Universidad Privada Antenor Orrego.docx Quimica.docx

UNIVERSIDAD PRIVADA ANTENOR ORREGO FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA INDUSTRIAL

POLIMEROS NATURALES 

ALUMNO:

FERNANDEZ PALOMINO, ROBERTH LAMA PRADO, JULIO MENDOZA ESPINOZA, ALEXANDRA NEVADO CORDOVA, ESTEFANY PAUCAR BECERRA, KAROL RUBIO ANCAJIMA, ALEJANDRA

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DOCENTE:

GARCIA ARMAS, JUAN

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CURSO:

QUÍMICA ORGÁNICA

PIURA – PERÚ 2018

INTRODUCIÓN Los polímeros, sintéticos o naturales están presentes en cada aspecto de nuestras vidas, en muchos materiales modernos, equipos farmacéuticos, en dispositivos electrónicos, partes automovilísticas, equipos médicos, etc. De un tiempo a la fecha, los polímeros han venido reemplazando materiales tradicionales, principalmente, a su bajo costo y a la posibilidad de ser adaptados en un sinfín de aplicaciones especiales. Nuestra vida ha sufrido un cambio importante con el uso por ejemplo, de teléfonos celulares, computadoras, aparatos domésticos, televisores, etc., los cuales son aparatos fabricados con piezas hechas de diversos materiales poliméricos. Los polímeros, están presentes en cualquier lugar, incluso en nuestros hogares, por lo que el desarrollo de nuevos polímero, la modificación ó mejora de aquellos tradicionalmente empleados, es uno de los objetivos meta de muchos científicos orientado su investigación en estos importantes tópicos. Mucho antes de que existieran los plásticos y los polímeros sintéticos, remontándonos a los orígenes de la Tierra, la naturaleza se valía de los polímeros naturales para hacer posible la vida. No se piensa en los polímeros naturales de la misma manera que lo hacemos con los polímeros sintéticos, porque no podemos adjudicarlos como maravillas de nuestra propia ingenuidad y las compañías químicas no los pueden vender en busca de grandes ganancias. En este trabajo, se desarrollara particularmente lo referido a polímeros naturales y la clasificación de estos. Sin embargo, eso no hace que los polímeros naturales sean menos importantes; de hecho en muchos sentidos, son más importantes, como en el caso de que han sido pieza vital en la vida del hombre desde tiempos remotos debido a que ha dependido de la materia vegetal y animal para su sustento, protección, calefacción y otras necesidades obteniendo de estos, materiales como el algodón, formado por fibras celulosas; La celulosa se encuentra en la madera y en los tallos de muchas plantas, y se emplean para hacer telas y papel. La seda es otro polímero natural muy apreciado y es una poliamida semejante al nylon. La lana, proteína del pelo de las ovejas, es otro ejemplo. El hule de los árboles de hevea y de los arbustos de Guayule, son también polímeros naturales importantes y las resinas y gomas naturales que han sido usadas desde hace miles de años en la antigua Grecia y Roma. Los polímeros naturales incluyen al ARN y al ADN, vitales en genes y en los procesos de la vida. Por cierto, el ARN mensajero es el que hace posible la existencias de las proteínas, los péptidos y las enzimas. Esta última colabora en la química interior de los organismos vivientes y los péptidos conforman algunos de los componentes estructurales más interesantes de la piel, el cabello e inclusive los cuernos de los rinocerontes. Entre otros polímeros naturales se encuentran incluidos los polisacáridos (azúcares) y los poli péptidos como la seda, la queratina y el cabello. El caucho natural es también un polímero natural, constituido sólo por carbono e hidrógeno.

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POLÍMEROS

Hace más de medio siglo, Wilhelm Ostwald (1914) invento la frese “El País de Desdeñadas Dimensiones” para describir el intervalo de tamaños entre el molecular y el macroscópico en que se presentan la mayoría de las partículas coloidales. La expresión “desdeñadas dimensiones” podría hacerse aplicado con igual fortuna al mundo de las moléculas polímeras, los compuestos de alto peso molecular que son tan importantes para el hombre y su moderna tecnología. Hacia los años 1930, fue cuando la ciencia de los altos polímeros comenzó a surgir, y el gran desarrollo de la tecnología de estos materiales vino aún más tarde. A pesar de ello, hoy día las dimensiones industriales de los polímeros no son ya desdeñadas, pues las industrias relacionadas con materiales polímeros emplean a más de la mitad del total de químicos e ingenieros químicos estadounidenses.

La ciencia e las macromoléculas se dividen en materiales bilógicos y no biológicos, ambos son de gran importancia. Los polímeros biológicos forman la base misma de la vida y de la inteligencia, y proporcionan gran parte del alimento del que vive el hombre.

Un polímero es

una gran molécula construida por la repetición de pequeñas unidades

químicas simples. En algunos casos la repetición es lineal, de forma semejante a como una cadena la forman sus eslabones. En otro casos las cadenas son ramificadas o interconectadas formando retículos tridimensionales. La unidad repetitiva del polímero es usualmente equivalente o casi equivalente al monómero o material de partida del que se forma el polímero. Así (tabla 1-1) la unidad repetitiva del poli (cloruro de vinilo) es –CH2CHCl- ; su monómero es el cloruro de vinilo, CH2=CHCl.

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La longitud de la cadena del polímero viene especificada por el número de unidades que se repiten en la cadena. Este se llama grado de polimerización (DP). El peso molecular del polímero es el producto del peso molecular de la unidad repetitiva por el grado de polimerización. Utilizando el poli (cloruro de vinilo) como ejemplo, un polímero de grado de polimerización 1000 tiene un peso molecular de 63 x 1 000 = 63 000. La mayoría de los altos polímeros útiles para plásticos, cauchos o fibras, tienen peso molecular entre 10 000 y 1 000 000. Al contrario de muchos productos cuya estructura y reacciones eran bien conocidas ante de su aplicación industrial, algunos polímeros se produjeron en escala industrial mucho antes de que su química o física fuera estudiada. El empirismo en las rectas, procesos y pruebas de control era cosa habitual. El estudio de las propiedades de los polímeros comenzó gradualmente. Casi todos ellos fueron al comienzo llamados anómalas, pues tenían propiedades muy diferentes de las de los compuestos de bajo peso molecular. Pronto se cayó en cuenta, sin embargo, de que las moléculas de los polímeros son muchas veces mayores que las de las sustancias ordinarias. Se demostró que las supuestas propiedades anómalas de las de las sustancias ordinarias. Se demostró que las supuestas propiedades anómalas de los polímeros eran normales para tales materiales, al ser incluidas las consecuencias de su tamaño en los tratamientos teóricos de sus propiedades.

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Los enlaces químicos primarios a lo largo de las cadenas de polímeros se satisfacen por completo. Las únicas fuerzas entre moléculas son fuerzas de enlace secundarios de atracción, que son débiles en relación con las fuerzas de enlace primaras. El alto peso moleculares de los polímeros permite que estas fuerzas crezcan lo bastante para impartir a las sustancias excelente resistencia, estabilidad dimensional y otras propiedades mecánicas.

POLÍMEROS NATURALES Los polímeros naturales han sido utilizados desde los tiempos remotos. Desde su comienzo el hombre ha dependido de la materia vegetal y animal para su sustento, protección, calefacción y otras necesidades y deseos. La resina y gomas naturales han sido usadas desde hace millones de años. El asfalto era utilizado en los tiempos pre bíblicos; el ámbar era conocido de los antiguos griegos; y el mastique de goma era usado por los romanos.

Hace aproximadamente un siglo fueron reconocidas las singulares propiedades de los polímeros naturales. El término coloidal se propuso para distinguir a los polímeros como una clase aparte de los materiales que podían ser obtenidos en forma cristalina. El concepto fue posteriormente amplio al de “estado coloidal de la materia”, que era considerado similar a los estados gaseoso, líquido y sólido. Aunque útil para describir muchas sustancias coloidales, tales como los soles de oro y las soluciones de jabón, el concepto de un estado coloidal de la materia alcanzable reversible carece de validez.

La hipótesis de que los materiales coloidales son de peso molecular muy alto es también bastante antiguo, pero con anterioridad a los trabajos de Raoult y Van´t Hoff en los años 1880, no existían métodos adecuados para la estimación de los pesos moleculares. Cuando se dispuso de métodos experimentales, se obtuvieron pesos moleculares que iban de 10 000 a 40 000 para sustancias tales como el caucho, el almidón y el nitrato de celulosa. La existencia de grandes moléculas implicada por estas mediciones no fue aceptada por los químicos del tiempo por dos razones.

Primera, las verdades macromoléculas no eran distinguidas de otras sustancias coloidales que podían ser obtenidas también en forma no coloidal. Cuando un material de estructura bien conocida se observan en el estado coloidal, su aparente alto peso molecular era considerado erróneo. De este modo se dio por sentado que la ley de Raolt de las disoluciones no se aplicaba a ningún material en el estado coloidal. Segunda, con frecuencia se recurría a complejos de coordinación y a la asociación de moléculas para explicar las estructuras poliméricas en términos de agregados físicos de pequeños moléculas.

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Por ejemplo, la formula empírica C5H8 para el caucho se descubrió ya en 1826, y el isopremo se obtuvo por destilación destructiva del polímero en 1860. La presencia de la unidad repetitiva Fue demostrada en los primeros años del siglo veinte. En aquellos tiempos se creía que el caucho consistía en breve secuencias de estas unidades ordenadas bien en cadena o en estructuras cíclicas. Dificultades obvias referentes a los grupos terminales, que no podían encontrarse químicamente, favorecían las estructuras de anillo, que condujo al concepto de que la molécula de caucho era un anillo como el dimetilciclooctadieno. Se consideraba que un gran número de estos eran mantenidos juntos por “asociación” para dar el material coloidal:

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POLÍMEROS SINTÉTICOS

Inicialmente los objetivos de la química de los polímeros sintéticos consistían en la imitación de polímeros naturales de importancia comercial, como el clásico ejemplo del descubrimiento del nylon en sustitución de la seda. La limitación de abastecimientos de caucho natural, particularmente durante la segunda guerra mundial, provoco enormes esfuerzos, acompañados por el éxito, para preparar caucho sintético. Casi todo el desarrollo de los polímeros sintéticos ha ocurrido en las décadas del 50 y del 60, y a él han contribuido gran número de químicos. Karl Ziegler, Giulio Natta y Paul Flory recibieron el Premio Nobel por el trabajo de sus respectivos grupos de investigación sobre la estereoquímica de la polimerización y de los polímeros.

En la búsqueda de compuesto puros en grandes rendimientos por los primeros químicos, fueron descubiertas muchas sustancias poliméricas y rápidamente descartadas como aceites, alquitranes o residuos no destilables. Algunos de estos materiales, sin embargo despertaron interés. El poli (etilen glicol) se preparó hacia 1860; los polímeros individuales con grado de

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polimerización hasta 6 fueron aislados y sus estructuras correctamente asignadas, fue comprendido el concepto de estructura que se extiende hasta pesos moleculares muy altos por condensación continuada.

En las décadas siguientes se repararon otros polímeros de condensación. Al ganar en popularidad las teorías de agregación molecular, a estos productos se les asignó con frecuencia estructuras que comprendían pequeños anillos mantenidos juntos por fuerzas de enlace secundario.

También se descubrieron algunos polímeros de vinilo. El estireno fue polimerizado ya en 1839, el isopreno en 1879, y el ácido metacrílico en 1880. Una vez más se les asignaron estructuras cíclicas mantenidas unidas por “valencias parciales”.

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Proteínas Las proteínas fueron los primeros ejemplos de poliamidas. Ambos comparten muchos rasgos en común, pero son muy distintos en su estructura y en sus propiedades físicas. Son similares en el sentido de que ambos contienen enlaces amida en la cadena principal. Las amidas provienen de los ácidos carboxílicos y las aminas, a través de la pérdida de agua. El segmento molecular amida es muy particular en su estructura y en las interacciones intermoleculares. Debido a la hibridación del nitrógeno, el carbono y el oxígeno del grupo amida, el segmento es básicamente plano. Más importante aún, el hidrógeno unido al nitrógeno y el oxígeno del carbonilo pueden originar una fuerte interacción denominada enlace por puente de hidrógeno. Por esta razón, los grupos amida se unen entre sí, de modo de formar fuertes asociaciones que le confieren propiedades inusuales a los polímeros que los contienen. Este tipo de interacción también es discutido en la sección del nylon y es la similitud clave entre las poliamidas naturales y sintéticas. La diferencia entre cómo la naturaleza hace el nylon y cómo los hacemos nosotros, es notable. Nosotros partimos especialmente de moléculas que tienen muchos grupos CH 2 en su estructura. La sección del nylon muestra las estructuras del nylon 6 y el nylon 6,6, dos de las poliamidas sintéticas más comunes. Estas poseen cuatro, cinco, o seis grupos CH2 entre las unidades amida. La naturaleza, no obstante, es mucho más económica, ya que eligió emplear un único átomo de carbono entre grupos amida. Lo que la naturaleza realiza en forma diferente, es sustituir este carbono con una gran cantidad de grupos y distintos segmentos funcionales.

Esto resulta en dos propiedades clave. En primer lugar, los segmentos individuales y la molécula entera son ópticamente activos, o quirales Esto significa que son como los guantes:

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sólo hay una versión derecha y una izquierda. Por alguna razón, la naturaleza eligió emplear sólo la versión izquierda de los aminoácidos que son sintetizados por las plantas y los animales. El hecho de que sea empleado sólo uno de los dos isómeros conduce a algunas consecuencias estereoquímicas asombrosas. Por ejemplo, los poli péptidos naturales pueden formar estructuras helicoidales, mientras que el nylon no. Las conformaciones helicoidales incrementan la estabilidad de los poli péptidos naturales. ¿Sabía usted que ciertas bacterias pueden sobrevivir en agua caliente? Esto es porque sus polímeros naturales han sido estabilizados por esas estructuras helicoidales. La figura de abajo muestra una de ellas, llamada a-hélice. Los pequeños segmentos de esas estructuras helicoidales son los que la naturaleza emplea para moldear las enzimas en ciertas formas, de modo que puedan realizar su magia catalítica. Por ejemplo, un segmento flexible ovillado al azar puede estar conformado por dos segmentos a-hélice, de modo de poder reaccionar en algún sustrato. 

La seda

Uno de los poli péptidos exclusivos que se emplea desde los comienzos dados a sus excelentes propiedades fue la seda. La seda fue descubierta por los chinos, mucho antes del nacimiento de Cristo. Está constituida por diminutas orugas tratando de hilar capullos para su transformación en mariposas. La seda es hilada para formar fibras. Las agrupaciones de delgados polímeros individuales conducen a un material más resistente. Esta es la forma en la que se hacen sogas, por medio de débiles hebras individuales unidas entre sí, de modo tal de que el conjunto sea flexible y resistente. Por tratarse de un poli péptido, la estructura de las moléculas de seda es inusual. Posee montones de glicina, un aminoácido no sustituido. Los segmentos de glicina son capaces de formar cadenas planas extendidas que pueden empaquetarse perfecta y apretadamente. Esto le confiere a la seda su particular resistencia y su lustrosa flexibilidad. Estas propiedades exclusivas, especialmente en los climas cálidos y húmedos, hizo que la seda dominara el comercio en el oriente durante siglos. El comercio de la seda entre China y Japón controló la economía de las civilizaciones en esa región por mucho más tiempo del que cada país quiere admitir. Inclusive en Estados Unidos, la seda fue importante antes de la Segunda Guerra Mundial, para la fabricación de medias. Cuando fue luego empleada para hacer cuerdas de paracaídas, las mujeres norteamericanas se vieron sumamente disgustadas. Esto provocó que las compañías químicas se pusieran a sintetizar seda artificial, el nylon, para hacer medias de nylon. Otra diferencia esencial entre los poli péptidos y el nylon es la forma en la que están constituidos. Los humanos hacen toneladas de nylon por día en inmensas plantas químicas, donde se unen moléculas simples en grandes cantidades, para dar productos que son necesidad de nuestra vida cotidiana. En cambio, la naturaleza es mucho más cuidadosa y concisa en cómo hacer las cosas. Por cada organismo viviente que fabrique una enzima, debe estar involucrada otra enzima u otras especies activas. La síntesis siempre involucra un patrón o un registro de cómo se unen los aminoácidos individuales para dar el polímero final. Este

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patrón o mapa, es el ARN mensajero. El mensaje que lleva, obviamente, es cómo la enzima involucrada en la fabricación del péptido debe hacer el poli péptido. Cada aminoácido es conducido a la enzima por una molécula portadora y es activado para la incorporación por una diversa secuencia de reacciones. La enzima agrega un aminoácido por vez, de acuerdo a lo indicado por el mARN. Este es un proceso lento y tedioso, y lleva mucho tiempo. A veces la enzima se frustra esperando el aminoácido correcto y en su lugar, coloca uno equivocado. Para compensarlo, la enzima retrocede ocasionalmente para verificar su trabajo. Si ha cometido un error, comienza un proceso de remoción del aminoácido equivocado para insertar el correcto. Los humanos nunca hacemos esto. Si cometemos un error, simplemente rompemos todo y lo tiramos.

CONCLUSION El hombre está comenzando a comprender cómo la naturaleza agrupa estas moléculas y se ha encontrado la forma de hacerlo. Sin embargo, aún no se llega a dominarlo por completo y no se ha podido lograr que las grandes moléculas varíen de modo eficiente. La razón es que si comete un error, se toda la molécula y no sabe cómo repararla. Si pudiera descubrir cómo volver atrás y revisar cada una de adiciones hechas, corregirían los errores cometidos, y quizás se podría hacer un trabajo tan bueno como el de la naturaleza.

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