CARBOHIDRATOS, GRASAS, AMINOACIDOS, PEPTIDOS, PROTEINAS Y POLIMEROS

CARBOHIDRATOS, GRASAS, AMINOACIDOS, PEPTIDOS, PROTEINAS Y POLIMEROS
Hidratos de carbono, grupo de compuestos que contienen hidrógeno y oxígeno, en las proporciones del agua, y carbono. La fórmula de la mayoría de estos compuestos puede expresarse como Cm(H2O)n. Sin embargo, estructuralmente estos compuestos no pueden considerarse como carbono hidratado, como la fórmula parece indicar.
Los hidratos de carbono, como clase, son los compuestos orgánicos más abundantes en la naturaleza. Las plantas verdes y las bacterias los producen en el proceso conocido como fotosíntesis, durante el cual absorben el dióxido de carbono del aire por acción de la energía solar, y producen hidratos de carbono y otros productos químicos necesarios para que los organismos sobrevivan y crezcan.
El grupo de los hidratos de carbono está formado principalmente por azúcar, almidón, dextrina, celulosa y glucógeno, sustancias que constituyen una parte importante de la dieta de los humanos y de muchos animales. Los más sencillos son los azúcares simples o monosacáridos, que contienen un grupo aldehído o cetona; el más importante es la glucosa. Dos moléculas monosacáridas unidas por un átomo de oxígeno, con la eliminación de una molécula de agua, producen un disacárido, siendo los más importantes la sacarosa, la lactosa y la maltosa. Los polisacáridos son enormes moléculas formadas por uno o varios tipos de unidades monosacáridas —unas 10 en el glucógeno, 25 en el almidón y de 100 a 200 en la celulosa.
En los organismos vivos, los hidratos de carbono sirven tanto para las funciones estructurales esenciales como para almacenar energía. En las plantas, la celulosa y la hemicelulosa son los principales elementos estructurales. En los animales invertebrados, el polisacárido quitina es el principal componente del dermatoesqueleto de los artrópodos. En los animales vertebrados, las capas celulares de los tejidos conectivos contienen hidratos de carbono. Para almacenar la energía, las plantas usan almidón y los animales glucógeno; cuando se necesita la energía, las enzimas descomponen los hidratos de carbono.
Los hidratos de carbono se usan para fabricar tejidos, películas fotográficas, plásticos y otros productos. La celulosa se puede convertir en rayón de viscosa y productos de papel. El nitrato de celulosa (nitrocelulosa) se utiliza en películas de cine, cemento, pólvora de algodón, celuloide y tipos similares de plásticos. El almidón y la pectina, un agente cuajante, se usan en la preparación de alimentos para el hombre y el ganado. La goma arábiga se usa en medicamentos demulcentes. El agar, un componente de algunos laxantes, se utiliza como agente espesador en los alimentos y como medio para el cultivo bacteriano; también en la preparación de materiales adhesivos, de encolado y emulsiones. La hemicelulosa se usa para modificar el papel durante su fabricación. Las dextranas son polisacáridos utilizados en medicina como expansores de volumen del plasma sanguíneo para contrarrestar las conmociones agudas. Otro hidrato de carbono, el sulfato de heparina, es un anticoagulante de la sangre.


Péptido, uno de los compuestos orgánicos que se encuentran en la mayoría de los tejidos vivos, con múltiples funciones biológicas. Son polímeros de aminoácidos, de menor masa que las proteínas. Los aminoácidos se hallan unidos por los llamados enlaces peptídicos entre sus grupos carboxilo (COOH) y amino (NH2). Los péptidos que contienen menos de diez aminoácidos se denominan oligopéptidos, y los que tienen más de diez, polipéptidos. Son importantes polipéptidos las hormonas ACTH y la vasopresina.

Grasas y aceites o Triglicéridos, grupo de compuestos orgánicos existentes en la naturaleza que consisten en ésteres formados por tres moléculas de ácidos grasos y una molécula del alcohol glicerina. Son sustancias aceitosas, grasientas o cerosas, que en estado puro son normalmente incoloras, inodoras e insípidas. Las grasas y aceites son más ligeros que el agua e insolubles en ella; son poco solubles en alcohol y se disuelven fácilmente en éter y otros disolventes orgánicos. Las grasas son blandas y untuosas a temperaturas ordinarias, mientras que los aceites fijos (para distinguirlos de los aceites esenciales y el petróleo) son líquidos. Algunas ceras, que son sólidos duros a temperaturas ordinarias, son químicamente similares a las grasas.
Naturaleza y aplicaciones de las grasas
Las grasas existen normalmente en los tejidos animales y vegetales como una mezcla de grasas puras y ácidos grasos libres. Las más comunes entre esas grasas son: la palmitina, que es el éster del ácido palmítico, la estearina o éster del ácido esteárico, y la oleína, éster del ácido oleico. Estos compuestos químicos puros existen en distintas proporciones en las grasas y aceites naturales, y determinan las características físicas de cada una de esas sustancias.
Las grasas se dividen en saturadas e insaturadas, dependiendo de si los enlaces químicos entre los átomos de carbono de las moléculas contienen todos los átomos de hidrógeno que pueden tener (saturadas) o tienen capacidad para más átomos (insaturadas), debido a la presencia de dobles o triples enlaces. Generalmente, las grasas saturadas son sólidas a temperatura ambiente; las insaturadas y poliinsaturadas son líquidas. Las grasas insaturadas pueden convertirse en grasas saturadas añadiendo átomos de hidrógeno.
Las grasas vegetales se obtienen normalmente extrayéndolas a presión de las semillas y frutos. Por lo general, las grasas animales se obtienen hirviendo el tejido graso animal en agua y dejándolo enfriar. El calor disuelve la grasa del tejido; ésta, debido a su densidad relativa, sube a la superficie del agua y así puede desprenderse la capa de grasa.
Las grasas y aceites se consumen principalmente en alimentación. Algunas grasas naturales, como la grasa de la leche y la manteca de cerdo, se usan como alimento con muy poca preparación. Algunos aceites no saturados, como el aceite de semilla de algodón y el de maní, se hidrogenan parcialmente para aumentar su punto de fusión y poder utilizarlos como grasas en pastelería y para cocinar. El sebo, que está formado por las grasas y aceites animales de las ovejas y el ganado vacuno, se usa para hacer velas y en algunas margarinas. Los aceites naturales que contienen ésteres de ácidos insaturados, se conocen como aceites secantes y poseen la propiedad de formar una película seca permanente cuando se les expone al aire. El aceite de linaza y otros aceites de este tipo se usan extensamente en la producción de pinturas. Las grasas sirven también como material en bruto para fabricar jabón.
Grasas animales
Las células vivas contienen grasas simples, como las descritas anteriormente, y otros materiales similares a las grasas. Entre estos últimos, que son sustancias más complejas, se encuentran los lípidos y los esteroles. Los fosfolípidos son derivados de ácidos grasos, glicerina, ácido fosfórico y bases que contienen nitrógeno. Los glicolípidos no contienen fósforo, pero son derivados de hidratos de carbono, ácidos grasos y compuestos de nitrógeno. Los esteroles están compuestos por moléculas complicadas, cada una con 20 o más átomos de carbono en una estructura en cadena o entrelazada.
Las grasas parecen ser una fuente de energía concentrada y eficaz para las células. La oxidación de un gramo de grasa típica libera 39.000 julios de energía, mientras que la oxidación de un gramo de proteína o de hidrato de carbono produce sólo 17.000 julios. Las grasas también tienden a endurecer las células porque forman una mezcla semisólida con el agua.
Efectos fisiológicos
La investigación sobre los ataques de corazón y otros problemas circulatorios indica que ciertas formas de estas enfermedades son causadas en parte por el consumo excesivo de comidas altas en grasas, incluyendo lípidos y esteroles. Los estudios demuestran también que la probabilidad de ataques de corazón disminuye al reducir el consumo de grasas saturadas (véase Arteria; Corazón: Enfermedades del corazón; Nutrición humana).
Cuando se añaden a la dieta grasas sólidas saturadas, aumenta la cantidad de colesterol en la sangre, pero si las grasas sólidas se sustituyen por grasas o aceites insaturados líquidos (en concreto el tipo poliinsaturado), la cantidad de colesterol disminuye. Los niveles altos de colesterol en la sangre parecen promover el sedimento de materiales duros y grasientos en las arterias, produciendo su eventual obstrucción. Cuando la arteria coronaria alrededor del corazón se obstruye de esta forma, el suministro de sangre al corazón se interrumpe, y se produce un ataque al corazón. Los científicos investigan continuamente la forma en que el cuerpo humano maneja los materiales grasos, y cómo afectan los niveles de colesterol al hecho de que la grasa se deposite en las paredes de las arterias.
Para aceites, véase Aceite de ricino y los artículos sobre plantas como el algodón, el lino y las oleáceas.
Proteína, nombre que recibe cualquiera de los numerosos compuestos orgánicos constituidos por aminoácidos unidos por enlaces peptídicos; forman los organismos vivientes y son esenciales para su funcionamiento. Las proteínas se descubrieron en 1838 y hoy se sabe que son los ingredientes principales de las células y suponen más del 50% del peso seco de los animales. El término 'proteína' deriva del griego proteios, que significa primero.
Las moléculas proteicas van desde las largas fibras insolubles que forman el tejido conectivo y el pelo hasta los glóbulos compactos solubles, capaces de atravesar la membrana celular y desencadenar reacciones metabólicas. Son siempre grandes, de peso molecular comprendido entre unos miles de unidades y más de un millón, y específicas de cada especie y de cada uno de los órganos de cada especie. Se estima que el ser humano tiene unas 30.000 proteínas distintas, de las que sólo un 2% se han descrito en profundidad. Las proteínas de la dieta sirven sobre todo para construir y mantener las células, aunque su descomposición química también proporciona energía, con un rendimiento de 4 calorías por gramo, similar al de los hidratos de carbono (véase Metabolismo).
Además de intervenir en el crecimiento y el mantenimiento celulares, las proteínas son responsables de la contracción muscular. Las enzimas digestivas son proteínas, al igual que la insulina y casi todas las demás hormonas, los anticuerpos del sistema inmunológico y la hemoglobina, que transporta oxígeno en la sangre. Los cromosomas, que transmiten los caracteres hereditarios en forma de genes, están compuestos por ácidos nucleicos y proteínas.
Nutrición
Las proteínas, desde las humanas hasta las que forman las bacterias unicelulares, son el resultado de las distintas combinaciones entre veinte aminoácidos distintos, compuestos a su vez por carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y, a veces, azufre. En la molécula proteica, estos ácidos se unen en largas hileras (cadenas polipeptídicas) mantenidas por enlaces peptídicos, que son enlaces entre grupos amino y carboxilo (COOH). El número casi infinito de combinaciones en que se unen los ácidos y las formas helicoidales y globulares en que se arrollan las hileras ayudan a explicar la gran diversidad de funciones que las proteínas desempeñan en la materia viva.
Para sintetizar sus proteínas esenciales, cada especie necesita disponer de los veinte aminoacidos en ciertas proporciones. Mientras que las plantas pueden fabricar sus aminoácidos a partir de nitrógeno, dióxido de carbono y otros compuestos por medio de la fotosíntesis, casi todos los demás organismos sólo pueden sintetizar algunos. Los restantes, llamados aminoácidos esenciales, deben ingerirse con la comida. El ser humano necesita ocho aminoácidos esenciales para mantenerse sano: leucina, isoleucina, lisina, metionina, fenilalanina, treonina, triptófano y valina. Todos ellos se encuentran en las proteínas de las semillas vegetales, pero como las plantas suelen ser pobres en lisina y triptófano, los especialistas en nutrición humana aconsejan complementar la dieta vegetal con proteínas animales de carne, huevos y leche, que contienen todos los aminoácidos esenciales.
Casi todas las dietas, en especial en los países desarrollados donde se consume un exceso de proteínas animales, contienen todos los aminoácidos esenciales. El kwashiorkor, una enfermedad debilitante que afecta a los niños del África tropical, se debe a la deficiencia en uno de los aminoácidos esenciales. La ingesta de proteínas recomendada para adultos es de 0,79 g por kg de peso corporal al día; para los niños y lactantes que se encuentran en fase de crecimiento rápido, este valor debe multiplicarse por dos y por tres, respectivamente.
Estructura de las proteínas
El nivel más básico de estructura proteica, llamado estructura primaria, es la secuencia lineal de aminoácidos. Las diferentes secuencias de aminoácidos a lo largo de la cadena afectan de distintas formas a la estructura de la molécula de proteína. Fuerzas como los enlaces de hidrógeno, los puentes disulfuro, la atracción entre cargas positivas y negativas, y los enlaces hidrófobos (repelentes del agua) e hidrófilos (afines al agua) hacen que la molécula se arrolle o pliegue y adopte una estructura secundaria; son ejemplos de ésta las llamadas hélice alfa y lámina beta plegada. Cuando las fuerzas provocan que la molécula se vuelva todavía más compacta, como ocurre en las proteínas globulares, se constituye una estructura terciaria donde la secuencia de aminoácidos adquiere una conformación tridimensional. Se dice que tiene estructura cuaternaria cuando la molécula está formada por más de una cadena polipeptídica, como ocurre en la hemoglobina y en algunas enzimas. Determinados factores mecánicos (agitación), físicos (aumento de temperatura) o químicos (presencia en el medio de alcohol, acetona, urea, detergentes o valores extremos de pH) provoca la desnaturalización de la proteína, es decir, la pérdida de su estructura tridimensional. Las proteínas se despliegan y pierden su actividad biológica.
Interacciones entre proteínas
Las cadenas de polipéptidos se organizan en secuencia y se arrollan de forma que los aminoácidos hidrófobos suelen mirar hacia el interior, para dar estabilidad a la molécula, y los hidrófilos hacia el exterior, para poder interaccionar con otros compuestos y, en particular, con otras proteínas. Las enzimas son proteínas; en algunos casos necesitan para llevar a cabo su función un componente químico llamado factor, éste puede ser inorgánico o una molécula orgánica; en este caso el cofactor se denomina coenzima. En otras ocasiones unas proteínas se unen a otras para formar un conjunto de proteínas necesario en la química o la estructura celulares.
Proteínas fibrosas
A continuación se describen las principales proteínas fibrosas: colágeno, queratina, fibrinógeno y proteínas musculares.
Colágeno
El colágeno, que forma parte de huesos, piel, tendones y cartílagos, es la proteína más abundante en los vertebrados. La molécula contiene por lo general tres cadenas polipeptídicas muy largas, cada una formada por unos mil aminoácidos, trenzadas en una triple hélice siguiendo una secuencia regular que confiere a los tendones y la piel su elevada resistencia a la tensión. Cuando las largas fibrillas de colágeno se desnaturalizan por calor, las cadenas se acortan y se forma gelatina.
Queratina
La queratina, que constituye la capa externa de la piel, el pelo y las uñas en el ser humano y las escamas, pezuñas y plumas en los animales, se retuerce en una hélice regular llamada hélice alfa. La queratina protege el cuerpo del medio externo y es por ello insoluble en agua. Sus numerosos enlaces disulfuro le confieren una estabilidad extremada que resiste a la acción de las enzimas proteolíticas (que hidrolizan a las proteínas).
Fibrinógeno
El fibrinógeno es la proteína plasmática de la sangre responsable de la coagulación. Bajo la acción catalítica de la trombina, el fibrinógeno se transforma en la proteína insoluble fibrina, que se unen entre sí para formar trombos o coágulos de sangre.
Proteínas musculares
La miosina, que es la principal proteína responsable de la contracción muscular, se combina con la actina, y ambas actúan en la acción contractil del músculo esquelético y en distintos tipos de movimiento celular.
Proteínas globulares
A diferencia de las fibrosas, las proteínas globulares son esféricas y muy solubles. Desempeñan una función dinámica en el metabolismo corporal. Son ejemplos la albúmina, la globulina, la caseína, la hemoglobina, todas las enzimas y las hormonas proteicas. Albúminas y globulinas son proteínas solubles abundantes en las células animales, el suero sanguíneo, la leche y los huevos. La hemoglobina es una proteína respiratoria que transporta oxígeno por el cuerpo; a ella se debe el color rojo intenso de los eritrocitos. Se han descubierto más de cien hemoglobinas humanas distintas, entre ellas la hemoglobina S, causante de la anemia de células falciformes.
Enzimas
Todas las enzimas son proteínas globulares que se combinan con otras sustancias, llamadas sustratos para catalizar las numerosas reacciones químicas del organismo. Estas moléculas, principales responsables del metabolismo y de su regulación, tienen puntos catalíticos a los cuales se acopla el sustrato igual que una mano a un guante para iniciar y controlar el metabolismo en todo el cuerpo.
Hormonas proteicas
Estas proteínas, segregadas por las glándulas endocrinas, no actúan como las enzimas, sino que estimulan a ciertos órganos fundamentales que a su vez inician y controlan actividades importantes, como el ritmo metabólico o la producción de enzimas digestivas y leche. La insulina, segregada por los islotes de Langerhans en el páncreas, regula el metabolismo de los hidratos de carbono mediante el control de la concentración de glucosa. La tiroglobulina, segregada por la glándula tiroidea, regula el metabolismo global; la calcitonina, también producida en el tiroides, reduce la concentración de calcio en sangre.
Anticuerpos
Los anticuerpos, también llamados inmunoglobulinas, agrupan los miles de proteínas distintas que se producen en el suero sanguíneo como respuesta a los antígenos (sustancias u organismos que invaden el cuerpo). Un solo antígeno puede inducir la producción de numerosos anticuerpos, que se combinan con diversos puntos de la molécula antigénica, la neutralizan y la precipitan en la sangre.
Microtúbulos
Las proteínas globulares pueden también agruparse en diminutos túbulos huecos que actúan como entramado estructural de las células y, al mismo tiempo, transportan sustancias de una parte de la célula a otra. Cada uno de estos microtúbulos está formado por dos tipos de moléculas proteicas casi esféricas que se disponen por parejas y se unen en el extremo creciente del microtúbulo y aumentan su longitud en función de las necesidades. Los microtúbulos constituyen también la estructura interna de los cilios, y flagelos, apéndices de la membrana de los que se sirven algunos microorganismos para moverse.
Aminoácidos, importante clase de compuestos orgánicos que contienen un grupo amino (NH2) y un grupo carboxilo (COOH). Veinte de estos compuestos son los constituyentes de las proteínas. Se los conoce como alfaaminoácidos (-aminoácidos) y son los siguientes: alanina, arginina, asparagina, ácido aspártico, cisteína, ácido glutámico, glutamina, glicina, histidina, isoleucina, leucina, lisina, metionina, fenilalanina, prolina, serina, treonina, triptófano, tirosina y valina. Todos ellos responden a la siguiente fórmula general:
Como muestra dicha fórmula, los grupos amino y carboxilo se encuentran unidos al mismo átomo de carbono, llamado átomo de carbono alfa. Ligado a él se encuentra un grupo variable (R). Es en dichos grupos R donde las moléculas de los veinte alfaaminoácidos se diferencian unas de otras. En la glicina, el más simple de los ácidos, el grupo R se compone de un único átomo de hidrógeno. En otros aminoácidos el grupo R es más complejo, conteniendo carbono e hidrógeno, así como oxígeno, nitrógeno y azufre.
Cuando una célula viva sintetiza proteínas, el grupo carboxilo de un aminoácido reacciona con el grupo amino de otro, formando un enlace peptídico. El grupo carboxilo del segundo aminoácido reacciona de modo similar con el grupo amino del tercero, y así sucesivamente hasta formar una larga cadena. Esta molécula en cadena, que puede contener de 50 a varios cientos de aminoácidos, se denomina polipéptido. Una proteína puede estar formada por una sola cadena o por varias de ellas unidas por enlaces moleculares débiles. Cada proteína se forma siguiendo las instrucciones contenidas en el ácido nucleico, el material genético de la célula. Estas instrucciones son las que determinan cuáles de los veinte alfaaminoácidos se incorporan a la proteína, y en qué orden relativo o secuencia lo hacen. Los grupos R de los diferentes aminoácidos establecen la forma final de la proteína y sus propiedades químicas. A partir de las veinte subunidades pueden formarse una gran variedad de proteínas.
Los a-aminoácidos sirven de materia prima en la obtención de otros productos celulares, como hormonas y pigmentos. Además, varios de estos aminoácidos son intermediarios fundamentales en el metabolismo celular.
La mayoría de las plantas y microorganismos son capaces de utilizar compuestos inorgánicos para obtener todos los aminoácidos necesarios en su crecimiento, pero los animales necesitan conseguir algunos de los -aminoácidos a través de su dieta. A estos aminoácidos se les llama esenciales, y en el ser humano son: lisina, triptófano, valina, histidina, leucina, isoleucina, fenilalanina, treotina, metionina y arginina. Todos ellos se encuentran en cantidades adecuadas en los alimentos de origen animal ricos en proteínas, y en ciertas combinaciones de proteínas de plantas.
Aparte de los aminoácidos de las proteínas, se han encontrado en la naturaleza más de 150 tipos diferentes de aminoácidos, incluidos algunos que contienen los grupos amino y carboxilo ligados a átomos de carbono separados. Estos aminoácidos de estructura poco usual se encuentran sobre todo en hongos y plantas superiores.
POLÍMEROS
Un Polímero es simplemente una molécula grande formada por enlaces repetidos de muchas unidades pequeñas llamadas Monómeros. Por ejemplo, la celulosa es un gran polímero de carbohidratos constituido por unidades de glucosa repetidas, que las proteínas son grnades poliamidas formadas por la repetición de unidades de aminoácidos.
Los polímeros sintéticos son quimicamente más sencillos que la mayoría de los biopolimeros, ya que las unidades monoméricas que se utilizan tienden a ser moléculas pequeñas, sencillas y económicas. Sin embargo existe una inmensa diversidad de estructuras y propiedades de los polímeros sintéticos, que dependen de la naturaleza exacta de los monómeros y de las condiciones de reacción utilizadas en la polimerización.
Los polímeros pueden clasificarse en muchas maneras: por el método de síntesis, por su estructura, por sus propiedades físicas o por su uso final, para nombrar sólo algunas.
Clases de Polímeros:
Los polímeros sintéticos pueden clasificarse, por el tipo de método utilizado para su síntesis, como polímeros formados en cadena o polímeros producidos en pasos.
Los polímeros formados en cadena o por adición se producen por una reacción de polimerización en cadena, en la cula un iniciador se une a un doble enlace carbono - carbono para generar un iontermediario muy reactivo. Éste reacciona con una segunda molécula de monómero y forma un nuevo intermediario, el cual reacciona con una tercera unidad monomérica y así sucesivamente. El polímero se va construyendo conforme se unen más monómeros al extremo reactivo de la cadena en crecimiento.
El iniciador puede ser un anión, un catión o un radical, y la unidad monomérica puede ser cualquier alqueno sustituido. El polietileno se produce a partir de etileno mediante una polimerización iniciado por radicales:
CH2=CH2
In . + CH2 = CH2 à [In - CH2CH2 .] à [In - CH2CH2CH2CH2 . ]à Se repite muchas veces.
Radical
Los polímeros formados en pasos o polímeros de condensación se producen pro procesos en los cuales el paso de formación del enlace es una de las reacciones polares fundamentales. Las reacciones ocurren entre dos moléculas bifuncionales, y cada nuevo enlace del polímero se forma independientemente de los otros. El polímero producido suele tener dos monómeros en forma alternada, y por lo común tiene en la cadena principal otros átomos además de carbono. Eñ nylón, que es un poliamida generada por la reacción entre un ácido y una diamina, es el ejemplo más común de polímero formado en pasos.
O O O O
!! !! !! !!
H2N(CH2)nNH2 + HOC(CH2)mCOH à -- HN(CH2)nNH - C(CH2)mC -- + H2O
Una diamina Un diácido Nylón (poliamida)
Polimerización de Alquenos por radicales:
Muchos alquenos bajo peso molécuales experimentan una reacción de polimerización rápida cuando son tratados con pequeñas cantidades de un radical iniciador.
La polimerización de etileno suele realizarse a altas presiones (1ooo a 3000 atm) y temperatura (100 a 250º C) con un catalizador de radicales como el peróxido de benzoílo. El polímero resultante puede tener en la cadena desde cientos hasta miles de unidades de monómero. Como en todas las reacciones en cadena por radicales, se requieren trres tipos de pasos:
Iniciación: ocurre cuando el catalizador genera pequeñas cantidades de radicales.
Propagación: ocurre cuando el radical de carbono se une a otra molécuale de etileno. La repetición de este paso forma la cadena de polímero.
Terminación: la cadena es terminada por reacciones que consumen el radical. Las reacciones porsibles para la terminación de la cadena son la combinación o la dismutación de dos radicales.
Polimerización Catiónica:
Las polimerizaciónes catiónicas ocurren vía una reacción en cadena y requieren como iniciadores ácidos próticos fuertes o ácidos de Lewis. El paso clave que inicia la cadena es la adición electrolífica de un intermediario carbocatiónico al doble enlace carbono - carbono de otra unidad monomérica.
Los monómeros vinílicos con sustituyentes donadores de electrones se polimerizan mucho más rápido que los monómeros con sustituyentes atrayentes de electrones. De este modos, el etileno, cloruro de vinilo y el acrilonitrilo no se polimerizan con facilidad en condiciones catiónicas.
El uso comercial de la polimerización catiónica mas común se da durante la elaboración del poliisobutileno, por tratamiento de isobutileno (2 - metilpropeno) con BF3 como catalizador a -80º C . el producto se usa en la manufactura de cámaras para neumáticos de bicibletas y de automóviles pesados.
Polimerización Aniónica:
Los alquenos monoméricos con sustituyentes atrayentes de electrones pueden ser polimerizados por catalizadores aniónicos. Ocurre una reacción en cadena en la cual el paso clave es la adición nucleofílica de un anión al monómero insaturado por una reacción de Michales. El acrilonitrilo, el metacrilato de metilo y el estireno pueden ser polimerizados aniónicamente.
Polímeros de Dienos:
En la polimerización de dienos conjugados, se aplican los mismo principios que en la polimerización de alquenos monoméricos. Los polímeros de dienso son estructuralmente más complejos, ya que se matiene un doble enlace cada cuatro átomos de carbono a lo largo de toda la cadena. Estos dobles enlaces pueden ser cis o trans, y es la alección apropiada del catalizador de Ziegler-Natta lo que permite producir cualquiera de las dos configuraciones.
Copolímeros:
Los copolímeros son más comunes e importantes desde el punto de vista comercial. Estos se obtienen polimerizando al mismo tiempo dos o más monómeros diferentes. Por ejemplo, la copolimerización de cloruro de vinilo con cloruro de vinilideno.
La copolimerización de mezclas de monómeros a menudo produce materiales con propiedades muy distintas de las que presentan los producidos por cualquiera de los homopolímeros correspondientes, lo que da a la química de los polímeros gran flexibilidad para la creación de nuevos materiales.
Química y Estrucutura:
El comportamiento de los polímeros es el mismo que el de moléculas análogas pequeñas. La química de los polímeros es la ya familiar química de los grupos funcionales; el tamaño de la molécula es secundario. Así, los enlaces éster de un poliéster como el dacrón pueden ser hidrolizados por bases.
Las principales diferencias entre moléculas orgánicas pequeñas y las muy grandes residen en la estructura y las propiedades físicas. Sin embargo, la estructura gruesa y las propiedades de los polímeros son el resultado de las mismas fuerzas intermoleculares que operan en las moléculas pequeñas.
Las fuerzan intermoleculares más importantes que se presentan entre las cadenas poliméricas no unidas por enlaces cruzados son las fuerzas de van der Waals.
Puesto que las fuerzas de van der Waals solo operan a distancias cortas, son más intensas en polímeros como el polietileno lineal, en el que las cadenas pueden alinearse en forma regular y compacta. De hecho, muchos políemros tienen regiones que son esencialmente cristalinas, tales regiones son llamdos cristalitos, consisten en porciones altamente ordenadas donde las cadenas en zigzag de los polímeros están unidas por fuerzas de van der Waals.
Propiedades Físicas y Estructura:
La clasificación de los polímeros sintéticos conforme a sus propiedades físicas es un ejercicio útil, debido a que permite establecer cierta correlación entre estructura y propiedades. Estos pueden dividirse en cuatro categorías: termoplásticos, fibras, elastómeros y resinas de termofraguado (termoestables).
Los polímeros termoplásticos son aquellos en los que piensa la mayoría de la gente cunado menciona la palabra plástico. Estos polímeros son duros a tempertaura ambiente, pero cuando se calientan se vuelven blandos y viscosos. Como resultado pueden ser moldeados para producir productos.
Estos polímeros pueden ser formados por:
Extrusión.
Moldeo.
Moldeo por inyección.
Al vacío.
Calambrado.
Ilado.
Compresión.
Las fibras son hilos delgados que se producen al hacer el polímero fundido a través de orificios pequeños en un matriz o espinereta. Las fibras se enfrían y se estiran. El estiramiento orienta las regiones de cristalitos en el sentido del eje de la fibra, lo que incrementa en grado considerable la resistencia a la tensión de la fibra.
Los elastómeros son polímeros amorfos que tienen la cualidad de estirarse y encogerse recuperando su forma original. Estos polímeros deben tener pocos enlaces cruzados que eviten que las cadenas se deslicen; además, las cadenas deben tener formas irregulares a fin de impedir la formación de cristalitos.
Los polímeros termoestables son polímeros que por adición del calor se convierten en una masa sólida dura, insoluble y con gran cantidad de enlaces cruzados.
Aditivos de los Polímeros:
Pigmentos:
Denen de poder aguantar la compresión, la temperatura. Deben ser compatibles son el polímero y estables. Ejemplo: la pintura.
Estabilizantes:
Elemento que hace al polímero que los daños del medio ambiente sean menores. Ejemplo: antioxidantes.
Plastificantes:
Reduce temperatura de transición vitrea, y mejora la donformabilidad. Ejemplo: cloruro de vinilo.
Rellenos:
Dan volumen a un cuerpo, y mejora la resistencia, y hay menos desgaste. Ejemplo: negro de humo, se agrega al caucho.
Agentes espumantes:
El polímero es producido como pequeñas gotas, al calentarlas este se vuelve plástico y el agente se descompone para flamar un gas.
Agentes acopladores:
Mejoran unión del polímero con materiales inorgánicos (fibras de vidrio) de relleno.