grupos amida en la cadena principal. Las proteínas, tales como la seda a la cual el nylon reemplazó, también son poliamidas. Estos grupos amida son muy polares y pueden unirse entre sí mediante enlaces por puente de hidrógeno. Debido a ésto y a que la cadena de nylon es tan regular y simétrica, los nylons son a menudo cristalinos, y forman excelentes fibras.
 

   
   
Webquest elaborada por Longinotti,Karina; Martinez, Estela; Sulimovich,Ad con