QUÍMICA DE LOS POLÍMEROS PEDRO MIRANDA MEZA IVº C ELECTIVO QUIMICA PSU 2015

OBJETIVO DE LA UNIDAD - Reconocer los tipos de polímeros existentes desde la perspectiva de su origen, composición y estructura molecular. - Identificar términos conceptos y estructuras características de estos compuestos.

Polímeros NATURALES Y SINTÉTICOS NATURALES Ejemplos El algodón La seda El caucho Los polisacáridos Las proteínas Los ácidos nucleicos Características 1. Algunos poseen funciones biológicas (BIOPOLÍMEROS) 2. Muchos son conocidos desde la antigüedad. SINTÉTICOS Ejemplos El polietileno El poliuretano El rayón El Teflón La baquelita Características 1.Alta estabilidad 2.Productos del desarrollo industrial moderno 3.Aplicaciones cada día mas amplias.

CLASIFICACIÓN ESTRUCTURAL DE LOS POLIMEROS 1.ESTRUCTURA DE LA CADENA 1.ORIGEN 1.COMPOSICIÓN DE LAS CADENAS

1. ESTRUCTURA DE LA CADENA a. Polímeros lineales: El monómero que los genera presenta dos puntos de ataque, de modo que la polimerización ocurre unidireccionalmente y en ambos sentidos. b. Polímeros ramificados: El monómero que los origina posee tres o más puntos de ataque, de modo que la polimerización ocurre tridimensionalmente, es decir, en las tres direcciones del espacio.

REDES ESTRELLAS DENDRITAS

2. ORIGEN a.Polímeros naturales: Corresponden a los polímeros que forman parte de los seres vivos, como plantas y animales. Algunos ejemplos son: almidón, caucho natural, proteínas y ácidos nucleicos. b. Polímeros sintéticos o artificiales: Son aquellos polímeros sintetizados a través de procesos químicos en laboratorios o en industrias a partir de materias primas (unidades monoméricas) específicas. Algunos ejemplos son el caucho vulcanizado, el polietileno y el poliéster.

3. Composición de la cadena a.Homopolímeros: Macromoléculas formadas por la repetición de unidades monoméricas idénticas. La celulosa y el caucho son homopolímeros naturales; el polietileno y el PVC son homopolímeros sintéticos. b. Copolímeros: macromoléculas originadas por dos o más unidades monoméricas distintas. La seda es un copolímero natural y la baquelita, uno sintético. Los copolímeros más comunes están formados por dos monómeros diferentes que pueden generar cuatro combinaciones distintas.

CASOS PARA COPOLÍMEROS

POLÍMEROS SINTÉTICOS CAUCHO VULCANIZADO 1.El caucho natural, es un polímero de isopreno (formando el poliisopreno) que se extrae de la savia o látex de ciertos árboles tropicales nativos de Sudamérica. 1.Este es un material pegajoso, blando cuando se le aplica calor, duro y fácil de quebrar en frío. 1.El caucho natural se produce cuando se enlazan entre sí las moléculas de isopreno (2-metil-1,3-butadieno), mediante la acción de ciertas enzimas que posibilitan que todos los monómeros se comiencen a unir formando una estructura mas compleja.

VULCANIZADO 1.Descubierto accidentalmente por Charles Goodyear ( ). 2.Se produce cuando una mezcla de caucho en calor se combina con Azufre. 3. Concepto importante: Entrecruzamiento

MECANISMO DE OBTENCIÓN a) Polímeros de Adición: Son aquellos que se obtienen de monómeros que poseen al menos un enlace doble y son derivados del etileno, CH 2 =CH 2. b) Polímeros de Condensación: Son aquellos que se forman a partir de monómeros poli funcionales, y durante su formación se produce la eliminación de una molécula pequeña, por ejemplo, agua,metano.

POLIMEROS DE ADICIÓN - Se obtienen a partir de monómeros insaturados, por lo tanto en el polímero quedan incluidos todos los átomos de los monómeros iniciales. - La mayor parte de los polímeros por adición se obtienen a partir de monómeros derivados del etileno (CH 2 =CH 2 ), en los cuales uno o más átomos de hidrógeno han sido reemplazados por otro átomo o grupo. - Cuando se sustituye uno de los átomos de hidrógeno por un grupo METIL se obtiene el monómero PROPENO (CH 2 =CH-CH 3 ), también conocido como PROPILENO.

POLIMERIZACIÓN El proceso de polimerización consta esencialmente de tres etapas: 1. Iniciación 2. Propagación 3. Terminación

COMPORTAMIENTO FRENTE AL CALOR a) Termoplásticos: Son aquellos que se pueden moldear por calentamiento, ya que se ablandan con el calor (objetos de plástico, botellas, vasos, etc.). b) Termoestables: Son aquellos que no se moldean por calentamiento, ya que más bien se descomponen químicamente con la acción del calor (resinas).

PROPIEDADES FÍSICAS

RUPTURAS HOMOLITICAS Y HETEROLITICAS Ruptura Homolítica Ruptura de un enlace químico en el que cada átomo participante del enlace retiene un electrón del par que constituía la unión. La energía necesaria para llevar a cabo la ruptura se conoce como "energía de disociación Homolítica de enlace" y puede ser aportada. Ruptura Heterolítica El enlace se rompe en forma desigual, uno de los dos átomos se queda con el par de electrones que formaba el enlace covalente.

POLÍMEROS POR CONDENSACIÓN PEDRO MIRANDA MEZA

POLIMEROS POLIFUNCIONALES En las polimerizaciones de condensación, dos monómeros reaccionan para formar un dímero, el que, a su vez, puede seguir reaccionando (por ambos extremos) con otras moléculas, alargando así indefinidamente la cadena del polímero. Algunos polímeros sintetizados por este método son: poliamidas, poliésteres, siliconas y resinas.

A. Poliamidas Fibra sintética que tiene la propiedad de formar hilos que se estiran bastante sin romperse. Se pueden usar para hilar y hacer tejidos. Una de las poliamidas más conocidas es el nailon. Este polímero se obtiene por la polimerización de un ácido dicarboxílico (1,6-ácido hexanodioico) y una diamina (1,6-hexanodiamina), según muestra la siguiente ecuación:

B. Poliésteres Se sintetizan de manera similar a las poliamidas, condensando un ácido con un alcohol. Por ejemplo, en la formación del polímero llamado polietilentereftalato (PET) reacciona el ácido tereftálico (ácido 1,4–benzodioico) con el etilenglicol (1,2–etanodiol), en presencia de un catalizador o bien por efecto de la presión o del calor.

C. Siliconas Fueron descubiertas a principios del siglo XX por el químico británico Frederick Kipping. Son los polímeros inorgánicos más comunes, donde el silicio es el átomo central, tetravalente. Su estructura presenta cadenas de átomos de silicio (Si) alternados con átomos de oxígeno (O) y unidos a grupos metilo (–CH 3 ).

D. Resinas. La baquelita fue la primera resina sintetizada. Las resinas se caracterizan por sufrir una transformación química cuando se funden, convirtiéndose en un sólido que, si se vuelve a fundir, se descompone. La baquelita resulta de la reacción entre el fenol y el formaldehído (metanal). Es un polímero duro y quebradizo.

CARBOHIDRATOS

Monosacaridos cíclicos - Monosacáridos que tienen formas cíclicas pentagonales, como la ribosa, se denominan FURANOSAS. - Monosacaridos con formas cíclicas hexagonales, como la glucosa, se denominan PIRANOSAS.

Proteínas

¿Donde las encontramos…? Las proteínas forman parte de varios tipos de tejidos estructurales en los sistemas biológicos. Por ejemplo, Ej: Fibroína de la seda y la queratina de la piel y del pelo. ¿Por que son importantes? Son importantes en el metabolismo energético, en la regulación del pH de la sangre por ser electrolitos y anfóteros, en la coagulación de la sangre (fibrinógeno), en el transporte de oxígeno (hemoglobina) y en la catálisis de una gran cantidad de reacciones biológicas (enzimas).

Aminoácidos…como Monómeros Estructuralmente los aminoácidos son los monómeros de las proteínas. Estructura general de un Aminoácido

“Amino/ácidos” como anfóteros Debido a las características de estos grupos, los aminoácidos experimentan una reacción ácido-base que los transforma en un ion dipolar o zwitterion, en el que la carga positiva se ubica en el nitrógeno, formando un ion amonio, y la negativa en los oxígenos del anión carboxilato.

AMINOACIDOS ESENCIALES Existen 20 aminoácidos fundamentales para la síntesis de las diferentes proteínas. Diez de ellos se denominan aminoácidos esenciales, porque no son sintetizados por los seres humanos y, por lo tanto, deben ser incorporados a través de los alimentos. Los restantes pueden ser sintetizados por el organismo.

Clasificación a) Carácter neutro. En este grupo se encuentra la mayoría de los aminoácidos, entre ellos la glicina (Gly), la fenilalanina (Phe) y la cisteína (Cys).

b) Carácter ácido. Por ejemplo, los ácidos aspártico (Asp) y glutámico (Glu).

c) Carácter básico. Por ejemplo, arginina Arg (R) y lisina Lys (K).

Enlace Peptídico

Estructura de una proteína Las Proteínas NO sólo son la unión lineal de aminoácidos, sino que presentan otras estructuras que determinan finalmente su funcionalidad

ESTRUCTURA PRIMARIA Corresponde a la secuencia lineal de aminoácidos de la cadena polipeptídica, que le confiere su identidad individual. Por ejemplo:

ESTRUCTURA SECUNDARIA Es el ordenamiento espacial estable de aminoácidos cercanos en la cadena polipeptídica, que resulta de interacciones por enlace de hidrógeno entre los grupos C=O y N-H de los enlaces Peptídicos. Se conocen dos tipos de estructuras secundarias: la hélice α y la lámina plegada β.

ESTRUCTURA TERCIARIA Se refiere a la disposición espacial que adopta la proteína que se enrolla sobre misma, debido a interacciones entre los aminoácidos que la forman. Las uniones entre los radicales (R) de los aminoácidos pueden darse por puentes de disulfuro, puentes de hidrógeno, puentes eléctricos o interacciones hidrófobas. Esta estructura globular facilita la solubilidad en agua y algunas funciones importantes de las proteínas, como las de transporte, hormonales, enzimáticas, entre otras.

ESTRUCTURA CUATERNARIA Las interacciones secundarias y terciarias son al interior de la cadena polipeptídica. La estructura cuaternaria se observa cuando hay interacciones entre cadenas polipeptídicas. Como complejo proteico unido por interacciones débiles. Por ejemplo, hemoglobina, donde se han unido cuatro cadenas polipeptídicas. En general, la estructura primaria es la responsable del tipo de estructura secundaria y terciaria.

DESNATURALIZACIÓN La DESNATURALIZACION se produce por una desorganización de la estructura de la proteína. Puede ser ocasionada por efectos físicos o químicos, como la temperatura, pH, radiación, exposición a disolventes orgánicos, etc. Cambio estructural implica CAMBIO de sus propiedades.

FIN