FISHER-Quimica Organica Fundamental

5/10/2018 FISHER-Quimica Organica Fundamental

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I DIr0 , A l r' I


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I n d ic e g e n e r a l

CAPiTULONaturaleza de los compuestos organicos. I

2 Estructura de los compuestos alifaticos. 183 Reacciones de los hidrocarburos alifaticos. 454 Oxidacion y reduccion. 645 Dienos conjugados. 856 Hidrocarburos aromaticos. 947 Cicloalcanos. 1188 Petroleo. 1289 Acidos y bases. 141

10 Reacciones de eliminacion, 159II Reacciones de desplazamiento. 17212 Reacciones de los compuestos carbonilicos. 19213 Sintesis. 21314 Transposiciones. 22915 Isomeria optica. 24316 Hidratos de carbona. 26917 Lipidos. 29318 Proteinas. 30919 Polimeros. 32420 Colorantes. 344

Soluciones de los problemas. 352Indice. 361Tablas. 369


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C A P I T U L O 1 7U p i d o s

Los constituyentes de los tejidos de animales y plantas que son inso- -- __ 17.1lubles en agua, pero solubles en eter u otros disolventes organicos nomiscibles con el agua, se llaman lipidos. Los lipidos mas abundantes sonlas grasas animales (sebo, manteca) y los aceites vegetales (oliva, ricino),lipidos que son denorninados grasas neutras. Estas sustancias, que sonaceites 0 solidos de hajo punto de fusion y con un tacto grasiento, son gli-ceridos, compuestos en los que la glicerina esta esterificada con dos 0 tresmoleculas de acidos grasos superiores, tales como el acido estearico (CII!)o palmitico (CI6). La hidrolisis de un glicerido con alcali acuoso en ca-

CH.OCOC17H16tHOCOCI7Hu ~ICH.OCOC1.H31Gllcerldo

CH.oHICHOHICH.OH+ { 2 CI7Ha.COONa } J biiC16H.uCOONa a m SaponUlcaclonde Una qra8CI

liente se llama saponificacion (latin sapo, jabon), debido a que uno de losproductos que se obtienen, mezcla de las sales sodicas de los acidos grasosque forman la grasa, es un jabon. La saponificacion cambia completa-mente las solubilidades, ya que los productos que se obtienen, a una dilu-cion conveniente, son solubles en agua y no se extraen con eter. 17.2

Los tejidos del cerebro y de la medula espinal contienen unidades es-tructurales complejas, formadas por proteina, colesterina y fosfolipidosdel tipo de las lecitinas. Una lecitina es un glicerido que contiene dosresidues de acido graso, general mente diferentes (por ejernplo acido es-tea rico Y Sll derivado no saturado el acido oleico) y un grupo de fosfoco-

Colina

SaponUlcaclo..de la 1.c1l1na.un fo.folipldo

++ [HOCHaCH,N(CH.).]OH-

Leel tIna tfplea 29


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CAPITULO 17 linn, g-rupo que en la saponificacion da fosfato inorganico y coliua, unabase de amonio cuateruario.

17.3____ Lipidos no saponificables. - Cuando se saponifica tejido cerebral.los fosfolipidos, las grasas y las proteinas, se convierten casi totalmenteen compuestos solubles en agua e insolubles en eter : si se ext rae coneter la mezcla alcalina que resulta del tratarniento, se ohtiene una frac-cion de lipidos no saponificables, de la cual el principal componente es lacolestcrina. C~,H~;;OH. La colesterina es un solido cristalino, de punto

de fusion relativamente alto. cuya estructura y configuracion esterica sedan en la primera formula. La segunda formula muestra la conforrnacion.Los tres anillos hexagonales (A. B y C) tienen la couformacion silla. EIgrupo alcoholico secunda rio de Ca. anillo A. se orienta hacia arriba (linealleua, {3). 10 mismo que los grupos metilos angulares de Cn y C Ia y lacadena lateral de CI,. EI anillo B contiene un doble enlace.

17..4____ La colesterina se obtiene por saponificacion y extraccion de todos lostejidos del cuerpo, incluyendo la sangre, en la que se encuentra, normal-mente, unos 200 mg de colesterina total por cada 100 ml, Aproxima-damente un 27 % de la colesterina de la sangre se encuentra en forma detal, mientras que el resto se encueutra esterificado por acidos grasos su-periores, estearico, oleico, palmitico. La cantidad total de colesterina enun hombre que pese 75 kg es de unos 250 g. Una parte es producidapar biosintesis en el cuerpo y otra parte. en los animales carnivores.procede del alirnento. La yema de huevo es rica en colesterina. estandolos Iipidos insolubles en agua emulsionados por la lecitina.

17.5____ Entre los lipidos no saponificahles constituyentes del cuerpo. los se-gundos en ahundancia son los acidos hiliares. La hilis contiene alrededorde un 6 % de una rnezcla de sales biliares, del tipo que se formula. Por

Cole.lerina

Dlatribuclonen el cuerpo

Acldos blllare.294

27

HO II

H a

Contormncton lip ln eolestertnn (co!p.tpro!)


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H H.\~I(lo cliIl~o (1\~l


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glandulas suprarrenales produce otras hormonas, tales como la cortiso-na (C~l). La fraccion de lipide no saponificada de la orina, contiene ill-dicios de los productos del metabolismo de las horrnonas esteroides, Cadhorrnona tiene una accion fisiologica especifica, siendo extraordinaria-mente.pequefia la cantidad de producto necesario para producir su efecto.Se han podido aislar estas horrnonas de la fraccion no saponificahle deglandulas 0 de la orina, siendo necesario tratar cantidades enormes delproducto de partida ; asi por ejemplo, la progesterona fue aislarla porprirnera vez por Adolf Butenandt, en Alernania, a partir de 625 kg deun determinado tejido del ovario, ohtenido de 50000 cerdas, dan do20 I1lg de hormona pura.

17.7____ Una de las vitaminas (factores de crecimiento, que de manera totalo parcial proceden de los alimentos) es tambien un esterol (0 esterina ),proxima a la colesterina; se trata de la vitamina Da , que se ha aisladode aceites de higado de pescado. Nuestro organisrno requiere unas:; gammas (0;005 mg) diarias de esta vitamina, y su deficiencia en laalimentacion produce raquitismo, enfermedad caracterizada por un ablan-damiento de los huesos.17.8---- Otros Iipidos no saponificahles, que se presentan en cantidades muypequefias en deterrninados tejidos, tienen como caracteristica general e Ique sus estructuras se pueden dividir, total mente 0 en parte, en unidadesde isopreno. EI isopreno es un dieno, de formula Cl \HH. que se produceen la destilacion destructiva del caucho. EI caucho es uno de los varios

CAPITULO 17

Dlfidl alalamlento

Una ...!tamlnaeaterolde

Compuea1oaI.oprenoldea

ElICualeno296

CH,ICH~C-CH=CHI(I)

Tsop renoproductos naturales a los que podria llamarse isoprenoides, por estarformados de unidades de isopreno. Las formulas de los lipidos no sapo-nificahles, de tipo isoprenoide, se pueden derivar muy facilmente em-pleando la formula (2) 0 el esquema simplificado (3). en el que uno de loscarbonos terrninales se puede designar como posicion de cabeza (h) y elotro de cola (t). EI escualeno, un hidrocarburo no saturado, de formu-la C;{oH 5tl que se encuentra en eI aceite de higado de tiburon, contieneseis unidades de isopreno, unidas segun el siguiente esquema: t-h, t-h,t-t, h-t, h-t. La formula estructural, tal como aparece escrita, sugiere

l'nl(ln(lp" (lp I.oprpno

CHi


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la posihilidad de que la larga cadena ramificada se forme por adicion 1.4de las unidades de isopreno. Los seis dobles enlaces de la molecula tienenconfiguracion trans. EI escualeno pertenece a un grupo de sustancias quese llaman carotinoides, de hi do a que el compuesto mas importante delgrupo es el ,8-caroteno, un pigmento que se encuentra en la zanahoria, enlas hojas verdes y en la sangre y que debe su color (rojo, amarillo en so-luciones diluidas) a la existencia de once dobles enlaces conjugados, EI,8-caroteno, C4oHiiO, se oxida en el higado, y se rompe por el enlace cen-tral, dando vitamina A, GWH:'100, una sustancia que se ha aislado de losaceites de higado de pescado y que tiene un interesante papel en la re-cepcion de imageues en la retina. La vitamina A es un alcohol alilico pri-mario. derivado de cuatro unidades de isopreno, unidas por caheza-cola.I I , I I ,

CH,OH

Lrpidol

i1-Caroleno

Vltamma A

llnl,lnt!"M ,I.. Isoprene Vitam Inn AEI a-tocofenol, uno de los factores de la vitarnina E, cuya deficiencia 17.9produce esterilidad en las ratas, pero que no se ha demostrado que seaesencial en la especie humana, se ha aislado de la fraccion de lipidos nosaponificahles del aceite de germen de trigo y del higado. Se ha podido

I I , * ~ HO ~ I I , I I , C+ HOH,CTrlmf'tllhlflroqllinona Fltol

(lTocoferol

c:r-Toeoferoiralizar su sintesis, condensando trimetilhidroquinona con fitol, un alcoholalilico, isoprenoide (GwH.oO), que se libera por saponificacion de ungrupo de ester de la clorofila, el pigmento de las plantas verdes.

La vitamina KI contiene igualmente un grupo de fitol, unido en este -- __ 17.10

VltamlnaKl

Vltamlna 1[,

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17.11____ Acidos grasos. - La saponificacion de una grasa. 1 0 mismo de ori-gen animal que vegetal. da una mezcla de acidos grasos. saturados y nosaturados. Todos estos acidos tienen una cadena recta y un numero partie atornos de carbone : los acidos con nurnero impar de carbonos 0 con ca-denas rami ficadas no son cornponentes de las grasas naturales. Los masahundantes acidos grasos saturados son los de 12- 18 carbonos. Los acidos

ACIDO F6RMULA P.F.Lallrl~o n-CllHuCo.H 44~flrfRtl~o n-C.3H27C02H 58Pn lmtttoo n-C..HaIC02H 63F.Rtpnrko nC17Ha.C02H 70

palmitico y estearico existeu nm)" abundantes en los gliceridos de las gra-sas de vaca 0 de cerdo y el palmitico es el principal constituyente delaceite de palma (43 % ). existiendo en casi toclas las grasas. EI acido lau-rico es el que predomina en el aceite cle coco (48 % ) y otros analogos. EIacido miristico se encuentra general mente en pequefia cantidad, pudieudoaislarse facilmente de la nuez moscada.

17.12,____ Entre los acidos grasos no saturados, los tres mas corrientes tienen18 atomos de carbone. clan por hidrogenacion acido estearico y contienenuno, dos 0 tres dobles enlaces (oleico, liuolico y linolenico, respectiva-mente). EI mas abundante de ellos es el acido oleico, principal compo-nente del aceite de oliva (83 %), siendo tarnbien el principal componenteacido de la grasa de reserva cle los animales herhivoros : Seho de carneroo de vaca (48 %), aceite cle pata de vaca (80 %). EI acido oleico tieneun dohle enlace en la mitad cle la cadena de 18 carbonos, tenienclo estedohle enlace configuracion cis. Su formula se puede escrihir como apareceen (a). pero la representacion simplificada que se da en (b) tiene la ven-

" W 9 1(a) CHa(CH2)7C=C(CH2hCOOHI IH H

CAPITULO 17

Acldo..atW'ado.

abundant nla. 91'a.cu

AC:ldoa noaaturado.d. C"

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caso a un anillo de quinona. La sintesis puede hacerse, de un modo se-mejante. a partir cle fitol, y se emplea en terapeutica, para producir lanormal coagulacion de la sangre. por ejemplo en los nifios recien nacidos,que pueden desangrarse simplemente por el pinchazo de un alfiler, debidoa que no han adquirido aun de su alimentacion el adecuado factor anti-hemorragico. La operacion de extirpar un tumor canceroso que produceobstruccion biliar, puede originar peligrosas hemorragias, ya que enausencia de las sales biliares, ernulsionantes, no es absorhida la vitami-na K 1 de la dieta. pudiendose corregir esta deficiencia, antes de operar,inyectando, por via endovenosa, un derivado soluble en agua de la vita-miua h : 1 sintetica.

GRASAS Y ACEITES

18 10 9 1CH~ 1\ r. 1\ ;= 1\ 1\ 1\ ,COOH(b) V V V V V V V VAcldo olelco (p. f. 13, 16)


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raja de indicar mejor el caracter cis del doble enlace y el alineamiento enzig-zag de los atomos de carbone de las dos cadensa unidas al dohle en-lace. como se ve tambien en la fotografia del modele, EI acido oleico tieneun punto de 'fusion mils bajo y es menos estahle que el isomero trans. el

acido elaidiuico (p. f. 44). pudieudo isomerizarse para dar este. EI acidolinolico y el acido linolenico tienen, 1 0 mismo que el oleico, un doble en-lace en la posicion 9- 10. teniendo ademas otro doble enlace en la posi-cion r2- r3. y el linolenico un tercer doble enlace entre los carbonos

18 13 12 10 9C~CH2CH2CH2CH2C=CCH2C=C(CH2)7COOHI I I IH H H HAcldn Iinolico(P. f. - 5)

18 16 IS 13 12 10 QC~CH.C=CCH2C=CCH2C=C(CH2)7COOHI I I I I IHH HH HHAcldo ltnolenteo (p. f. - 11)

15 Y 16, resultando asi que la mitad de la cadena que es de hidrocarhuro.queda dividida en este ultimo en tres unidades, cada una de elias de trescarhonos. Todos los dobles enlaces de estos acidos tienen configuracioncis. como se ve en las formulas esquematicas que se dan a continuacion.

18CHa 16 16 18 12 10

Llpidol

Conflquracla clI-

Mod.lo d.1acldo ol.leo

Acldo Ilnollco

ACldo IlnoleDlco

Se salle que la hiosintesis de los acidos grasos, comienza por la union de 17.13dos grupos acetilo para dar acido acetilacetico CH:iCOCH2COOH. el cualdespues da

CHaCOCH2COCH2COOH, CHaCOCH2COCH2COCH2COOHy acidos poliaceticos mas elevados, Los grupos carbonilo se eliminan parreduccion a alcohol. deshidratacion e hidrogenacion. Este proceso estade acuerdo con el hecho de que los acidos naturales tienen siempre cadenarecta y mirnero par de atornos de carbono. El por que de la posicion delos dohles enlaces en los no saturados, y e 1 que siernpre sean cis. no seconoce.

BloUDt la

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17.1..____ Determinacion de la estructura. - La posicion del dohle enlaceen un acido no saturado, se establece, generalmente, identificando losproductos de una degradacion oxidante, La oxidacion del acido oleicocon una disolucion diluida de permanganato a 0 0 con tetroxide deosmio, tieue lugar por una aclicion cis, dando uno de los dos posiblesdioles. Dehido a que la relacion entre uno y otro de estos dos dioles, esexactamente la misma que entre las dos tetrosas, eritrosa y treosa (16. I5),

Hldroxilaclon cis-

17.15- _

La reaccloncon H.O, daun oxldo

300

H H, ,CH,(CH.hC=C(CH.hCOOH

Acl,]o olt


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indicado en las formulas dadas antes, 1 0 mismo el eritro- que el treo-diol,tratados con acido periodico, dan el aldehido de Cg (pelargonico) y elaldehido-acido de Cs (azelainico) con rendimiento excelente. Tarnbienel tetraacetato de plomo es un excelente reactivo para producir la rup-tura del glicol.Grasas naturales e hidrogenadas. El grado de insaturacion es 17.16el factor que tiene una mayor influencia en las propiedades, tanto fisicascomo quimicas, de los gliceridos y de los acidos grasos. El acido oleico esun liquido cuyo punto de fusion es inferior en unos 55 al del correspon-diente compuesto saturado, disminuyendo progresivamente el punto defusion, por introduccion de uno 0 dos dobles enlaces mas. La triestearinasintetica, es decir, el ester triestearico de la glicerina, es un solido cuyopunto de fusion (71) esta proximo al del acido estearico (70), y la trio-leina, como el acido oleico, es un liquido a la temperatura ambiente. Lasmezclas de gliceridos, no muestran el normal descenso en el punto defusion, sino que funden a temperaturas intermedias entre las de los com-ponentes. Las grasas animales (sebo, manteca de cerdo) son preferiblesa los aceites vegetales, mas abundantes y baratos, para la fabricacion dejabon y en ciertos casos para la alimentacion, debido a que son solidas(p. f. entre 36-47) en vez de liquidas, diferencia que se debe al grado deinsaturacion. EI grado de insaturacion de una grasa, se puede medir me-diante el indice de iodo, que es el mimero de gramos de iodo que secombinan con cien gramos de grasa. Para hacer la determinacion, se em-plea el monocloruro de iodo (IC1), mas reactivo que el iodo. EI indice deiodo de muestras de sebo de vaca esta entre 32-47, el del aceite de caca-huete entre 85-90 y para el aceite de esperrna de ballena 110-150.En el grado de insaturacion de una grasa puede influir considerable-_17.17

BCOOOH

iH-C-O HR . l - t - R II IH OH(a)~ HI.lrol.

oI If ?-C-HR-C-C-RI IOHH

(b)~ HI.lrnl.

OHHI IR-C-C-RI IH OH(a')

H OHI IR-y-r-RIOHa(b')

"1-treo-Dlol

Lfpidol

La ruphua c I e 'oxldo .. hac:ec:oa lAy.nlita

E1 pUDlo d.iualOD d.peDded. Ia IDaat1uacIOD

IDdIc:. d.l I0Il0

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mente la temperatura a la que se hace la biosintesis. Los ani males desangre caliente, tienden a producir grasas s6lidas, que se hacen f lu idasa la temperatura del cuerpo 0 un poco por encirna de ella. Puede hahervariaciones entre la grasa de diferentes partes del organismo : el aceitede pata de vaca, que se obtiene de las pezufias de los ani males, tieneun indice de iodo superior al que se obtiene de otras partes del cuerpo.Tarnbien se ha encontrado una gradaci6n en la grasa subcutanea del cer-do, aurnentando progresivamente la insaturacion en las capas mas exter-nas. EI clima ejerce una notable influencia sohre la composicion del aceitede linaza, como se ve por los datos siguientes : Aceite de linaza, obtenido desemi lias cultivadas en el c1ima frio de Suiza, dio un valor de indicede iodo de 190, mientras que el obtenido de semi lias de igual procedencia,que crecieron en un invernadero en Berlin, a temperatura de 25-30, dioel valor 93. Tambien depende el grado de insaturaci6n del tipo de grasaque la alimentacion contiene, asi el valor del indice de iodo de grasa decerdo alimentado con grano es 69-72, mientras que alimentado con ca-cahuetes es 90- 100.

17.11-___ Como los principales acidos no saturados que forman parte de lasgrasas, se pueden convertir por hidrogenaci6n catalitica en acido esteari-co, la insaturacion de una grasa 0 aceite natural, se puede reducir, en elgrado deseado, por hidrogenaci6n (catalizador de Ni). Como que la hi-drogenaci6n va aumentando progresivamente el punto de fusion de la,grasa, este proceso se llama, a veces, endurecimiento de grasas ; los aceitesvegetales, abttndantes y mtty insaturados (cacahuete, sernilla de algod6n,soja) se endurecen por hidrogenaci6n, dando prodttctos mas interesantespara ser empleados en la fabricaci6n de jab6n 0 como sustitutos de lamanteca de cerdo en la cocina. El aceite de ballena (esperma), con indiceiodo 110-IS0, se hidrogena parcialmente, para reducir la mayor reacti-vidad caracteristica de los centros de insaturacion, eliminando asi el olory produciendo aceites mas estables, para ser usados en ensaladas 0 en lapreparacion de cosmeticos, Tarnbien se hidrogena a veces la manteca, afin de que se conserve mejor, ya que el enranciamiento esta asociado conla insaturacion,Aceites secantes, - Los aceites secantes son gliceridos mixtos deacidos grasos alta mente no saturados, y pueden cIasificarse en dos gru-pos, segun la naturaleza de la insaturacion, Uno de estos grupos, com-prende el aceite de linaza (Argentina) y aceite de perilla (Jap6n). Ambosaceites tienen indices de iodo del orden 170-210, y en ambos los dos com-ponentes acidos mas importantes, que suponen en conjunto el 85 % delos acidos totales, son el acido linolico y el linolenico, en los que los doblesenlaces no estan conjugados, sino separados por un grupo metileno. Unsegundo grupo de aceites secantes, inc1uye los aceites de la madera deChina y el de oiticica (Brasil), con valores del indice de iodo entre 140-180.de modo que su insaturacion es menor que la del primer grupo, pero los

14 13 12 It to 9CH,CH1CH,CH.CH=CHCH=CHCH=CH(CH,hCOOHAeldo oleoestearrco (P. f. 49)

CAPITULO 17

Hldroqenacllmde qra.a.

17.19 _

Varlos cloble.enlace. noconJuqadas

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componentes acidos caracteristicos de estos aceites, tienen los dobles en-laces conjugados. EI principal acido del aceite de madera de China (So 7 0del total de acidos) es el acido oleoestearico, un isornero del acido linole-nico, en el que el doble enlace entre los carbonos 9 y 10, esta conjugadocon los otros dos. EI principal componente del aceite de oiticica (74 7 0 ) esel acido licanico, el 4-ceto derivado del acido oleoestearico,

Llpidos

14 I.~ 12 I r 10 9 4CH.CH.CH2CH2CH=CHCH=CHCH=CHCH.CH2CH2CH2COCH.CH.COOH.\rlil" llc.\nlro (p. f .. 75)Los cuatro tipos de aceites que se han citado, tienen la propiedad de ---_17.20

que cuando se extienden sohre una superficie y se dejan al aire, secanlentarnente, formando una pelicula resistente y duradera, Las mezclas deestes aceites con pigmentos insolubles, se usan como pinturas, mientraslos harnices son mezclas de aceites secantes con resinas. EI secado deestos aceites, no tiene nada que ver con la evaporaci6n de un disolvente.como ocurre en las lacas de nitrocelulosa modificadas (19.11), sino quese produce por un proceso de oxidacion y polimerizacion. Aunque no seconoce del todo la naturaleza de las reacciones, parece que estas se inicianpor reaccion con el oxigeno molecular, dando un hidroper6xido. En losradicales de los acidos lin61ico y linolenico, hay un grupo metileno, queactivado por los dobles enlaces existentes a uno y otro lado (a), es unpunto vulnerable al ataque del oxigeno, dando 0 bien el hidroperoxido

correspondiente (h) 0, mas probablemente, el (c), que resulta de un des-plazamiento alilico en el curso de la reacci6n, con forrnacion de un sistemaconjugado. En el caso de los acidos oleostearico y Iicanico, el grupo me-tileno que se encuentra a uno u otro lado del sistema trienico conjugado.parece ser mas intensamente activado, y por tanto mas vulnerable a laoxidacion, ya que los aceites de madera de China 0 de oiticica secan conmayor rapidez que los de linaza 0 perilla, siendo general mente superioresa estos aceites. EI aceite de linaza crudo seca 11luy lentamente, pero semejoran sus caracteristicas hirviendolo Con oxido de plomo. EI aceite delinaza "cocido " contiene en suspension sales de plorno, que Ie dan ciertaturbidez. por 1 0 que modernamente, los aceites "cocidos ' se obtienenafiadiendo al aceite, a baja temperatura, un catalizador de la oxidaci6nque contiene un atomo metalico (secante), tales como las sales (jabones)de cobalto 0 manganese de los acidos naftenicos (8.3). Los tejidos aceita-dos, se preparan aplicando varias capas de una pintura a base de aceite delinaza sobre. un cafiamazo : el linoleo se prepara cementando particulasde corcho con aceite de linaza espesado y colofonia.Jabones. - LlSgrasas, sean naturales 0endurecidas, se saponifican __ 17.21

-CH=CHCHCH=CH-IOOH(b) (a) -CH=CHCH=CHCH- I

OOH(c)

Trien" coniuqado

Mecanlamo delaecado

Hldroperoxldo

Lo caDIcalallzQD laoxldaclOD

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con una solucion de hidroxido sodico, en una caldera abierta, que tieneen el fondo tubos de vapor cerrados, para el calentamiento indirecto, yotros abiertos para un calentamiento directo, pasando el vapor a unavelocidad adecuada para mantener la agitacion y la ebullicion, Cuando lareaccion ha sido completa, se afiade sal con 1 0 que precipitan gruesoscoagulos del jabon (por efecto de ion comun). La capa acuosa, que con-tiene glicerina, se elimina y se concentra, purificando la glicerina pordestilacion al vacio, EI jabon crudo contiene glicerina, alcali y sal y paraseparar estas impurezas se hierve con suficiente cantidad de agua para quese forme un Iiquido hornogeneo, volviendo a precipitar el jabon por adi-cion de sal, pudiendo repetirse el proceso, para recuperar totalmente laglicerina y eliminar las impurezas; finalmente se hierve con agua suficien-te para que se forme una mezcIa blanda de la que, dejandola en repose,se separa arriba una capa hornogenea del llamado jabon de caldera. pro-ducto que contiene un f>9-70% de jabon, 0,2-0,5 % de sal y alrededor deun 30 % agua; parte de este producto se vende como tal, 0 bien despuesde adicionarle perfume y colorante, para usos domesticos. A los jabonespara desengrasar, se les afiade arena, carbonato sodico 0 productos de car-ga; a los jabones medicinales, se les adiciona cresol u otros antisepticos,Los jabones en polvo se preparan mezcIando jabon de caldera con vigo-rizantes 0 detergentes a1calinos (silicato sodico, carbonato sodico) 0 conagentes emulsionantes (pirofosfato tetrasodico) ; la mezcIa caliente, se secapor pulverizacion. Los jabones de tocador se fabrican del jab6n de cal-dera, desecado hasta que contiene un 85-90 % de jabon, que se mezcIacon perfume y se trabaja hasta formar finas laminas, que se prensan parahacer barras compactas, las cuales se cortan y prensan nuevamentepara hacer las pastillas ; los jabones transparentes se preparan disolvien-do en alcohol jabon parcialmente desecado. La densidad de un jabon or-dinario es aproximadamente 1;05, pero inyectando aire en el jabon decaldera cuando esta fundido, puede disminuirse su densidad hasta 0,8-0,9(jabones flotantes).

17.22~---- La mas importante materia prima para la fabricacion del jabon, es eIsebo (depositos grasos de ganado vacuno 0 de oveja). Los jabones que sehacen solo de sebo, tienen excelentes propiedades detergentes y reblan-decedoras del agua, pero deben ser empleados con agua caliente (el seboproporciona, principalmente, acidos de 16 y 18 carbonos, y los jabonescorrespondientes son solo ligeramente solubles en agua). Por ello se usanmuy frecuenternente, en union con el sebo, ciertos aceites, como los decoco. babassu y palma, cuyo valor estriba en que tienen un elevado con-tenido en acidos de 12 y 14 carbonos, los cuales dan jabones consistentesy facilmente solubles. Para la fabricacion .del jabon no se pueden emplearcompuestos muy insaturados, debido a su facil oxidacion,

17.23____ Detergencia. - La detergencia, 0 poder limpiador, de un jabon de-pende en parte del gran descenso que produce en la tension superficial.La tension superficial del agua pura es de 73 dinas/cm y la de solucionesde oleato 0 linoleato sodico, es de unas 25 dinas /cm. Otro factor que

CAPITULO 17

Fabrlcaclan dellaban de caldera

Jaban flolanle

Acelte. de cocoy palma

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contrihuye a la actividad superficial de una sustancia tal como el lauratosodico, es que posee una parte hidrocarbonada, de caracter lipofilico, con-

;=~ /C~I ~ /C~ C~ ;=QO-Na+ JlI


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CAPITULO 17 tienden formando peliculas de la misma superficie, como muestran grafi-camente las figuras, para jabones de Cto y CH La elirninacion por e 1jabon de aceite. grasa 0 una particula solida de un lipido, podemos ima-gina rIa como producida por la penetracion de la parte de hidrocarburode una molecula de jabon en la rnancha 0 particula de lipide, gracias a 10cual queda esta provista de un cierto numero de grupos hidrofilicos, sieu-do asi facil separarla de la fibra y que quede en emulsion en e 1 agua. Lasparticulas asi separadas no se redepositan, gracias a una pelicula protec-tora de jabon, que actua como emulsionante.

1725,____ Productos surfactivos sintetieos, - Se fabrican una gran varie-dad de compuestos surfactivos, que incluyen sustancias de interes comodetergentes. mojantes 0 impregnadores y emulsionantes. Cada uno de estosproductos tiene una parte lipofilica, que generalmente es una cadenahidrocarbonada relativamente larga, y un grupo hidrofilico, que en unamezcla aceite-agua queda distribuido en la fase acuosa. La parte hidro-filica es generalmente un grupo ionico determinado y se obtiene el ade-cuado e quilibrio lipofilico-hidrofilico variando el tamafio de la parte hi-drocarbonada. Debido a la fuerte competencia en este campo, se rebajanen 1 0 posible los precios de los productos comerciales, usando mezclas deacidos grasos derivados de las grasas y de mezc1as de alcanos del petroleo,y ciertamente las mezclas actuan mejor que los componentes individualespuros, debido a una accion mutua. Un tipo de detergentes se fabrica porhidrogenolisis de grasas. dando una mezcla de alcoholes, que se convier-ten en una mezcla de sales sodicas de sus esteres sulfuricos : los aceitesde coco, palma, etc., dan excelentes detergentes, debido al elevado con-tenido en el sulfate con cadena de 12 carbonos, I, derivado del acido lauri-

CH,OHICRt (CH.l'6COOCH.C-CH.OHICH,OHI II

Reducclonpor reacclonde Canizzaro

co. Las sales sodicas de los esteres sulfuricos, al ser sales de un acidofuerte, son mas estable que el jabon en las soluciones de pH acido.

17206---- Como ejemplo de otro tipo de agentes surfactivos, podemos tomar unamezcla en la que el cornponente principal es la monoestearoilpentaeritri-

CHs==?H----J [ CH OH 1--------~I Ca(OHlo I' CH,-O H,oO=H.C H-C-CHO _;___ HOCHr-C-CHO I I 73,5% rr-nd. totnlH----~ CH.OH

TCH.==O

306

(pn rormn+ HCOOH ,Ip"nl r~kkR)

Pentnerf trf ta (p. f. l60D)


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ta II; aqui la funcion hidrofilica no la desernpefia un grupo ionico, sino e Iagrupamiento triol. La pentaeritrita se obtiene por un interesante proceso,en el que la primera etapa es la condensacion aldolica del acetaldehido contres moleculas de formaldehido. EI aldehido que resulta (que se ha escritoentre parentesis) se reduce entonces a expensas del formaldehido, el cualse ox ida a acido formico : a esta reaccion de oxidacion-reduccion se Ie dael nornbre del quimico italiano que la descubrio, Cannizzaro.

Hay dos tipos de agentes surfactivos que utilizan el grnpo sulfonato 17.27sodico, -SOaNa. para lograr la distribucion en la fase acuosa, Para laobtencion de uno de estos tipos, la mezcla de alcanos (RH) de una frac-cion de petroleo de peso molecular apropiado, se hace reaccionar condioxide de andre y c1oro, dando una mezcla de c1oruros de acido sul-fonico, que se saponifica para formar los correspondientes sulfonatos desodio (II I). Para el segundo tipo, se elora una fraccion del petroleo, dandouna mezcla de c1oruros de alcohilo, que se condensan con un hidrocarburo

Lfpidol

so, CI. RS~Cl NaOH RSO,NaHI I I0Ci 00O RCI . H.SO.; IlCla NaOH# # SO,NaI V V

momanco (por ejemplo naftaleno), bajo la acciou catalitica del c1orurode aluminio (reaccion de Friedel-Crafts), dando una mezcla de isomeros)' de homologos, que se puede representar aproximadamente par la forruu-la IV. Por sulfonacion y formacion del sulfonato de sodio, se obtiene elcompuesto surfactivo, del tipo represent ado en V.

RESUMENCon el nombre de lipidos se designan los pro- (b) Hormonas estero ides. Hormonas sexua-ductos de origen animal y vegetal, insolubles en les: Testosterona (ClO), estradiol ('1M) y pro-agua y solubles en aceite. Las grasas neutras son gesterona (C:!I)' Hormonas de la corteza supra-gliceridos mixtos, por ejemplo de los acidos es- rrenal: Cortisona (C21). Se aislan de muy gran-tearico (CIR ) y palrnitico (CI6); la saponificacion des cantidades de tejido glandular 0 de la orina.(hidrolisis alcalina) da jabon y glicerina, La leci- (c) Vitarnina D:i del aceite de higado de ba-tina es un fosfolipido, que por saponificacion da calao.glicerina, acidos grasos, fosfato y colina. (d) Isoprenoides, EI escualeno (aceite de hi-Lipidos insaponificables. (a) Esteroides. La co- gado de tiburon ) : Cw , seis unidades de isoprene

lester ina ('27' un OH 1 3 , un doble enlace) es un unidas t-h, t-h, t-t, h-t, h-t. Vitnmina Aconstituyente de los tejidos animales. Los acidos (aceites de pescado) : ('~U, cuatro unidades debiliares, por ejemplo, el acido c61ico (C!!-l' tres isopreno, un grupo de alcohol alilico prima rio.OH a), existen en la bilis conjugados con la gli- Tocoferol (aceite de germenes de trigo, higado}:cina, en forma de sales sodicas. La funci6n de las Trimetilhidroquinona + fitol, un alcohol de C~u.sales biliares es ernulsionar las grasas neutras, de la c1orofila. Vitamina K, (alfalfa): Una qui-para facilitar su absorci6n. nona con un grupo fitilo.

Gra.a. y aceite.Componentes acidos de las grasas: Siempre tico (CIO) y.esteanco ('UI)' No saturados (to-

con cadena recta y numero par de carbonos. Sa- dos se hidrogenan dando estear ico, todos sonturados : Laurice (Cu), miristico (CI4), palmi- cis): Oleico (doble enlace en el centro\. Iiuolico

307


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y linolenico (2 0 3 dobles enlaces, no conjuga-dos). La estructura del acido oleico se establecepor oxidacion a eritro-diol (adicion cis) 0 a treo-diol (pasando por el oxide, que se rompe con in-version de Walden); ambos dioles, por rupturadel grupo diol, dan un aldehido en CD y un acido-aldehido en CD'

Grasas naturales. EI punto de fusi6n vieneinfluido por el grado de insaturacion, que sedetermina mediante el indice de iodo. Los acei-tes vegetales y de pescado, mas baratos, se con-vierten en grasas solidas 0 aceites mas satura-dos, por hidrogenacion (endurecimiento).

Aceites secantes. Los aceites de linaza y deperilla son ricos en acidos lin61ico y linolenico(varios dobles enlaces no conjugados). Mejoresson los aceites de madera de China y de oiticica,r icos en acido oleostearico (con un sistema trie-no conjugado) y su 4-ceto derivado, el acidolicanico. EI sec ado de estos aceites se producepor una oxidacion y polimerizacion, que se

IflICIa por una oxidacion alilica por el aire, dan-do un hidroperoxido. La calidad del aceite delinaza se mejora hirviendolo con oxido de plo-mo 0 incorporacion de naftenatos de cobalto 0de manganeso como secantes (catalizadores dela oxidacion),

Jabones. Metodo de fabricaci6n de los ja-bones sodicos y recuperacion de la glicerina. Losacidos de C12 y C14 (aceites de coco, etc.), me-joran la cali dad, por ser mas solubles en agua.EI poder detergente depende de la disminuci6nde la tension superficial, y tambien de la orien-tacion en la interfase agua-aceite; peliculas deLangmuir.

Compuestos surfactivos sinteticos. Reunen ungrupo hidrocarbonado, lipofilico (CI2-CI4) conun grupo hidrofilico (-OSOa-Na+, -SOa-Na+,varios grupos OH). La pentaeritrita se obtienepor adicion aldolica de 3 CH2=O a CHaCH=Oy reducci6n del producto por CH2=O (reacci6nde Cannizzaro).

PROBLEMAS1. ~Cuantos carbonos asimetricos hay en la

colesterina y en el acido c6lico, y cuantas for-mas estereoisomeras son posibles en cadacasu (ver I


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Las proteinas (del griego proteios, prima rio ) deben su nombre a su ----18.1gran importancia en los tejidos de los seres vivos. Las proteinas difierende los hidratos de carbono y de las grasas, en su cornposicion elemental.ya que ademas de carbone, hidrogeno y oxigeno, contienen invariable-mente nitrogeno (16- I8 % ) y generalmente azufre. Hay un tipo de pro-teinas, las proteinas fibrosas, que son insolubles en agua y sirven comomateriales estructurales para los animales, como sirve la celulosa paralos vegetales. La fibroina, la proteina de la seda, es un ejemplo. Otrosson el colageno, la proteina de los tejidos conjuntivos (tendones, liga-mentos), que dan gelatina cuando se hierven con agua; la queratina, pro-teina del tejido epitelial, del cabello, lana, cuernos, plumas. ufias : la elas-tina. proteina de los tejidos conjuntivos elasticos, Un segundo y extensogrupo es el de las proteinas glubulares, caracterizadas por su solubilidaclen agua 0 en soluciones acuosas de acidos, bases y sales. Son ejemplos deestas proteinas la albumina de huevo, la caseina de la leche y las proteinasdel plasma sanguineo y de los globules rojos de la sangre.

Para la investigacion quimica 0 bioquimica, se emplea generalmente 18.2la sangre de caballo, afiadiendo inmediatamente una solucion de citrato

CH.COsH sodico para evitar la coagulacion. Tarnbien evita Ia coagula-I cion una preparacion obtenida de higado, que contiene elHO?COsH polisacarido heparina. Por centrifugacion de esta sangre

CH1COsH no coagulada. se sedimentan los globulos rojos de la san-.\1'1


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proteina globular hemoglohina. Esta proteina es la que veri fica el trans-porte del oxigeno desde los pulmones a todos los tejidos del cuerpo. Conla solucion de hemoglohina, preparada como se ha indicado, se puede de-mostrar el mecanisme de la respiracion animal: Cuando esta solucion seagita con oxigeno, se vuelve de un color rojo brilJante (sangre arterial)y cuando se elimina el oxigeno haciendo el vacio con una bomba, se vuelvede color rojo azulado (sangre venosa). La hemoglobina es un ejemplo deuna proteina conjugada, a diferencia de las sustancias que antes hemoscitado, que son proteinas simples. La hemoglobina esta formada por unaproteina propiamente dicha, la globina, y un componente rnucho maspequefio, no proteinico, de 34 carbonos, Ilamado hemo. Este componentehemo, que esta unido a la proteina, se dice que es un grupo prostetico(del griego prosthetos, poner encima). Realmente, el hemo, que contienehierro, es el responsable del color rojo de la sangre y esencial para sufuncion como transportadora de oxigeno,

El plasma sanguineo, preparado por e 1 procedimiento indicado, con-tiene las siguientes proteinas globulares: Albuminas, glohulinas (insolu-hies en agua pura, pero solubles en una solucion al 5 % de sal), lipopro-teinas (que contienen hasta un 75 % de lipidos), fibrinogeno y protromhi-na. La sangre completa, que no ha sido protegida con citrato 0 heparina,coagula al cabo de pocos minutos, debido a la transformacion del fibri-nogeno soluble, por la accion de la protrornbina, en una proteina fibrosa.insoluble, la fibriua, cuyos filamentos forman la estructura enmarafiadadel coagulo, La centrifugacion de la sangre coagulada cia un residuo, quees mezcla de fihrina y cle los globules rojos de la sangre y un liquidoque sobrenada, que es el suero sanguineo, El suero difiere del plasmaen que no contiene fibrinogeno.

Las proteinas son moleculas gigantescas, cuyo peso molecular puedeir de 12000 a varios mill ones de unidacles. Las proteinas que son soluhlesen agua, forman soluciones coloidales. La caracterizacion quimica es di-ficil, debido a la gran sensibilidad de estas sustancias; el tratamientocon un acido, una base 0 un disolvente organico puede producir un cambiofundamental, que se llama desnaturalizacion, con perdida de sus propie-dades caracteristicas originales, tales como la solubilidad en agua 0 unaacticidad biologica especifica. Un calentamiento suave produce, general-mente, una desnaturalizacion con perdida de solubilidad, como se ve enel bien conocido fenomeno del cambio que produce el agua caliente en laclara de huevo. Como ocurre en otros muchos casos, la desnaturalizacionde la albumina del huevo, es irreversible.

1.5____ Todas las proteinas se pueden hidrolizar por una solucion acuosa deacidos minerales a la temperatura de ebullicion, dando entonces mezc1asde a-aminoacidos del tipo RCH(NH2) C02H. Resultados analiticos, in-dican que ni e 1 grupo carboxilo ni el grupo a-amino que se han represen-tado en la formula tipo, existen como tales en la proteina, sino que sonliberaclos en iguales cantidades en la hidrolisis. Por tanto, las unidadesque forman las proteinas estan unidas mediante un enlace -CO NH-

CAPITULO 18

Hemoqlobma(Hem conJu,qadocon qlobmal

13 _

Suero .anqulneo

1. 4 _

D naturalbaclond. las prot.lna.

HldroU.I. aaminoacldoa

310


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entre el grupo carboxilo de un amino acido y el grupo amino de otro.Este tipo especial de grupo amido, recibe el nombre de enlace peptidico,pudiendo ser consideradas las proteinas como polipeptidos. El proceso dela hidrolisis de una proteina, se puede representar como la rupturn de unacadena polipeptidica :

R ~ R"I I I 1Il.lrol,-(NHCHCO).-(NHCHCO)D'-(NHCHCO)D"-nH2NCH(R)C(hH + n'H.NCH(R')CO.H + n"H.NCH(R")CO.H

AMINOACIDOS

Proteinas

EBtructura de10. polipeptico.

Componentes aeidos de las proteinas. - EI primer componente 1.6que se descuhrio fue la glicocola 0 glicina, H2NCH2C02H, el mas sen-cillo de los amiuoacidos, Braconnot (1820), estudiando la hidrolisis de lagelatina, para comprobar si este producto, como la celulosa, daba unazucar, aisle una sustancia a la que llamo glicina (del griego g/ykys. dul-ce). debido al sailor dulce que posee, teniendo que transcurrir dieciochoafios antes de que se comprobase que la supuesta .. azucar de gelatina"contenia nitrogeno. Posteriores estudios sobre los hidrolizados de las pro-teinas, han lIevado al reconocimiento de veinte aminoacidos componentes,cuya estructura ha sido establecida, Todos los componentes conocidosson a-aminoacidos. y con la unica excepcion de la glicocola, e I atomo decarbono a es asiruetrico. Un grupo de aminoacidos, incluye los siguienteshornologos : Alauina, CHaCH(NH2)C02H; valina, (CHahCHCH(NH2)C02H, y leucina, (CHahCHCH2CH(NH2)C02H. La valina es el iso-propil hornologo de la alanina y la leucina es el isobutil homologo, y mu-chos otros aminoacidos componentes de las proteinas, son derivados dela alanina : RCH2CH(NH2)C02H.

Todos los citados son aminoacidos neutros, ya que cada uno de ellos ----1 .7contiene un grupo amino y un grupo carboxilo; son compuestos anfote-ros, pudiendo ionizarse como acidos a como bases, segun el valor del pH.EI valor del pH al cual Ia ionizacion como base se hace en la misma ex-tension que la ionizacion como acido, se llama punta isoelectrico : paralos aminoacidos neutros, este valor esta en la zona 4,8 a 6,3. La formaelectricarnente neutra que predomina en el punta isoelectrico, es un iondipolar, que lIeva una carga positiva y otra negativa. Esta estructura

R HR--t_r/~ ~ R-t-Cr> ...!:-I ~ H+ I "-0- OH-N B a NHa+

Ion dlpolnrromca, explica el hecho de que estos compuestos son relativamente in-fusibles y no volatiles.

La lista de los aminoacidos que se da en la tabla 18.8 da, para cada ----1 .uno de ellos, la formula, un simbolo convencional y e 1 punto isoelectrico.Los primeros cinco miembros del grupo de aminoacidos neutros. difie-

HR - t - c t >I " < > RNHa+

Tlpo R CH co, HINH,

Punto!aoelectrlco

E.truclura desallntema

311


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CAPITULO 18

AnUlo depirrolldina

Indo).benceno

conden.ado conpirrOI

Grupo 9uanidiloH,NCNH--

NH

TABLA 18.8AMINOACIDOS QUE FORMAN LAS PROTEINAS

A. AMINoAnnos NEUTIlOS---Nomhrc Simholo Formula Puntnisoclcctrico-----Glicocola Gli CH,(NH,)COOH 5.97Alanina Ala CH3CH(NH.)COOH 6.00Valina Val (CH,,),CHCH(NH,)COOH 5.96Lcucina Leu (CH,,).CHCH.CH(NH.)COOH 6,0~

Isoleucina lieu CH,CH.CH(CH.)CH(NH.)COOH 5.98H.C--CHtProlina Pro I IH,C, __,HCOOH 6.30NHFenilalanina Fen oCH.CH(NHt)COOH 5.48Tirosina Tir HO OCHtCH(NHt)COOH 5.66

Triptofano Tri CC-:~CHtCH(NHt)COOH 5.89/CHNHCisteina CiSH HSCH.CH(NH,)COOH 5.05Cistina CiS.SCi [-SCH.CH(NH.)COOH) 4.8Metionina Met CH,SCH.CH.CH(NH.)COOH 5.74Serina Ser HOCH,CH(NH.)COOH 5.68Trconina Tre CH.CH(OH)CH(NHz)COOH

AMINOACIJ)OSDE CARACTERACIDOAcido aspartico Asp HOOCCH.CH(NH.)COOH 3.77Acido glutamic Glu HOOC(CH.).CH(NH.)COOH 3.33

AMINOAClDOSDE CARACTERBASICOLisina Lis NHz(CH.).CH(NH.)COOH 9.74Arginina Arg NH.C(=NH)NH(CHt),CH(NHt)COOH 10.76

ren en el tarnafio y en la estructura de la cadena alcohilica lateral.RCH(NH2)C02H. La prolina se puede considerar como un n-alcohil-a-arninoacido que se ha ciclado. En la fenilalanina,\ C6H5CH2CH(NH2)COOH,un grupo fenilo esta unido a un residuo de alanina; la tirosina es el p-hi-droxiderivado de la alanina. En el triptofano, el grupo aromatico queesta unido al residuo de alanina es el grupo biciclico del indol, que con-tiene e 1 anillo pentagonal con nitr6geno del pirrol condensado Con unanillo bencenico.11.9____ La cisteina es el ,8-tiol 0 ,8-sulfidril derivado de la alanina. La cis-teina se oxida facilmente a un disulfuro, la cistina, que nuevamente puedeconvertirse en cisteina por reducci6n. La metionina contiene un grupo312


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tiometil (CHaS), siendo un derivado, no de la cisteina, sino del hornologosuperior, la hornocisteina, la cual no se encuentra como componente de

f H 'SCH.CHC~HISCH.CHCOtHINH.

Proteinas

2HSCH.CHC~HINH.oxid.---+,.__red.

Aminoacidoacon S

Clxttnnlas proteinas. La serina es el analogo oxigenado de la cisteina, y la treo-nina es el ,B-metil homologo de la serina; la treonina contiene dos atornosde carbono asirnetricos.

CH.SCH.CH.CHCOtHINH.)(ptlonlnn

HOCH.CHCO.HINH.R"rlnll

CILCHCHCOtHI IHO NH.Trponlnn

Oxlamlnoacldoa

Los acidos aspartico y glutarico tienen caracter acido, dehido a con- ----11.10tener un segundo grttpo carboxilo, sin una funcion basica que 1 0 contra-

HOtCCH.CHCO.H HO.CCH.CH.CHCOtHI INH. NH.Amlnoacldoad. caract.racldo

AcIdo glllb\mlcorreste; los valores del punto isoelectrico son 2,8 y 3,2 respectivamente,Estes compuestos son derivados aminados de los acidos succinico yglutarico y en las proteinas se encuentran en parte en forma de las mo-noamidas, la asparraguina y la glutamina:

H.NCOCH.CH(NH.)CO.H HtNCOCH.CH.CH(NH.)COtHGIlItnmlnn, Glu(NH.)

Un tercer tipo de acidos, de los que puede servir como ejemplo la ll.11lisina, contienen dos grupos amino y solamente Un grupo carboxilo, por aCH.CH.CH.CH.CHCOOHI INH. NH.

Ll sf na

AmlnoacldoabOalcoa

1 0 que son basicos (punto isoelectrico 9,7). Otro importante arninoacidobasi co es la arginina, el o-guanidil derivado del acido e-aminovalerianico :la guanidina es la imida de la urea y es un compuesto fuertemente basico,por 1 0 que la arginina es el mas basico de todos los componentes de lasproteinas (punto isoelectrico 10,8).

HN'\. aC-N-CHtCHtCH.CHCOtH/ H IHaN NH

\rglnlnn

NHI IH.N-c-NHtGua nldtna

SolubiJidades. - La solubilidad de un polipeptido 0 de una pro- -- __ 11.12teina, viene determinada por las caracteristicas de solubilidad de losaminoacidos que la forman. Entre los arninoacidos neutros del tipoRCH(NH2)C02H, la solubilidad en agua decrece a medida que aumenta 3 1 3


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CAPITULO 18 el tarnafio del grupo R. como se ve en los numeros que siguen, los cualesdan los gramos de acido que se disuelven en 100 g de agua a 250: Glicina(R = H). 25,0: alanina (R = CHa), 16,7; valina (R = CH(CHsh), 8,8;leucina (R = CH~CH(CHah), 2,4. Reciprocamente, la solubilidad en di-solventes organicos (caracter lipofilico) aumenta a medida que es mayorla cadena lateral hidrocarbonada, Esto hace posible separar una mezclade glicina y leucina, extrayendo repetidas veces con butanol caliente, quedisuelve solamente la leucina, mas Iipofilica. Los grupos hidroxilo (Ser,Tre), sulfidrilo (CiSH). carboxilo (Asp, Glu) y amino (Lis), al ser afinesal agua, aumentan el caracter hidrofilico.

18.13____ Configuraci6n. - EI atomo de carbono a de todos los aminoacidos,con excepcion de la glicocola, es asimetrico, y es notable que todos losarninoacidos naturales que derivan de proteinas, tienen la misma confi-guracion en este centro, con independencia del signo del poder rotatorio.L1. alanina natural ha sido relacionada con el acido L-(+)-Iactico, demodo que todos los aminoacidos de las proteinas pertenecen a la serie L:como la alanina natural es dextrogira, quedara especificada completa-mente como L-(+)-alanina. Un aminoacido natural que contenga un

Lo. aminoacldo.natural .on tod~ L

COzHIHOCH (L )ICH,L-(+)- Aciflo hirtlco

COzHIHzNCH (L )ICH,L-(+)-.\lnnlnll

segundo centro de asimetria, se designa con L para indicar la correspon-dencia en la configuracion del atorno de carbo no a con el de la L-alanina,designandose su enantiomorfo con D. Los diastereoisomeros de estas sus-tancias se designan con los prefijos L-alo Y n-alo, indicando las letras laconfiguracion del atorno de carbono a; por ejemplo, la treonina naturalfue llamada asi por su relacion con la n-treosa : en el arninoacido el pre-fijo L- se refiere a la configuracion del atorno de carbone a, mientras

COzH CHO COzHI I IHzNCH (L) HOCH HINCH (L)ConflquracloD I I Id. la tr.ODina HCOH HCOH (D) HOCHI I ICRa CH.OH CRaL-( - )-Trponlnn D-TrpoRR L-Alotreontna(nnturnl)

18.14, _que en el hidrato de carbono el prefijo D- hace referencia al atorno decarbono f 3 respecto a la funcion aldehido ..Aislamiento de aminoaeidos. - La hidr61isis de una proteina con

el objeto de aislar los componentes acidos, se !leva a cabo, generalmente,hirviendola a reflujo con acido c1orhidrico (20 % ) 0 con acido sulfurico(35 %). La hidrolisis con alcali caliente es menos interesante, debido aque produce una fuerte racernizacion de muchos de los productos. Se314


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emplea a veces la hidrolisis enzimatica, menos destructiva respecto a losaminoacidos sensibles, pero la reaccion es lenta y nunca cornpleta.

Los hidrolizados de todas las proteinas son rnezclas complejas de unos ll.15diez a dieciocho aminoacidos, y la separacion es, naturalmente, dificil.Debido a que los aminoacidos son compuestos dipolares, analogos a lassales, no se pueden destilar. No obstante, Emil Fischer, en 1901, intro-dujo la tecnica de esterificacion del hidrolizado de una proteina y destila-cion fraccionada de la mezcla de esteres del tipo RCH(NH2)C02CH:1,derivados de los aminoacidos neutros presentes, Como los arninoacidosque forman las proteinas tienen pesos moleculares mas bien bajos, unadiferencia de 14 unidades entre dos homologos, produce una diferenciasuficiente entre los puntos de ebullicion, para que puedan ser separadosadecuadamente. Esta tecnica de destilacion de los esteres, llevo al descu-brirniento de la valina, prolina y y-hidroxiprolina. Son tambien muy uti-les algunas reacciones de precipitacion selectiva ; asi el triptofano fueaislado por vez primera de un hidrolizado, por precipitacion con sulfatomercurico y la arginina por precipitacion con acido fosfowolfrarnico, reac-tivo este ultimo que es especifico de los arninoacidos basicos, de modoque precipita tanto la arginina como la lisina, si estan presentes.Sintesis de aminoacidos, - Se han estudiado metodos de sinte- ll.16sis, aparte del interes inicial para confirrnar las estructuras, con eI objetode obtener arninoacidos que pudieran emplearse como suplernento de ladieta alimenticia, en los casos en que ella fuera interesante; por ejemplo,se enriquece en lisina el alimento para aves de corral. Aunque el pro-ducto inicial de la sintesis es una mezcla racernica, el desdoblamientopuede hacerse, en general, sin dificultad. Un metodo general consiste enla hidrolisis enzimatica select iva de la forma L de los acidos nt-acetilados(15.25). Varios aminoacidos se preparan aun con mas facilidad por aisla-.miento que por sintesis ; veremos, no obstante, dos de los varios rnetodosde sintesis que se conocen.

Una forma de obtener a-amino derivados de acidos de los que se dis- ll.17pone, consiste en introducir un cloro 0 bromo en a, par halogenaci6ncatalitica, y arninacion del acido halogenado, empleando un gran excesode amoniaco. La preparacion de la m.-alanina por este metodo ha sido des-crita anteriormente (9.13). La sintesis de Strecker cornbina la adicion decianhidrico a un aldehido y la condensacion del producto de adicioncon el amoniaco. Cuando se adiciona cianhidrico al grupa carbonilo deun aldehido, en presencia de arnoniaco, este ultimo reactivo actiia sobrela cianhidrina que se forma inicialmente, reemplazando el grupo hidro-xilo por un grupo amino, forman dose un aminonitrilo, que por hidr6lisisnos da el arninoacido.

C~CHO NH., HeN CILCHC=NI

.\eptnlllphfrlo NHtAmlnonltrllo

H.O~ CILCHCOOHINHIAlnnlnn

Prot.fna.

D tUacloD d1.,..

PreclpllacioD

AminacioD

SiDI I. dSlr.ck.r

3 1 5


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PEPTIDOS Y PROTEINASH.NCHCO-NHCHCO-NHCHCO-NHCHCO-NHCHCO-NHCHCO-(NHCHCO) ..-NHCHCOsHI I I I I I I ICBsc.H. CBs CHi (CH2)s CHi (CBs). R CReI I I I ICOsH CONH. SH NH. OH

11.11____ La formula anterior corresponde a una proteina hipotetica, en la queel grupo amino terminal, que se escribe convencionalmente a la izquierda,corresponde a la fenilalanina, y el grupo terminal carboxilo a la serina.Esta sustancia es anfotera y practicarnente neutra, ya que contiene dosgrupos basicos (el -NH!! terminal y el E - N H 2 de la lisina) y dos gru-pos acidos (el -COOH terminal y el -COOH del aspartico), EI gruposulfidrilo (CiSH) Ie comunica propiedades reductoras, y los grupos -SH,-OH, -COOH y -NH!! tienden a hacer el producto soluble en agua,mientras que las cadenas hidrocarbonadas de Fen y Ala tienen el efectocontrario. En los diacidos (Asp, Glu) el grupo carboxilo en a es el que seemplea para la formacion del enlace peptidico y en las unidades que tienendos funciones basicas (Lis. Arg) es el grupo amino en a eI que se emplea.11.19---- Aislamiento y purificaeion, - Muchas proteinas tienen una grantendencia a sufrir aIteraciones irreversibles (desnaturalizacion), por 10que el aislamiento de componentes individuales homogeneos de unamezcla de proteinas, en su estado nativo, presenta grandes dificultades.Ya que la solubilidad es minima en el punto isoelectrico, el ajustar el pHa este valor, favorece.Ia separacion de un componente, quedando los otrosen solucion, cuando se afiaden cantidades adecuadas de una sal 0 un di-solvente como etanol. a fin de disminuir la solubilidad. Un metodo en elque se logra la adicion lenta de sulfato arnonico para la separacion de unaproteina por salado en el punto isoelectrico, consiste en agitar, en la so-lucian tamponada de la proteina, una bolsa de celofan con sulfato amonicosolido; el electrolito difunde a traves de la membrana, produciendo laprecipitacion de la proteina. Si este precipitado, que consiste en Ia pro-teina impurificada con la sal, se pone en una bolsa y se somete a dialisisponiendo fuera agua destilada, el sulfato am6nico se elimina y la proteinase disuelve, pudiendo ser reprecipitada por e 1 mismo metodo, Repitiendoconvenientemente este proceso, se ha lIegado a obtener proteinas cris-talizadas.11.20____ Amilisis de aminoaeidos. - Los primeros datos sobre la natura-leza y la proporci6n de los aminoacidos que componen las diferentes pro-teinas, basados en la cantidad de cada producto aislado por tecnicas deextracci6n, precipitaci6n y destilacion, han sido completados, gracias anuevas tecnicas para estudiar los hidrolizados. Uno de ellos es el rnetodode cromatografia sobre una tira de papel, cuyo interes rue reconocido alotorgar el premio Nobel de 1952 a sus descubridores, los inglesesA. J . P. Martin y R. L. M. Synge. EI papel de filtro esta constituidopor celulosa, que contiene aproximadamente un 22 % de agua adsorbida.

Prec:lpltaclo..1aoelKtrica

CromotOCJTatia.obre papel

316

Aln CI!'IH


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Si se introduce en un tubo de ensayo una tira de papel, doblada longitu-dinalmente, con su extremo inferior sumergido en fenol (I), el fenol va

Frcnte deldisotoenta Aaujcro

.1

1 1 l 1 P rCllllacioll

Linca departidoa(2)

b(1)

ascendiendo por la tira, por capilaridad, sin perturbar el agua adsorbida.EI agua constituye, por tanto, una fase estacionaria y el disolvente orga-nico, el fenol, una fase movil, lipofilica. Antes de introducir la tira depapel, se impregna este con unas gotitas de la solucion de un aminoacido,que se colocan en los dos extremos de la linea de partida (aa). A medidaque el fenol avanza por la tira, el aminoacido se encuentra sujeto a unnumero enorme de particiones entre la fase movil y la fase acuosa es-tacionaria. Si se trata de un aminoacido altarnente lipofilico (por ejemplo(CHahCHCH2CH(NH2)C02H) avanza casi tan deprisa lvll10 el disol-vente organico, mientras que otro que sea muy hidrofilico (por ejem-plo HOCH2CH(NH2)C02H) es l11uy retenido por el agua, por 1 0 queavanza l11uy poco. En unas dos horas, el frente de avance del disolventeIlega a la linea final, a unos IO ern de la de partida, sacandose entonces latira, que se lava con acetona y se cuelga para que se seque. No hay enla tira de papel ninguna indicacion de la posicion del aminoacido, hasta quese pulveriza con ninhidrina, sustancia que reacciona con el arninoacidodando un pigrnento. Entonces aparece una mancha en cad a uno de los

~OH2 l J - - . - t O HoNlnhlllrlna

bordes de la tira, como se ve en el dibujo zb, Se marca entonces la po-sicion del frente (parte superior) de la mancha y se mide la distanciadesde la linea de partida hasta esta sefial, La velocidad de flujo, 0 valorRf (Rate of flow) de un aminoacido deterrninado, es la relacion entre la

Prot. Ina.

PartlclOn 0raporto antreel aqua

(ad.orblda .nal papel) y .1fanol (quea.elanda POlla Ural

Valor Rf

317


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CAPITULO 18

18.22 _

distancia recorrida por el aminoacido y la distancia recorrida por el di-solvente. En el ejemplo (zh), Rf = 4,6/10 = 0,46. Los valores de los Rfvarian desde el de la cistina (0,16) hasta e 1 de la prolina (0,85) y sirvenmaguificamente para su identificaci6n.

Otro metodo de analisis cuantitativo es el ensayo microbiol6gico. Unmicroorganismo dado requiere ciertos aminoacidos para desarrollarse y lavelociclad de desarrollo en un medio que contiene todos los aminoacidosnecesarios menos uno. nos da un indice de la cantidad de aquel amino-acido presente en la muestra que se ensaya. La cantidad de arginina enlin hiclrolizado. puede ser deterrninada por el crecimiento del Lactobaci-llus casei : se deterrnina la concentracion comparando con e 1 efecto deuna muestra standard a varias concentraciouesUn metodo que es teoricarnente aplicable a cualquier aminoacido, es

el de diluci6n de is6topos. Un aminoacido marcado, cuyo contenido iso-t6pico se conoce, por ejemplo acido glutamico isot6pico, se aiiade en can-tidad conocida a la muestra que se va a analizar, aislando entonces elacido glutamico por el procedimiento habitual. Como las propiedadesquirnicas del acido natural y del acido marcado son las mismas, el pro-ducto aislado contiene el acido natural y el isot6pico en la misma propor-cion que en la muestra que se analiza, cualquiera que sea el grado de re-cuperacion del arninoacido, por 1 0 que la cantidad de acido en e 1 hidroli-zado se puede calcular a partir del analisis isot6pico del acido aislado.EI grado de seguridad del resuItado, no depende del metodo de aislamien-to. del rendimiento, ni de la concentraci6n del hidrolizado.

18.23____ Secuencia de aminoaeidos, - Cuando una proteina se ha aisladoen un estado de pureza demostrada, se ha determinado su peso moleculary se ha determinado el porcentaje de los aminoacidos que la componen,el problema que sigue es establecer la secuencia de los aminoacidos en lacadena polipeptidica. F. Sanger, de la Universidad de Cambridge, Ingla-terra, en 1945, introdujo un metodo para identificar el aminoacido queesta en uno de los extremos de la cadena, concretamente el que tiene lihree 1 grupo a-amino (que se escribe convencionalmente a la izquierda). Estegrupo amino reacciona con el z.a-dinitrofluorobenceno, FC6H3(N02h,

R Ri (No,ltC,H.F IH1NCHCO-protf'fnR (NOw)ICeHaNHCHCO-prot ..fnnhillr ...I_I_ re f---~ OwN~ NHCHCOtH + Amlno.\ct.lo.

18.21 _

Melodomlcrobloloqlc;~

Melodod. dlluclond. laolopoa

Ancillal. d.qrupo final

318

dando una unidad marcada, y con una hidr6lisis acida esta unidad ter-minal se libera en forma del 2,4-dinitrofenilderivado, de color amarillobrillante, que por crornatografia de papel se separa facilmente de losarninoacidos no marcados que Ie acompaiian y puede ser identificado.Las unidades de lisina, no terminales, reaccionan tarnbien, pero puedenser reconocidas por el hecho de que e 1 producto derivado que se aisla enla hidr61isis tiene solamente un grupo 2,4-dinitrofenil y no dos, comocontendra en el caso de ser terminal.


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aCH.CHICH.CHICHCOtHI INH NHI Ic.Ht(NOth CeHa(NOt),lIprlvnlln IIp lin grnpo

1I.lna termtnat

CH.CH,CH2CH.CHCOtHI INH NH,ICJL(NOt).DprlYaflo IIp lin grnpoItstnn nn termlnnl

Protelna.

EI glutati6n, un tripeptide que existe en casi todas las celulas vivas, ----18.24da por hidr6lisis los aminoacidos glicina (Gli), cisteina (CiSH) y acidoglutamico (Glu). En resumen, podemos representar el glutati6n por laexpresion Gli, SiSH, Glu 0 CiSH, Glu, Gli, significando las comas queel orden en que se escribe, no significa una secuencia determinada de losaminoacidos, Sanger, por analisis de grupos finales, descubri6 que elgrupo amino terminal es eI acido glutamico, pudiendo expresarse estenuevo hecho conocido sustituyendo la coma por un gui6n: Glu-. EIglutati6n debe ser, por tanto, I0 II. Se puede decidir entre estas dos

EI qlutatlOn e.UDIrlpeptldo

DetermlnacloDde la McueDclade amlnoacldo.

Glu-CySH-Gly 0I

Glu-Gly-CySHIIGlu-( CI!':H,GII)

posibilidades, por una hidr61isis parcial del glutati6n, dando una mezclaque contenga dipeptidos, junto con el tripeptide inalterado y los amino-acidos resultantes de la hidr61isis total. Dos dipeptidos son posibles, peroquiza s610 se puede aislar uno de elIos; si par hidr61isis se encuentra queeste dipeptide esta formado por CiSH y Gli, el problema de la secuenciade aminoacidos queda aun sin resolver. pero puede serlo por analisis degrupo final, segun Sanger, del dipeptide, y como este analisis indica quela unidad terminal amino es CisSH, queda claro que el dipeptide esCiSH-Gli; como ya era conocido que el grupo amino terminal, 0 grupode la izquierda, del tripeptide es Glu, el glutati6n debe ser Glu-CiSH -Gli.

H,NCHCO-NHCHCO-NHCH.COtHI ICHI CHII ICHI SHICOtHGIntntilln (Glu-CISH-GII)

Se lIegaria a la misma conclusi6n, sin el segundo analisis de grupo ----18.25final, en el caso de que los dos dipeptidos pudieran ser aislados. La hi-dr6lisis parcial e identificaci6n de los componentes, hubiera mostrado quelos dos dipeptidos eran Glu, CiSH y CiSH, Gli; como CiSH se encuentraen ambos dipeptidos, esta unidad debe ser la central en el tripeptide.En un caso mas complicado, tales como los que se presentan como pro-blemas al final del capitulo, los resultados pueden lIevar a la evidencia deque un determinado arninoacido se encuentra en la cadena en dos 0 masposiciones. 319


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11.26---- Oxitoeina. - La hipofisis0 glandula pituitaria del cerebro producela hormona peptidica oxitocina, que determina la contraccion del uteroy acelera el parto. EI Premio Nobel de I955 fue concedido a Vincent duVigneaud, del Cornell Medical College, por el aslamiento, determinacionde la estructura y sintesis de la oxitocina. La sustancia no tiene un pesomolecular muy elevado, siendo un peptide mas que una proteina, Porhidrolisis completa da ocho aminoacidos diferentes, uno de los cuales esla cistina CiS-SCi. Se puede pensarque la cistina une dos cadenas pep-tidicas A y B. pero cuando el enlace disulfuro de la cistina se rompe por

Ruptura deun puenteciatinlco

A-COCHNHIICHIIs~ICHI

B-NHtHCO-

HCOOOH

A-COCHNHtICHI~OtHSOtHICHIIB-NHCHCO-

oxidacion con acido perforrnico, dando dos grupos de acido sulfonico, noda dos productos de reaccion, sino solamente uno, cuyo peso moleculares del mismo orden que el de la oxitocina. Esto indica que las cadenasA y B tienen que estar unidas por otro punto y la horrnona es, por tanto,un peptide ciclico. La secuencia de aminoacidos se establecio principal-mente por hidrolisis parcial e identificacion de los aminoacidos compo-nentes de un cierto numero de di-, tri-, tetra- y heptapeptidos, lIevandolos resultados a la estructura que se formula. A la misma conclusionllego, independientemente, Hans Tuppy, de Viena, confirrnandose estos

Eatructura delpeptldo Ileu---Tir---CiSblu(NH2)-ASP(NHI)-Ci~-PrO--LeU-Gli

resultados, posteriorrnente, por la sintesis del producto con actividad bio-logica, lograda por du Vigneaud y por Roger A. Boissonnas, en Ginebra,Suiza.

1.27____ Insulina. - La insulina es una hormona que segrega el pancreas,una glandula situada en el abdomen, y que se necesita para el normalmetabolismo de los hidratos de carbono. La deficiencia de esta hormonaproduce la diabetes, una enferrnedad en la que los hidratos de carbona delalimento, en lugar de ser oxidados normalmente a di6xido de carbonoy agua, con liberaci6n de energia, se eliminan en bast ante cantidad porla orina. Banting y Macleod, de la Universidad de Toronto, desarrolla-ron, en el nfio 1912, un procedimiento para preparar un extracto activo,a partir de pancreas de ovejas 0 de bueyes, adecuado para el tratamientode los enfermos de diabetes. La insulina cristalizada fue aislada mas tarde,por el metodo de precipitacion en el punto isoelectrico, encontrandose quetiene un peso molecular relativamente bajo, 12000. La hormona tiene

Su deflclenclaproduce ladlabetea

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un elevado contenido en cistina y esta tormada por cuatro cadenas depolipeptido, unidas en un haz tridimensional por cuatro enlaces disulfurode cistina. Por oxidacion con acido perforrnico se rompen los enlacesdisulfuro y la rnolecula se divide en dos moleculas de un peptide A y dosde un peptide B. Por analisis de grupo final y por hidrolisis parcial,Sanger logro establecer completa la secuencia de arninoacidos de ambospeptidos,Hormona adrenocorticotropica (ACTH). - Esta hormona la 18.28produce la glandula pituita ria del cerebro (hipofisis), y lIevada por el

torrente sanguineo a la glandula suprarrenal, estimula la produccion dela hormona esteroide cortisona (17.6). Esta hormona es una mezclade proteinas analogas, de un peso molecular alrededor de 20.000. Uno delos componentes fisiologicamente actives, es la ,B-corticotropina, que hasido estudiada profundamente por dos grupos de investigacion america-nos, lIegando ambos, en 1955. a la conclusion de que la secuencia de5er-Ti r-5er-Met-Glu-His-Fen-Arg-Tri -GJi -L is-Pro-VaI-GI iLi s-Li s-Arg-Arg-Pro-VaI-Li 1-VaI-T iT-Pro-Asp-GI i -AIa-Glu-Asp-Glu-Leu-AIa-Glu(NJL)-Ala. FenPro-Leu-Glu-Fen

aminoacidos es la que se da seguidamente. EI grupo amino terminal esserina (a la izquierda) y el grupo carboxilo final (a la derecha) es fenil-alanina.Tiroglobulina. - Esta hormona, segregada por la glandula tiroi- 18.29des, es una proteina cuya funcion es mantener la actividad metabolica delas celulas, La enfermedad que resulta de una deficiencia en tiroglobulinase caracteriza por sequedad de la piel, hinchamiento de los tejidos y dis-minucion en la velocidad del metabolismo, obteniendose curas realmenteespe ctaculares por administracion de la hormona. Una caracteristica deesta proteina es la presencia de un aminoacido poco frecuente, que con-tiene iodo, la tiroxina.I I

HOQ-o-QCH2CH(NH2)COOHI J

TlroxlnnFibroina. - Esta proteina fibrosa (insoluble) de la seda, ~stii forma- 18.30

da principalmente por cuatro arninoacidos neutros, dos con grupo hidro-xilo y otros dos sin e l . EI analisis con rayos X descubre un periodo de: H 0 CHtOH:H 0

: I I I I : I I IINC CH 'N C{"0('N 'C.-f "C'j(


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CAPITULO 18

Hemlna +910blDa

identidad de 7 A a 10 largo del eje de la fibra, tal como era de esperarpara un par de unidades neutras, de acuerdo con la formula que seha dado.Hemoglobina. - EI contenido solido de los globules rojos de lasangre de los marniferos, contiene como un 32 % de una proteina con-jugada, a la que se llama hemoglobina. Esta proteina se puede aislar f:i.-cilmente en forma cristalina, partiendo de la solucion preparada como seha descrito anteriorrnente, por separacion y hernolisis de los globulesrojos. Se agita la solucion con oxigeno, para producir la forma oxige-nada, la oxihemoglobina, se trata con alcohol y se mantiene a _20hasta que se separan cristales de un color rajo obscuro. Los valoresde la composicion centesimal varian ligeramente entre las diferentesespecies animales, pero como formula ernpirica tipica se puede escribir(C73sH1166020sN20SS2Fe)n. El hierro es el elemento que se encuentra encantidad equivalente mas pequefia, y como debe haber por 10 menosun atomo de este elemento, el contenido en hierro permite determinar unpeso molecular minirno, siendo los valores que asi se calculan entre16500 Y 17000. Como las determinaciones por centrifugacion dan unpeso molecular medio de 65 500, cuatro veces el valor minimo, el valorde n en la formula debe ser cuatro.11.32---- Por tratamiento cuidado so con acido c1orhidrico, la proteina conjugadase rompe en dos fragmentos, hemina (4 % ) y globina (if) % ). La herninatiene la formula CS4H3204N4FeCl, correspondiendo el hierro a la canti-dad total presente en la hemoglobina y el atomo de cloro procede delacido clorhidrico empleado para la reaccion, La hemina es el cloruro dela sustancia fundamentaillamada hem, CS4Hs204N4FeOH, que es la for-ma .oxidada (ferrica) del verdadero grupo prostetico de la proteina con-jugada. Aunque mucho mas sencilla que la proteina original, la moleculade hemina tiene una estructura complicada y poco corriente, como sepuede ver en su formula, y el problema de determinar su estructura pudo

~H=CHI~ ~ ~ - J . + - - , ~ ~rHOOCCHaCHlq~CH=CHI

HC'YT~,.:HHOOCCHaCH.-- CH.Hemlna

11.31---

ContleDe hierro

322

ser resuelto unicamente como resultado de profundas investigaciones, lIe-vadas a cabo a 1 0 largo de cuarenta aiios por una serie de quimicos ale-manes, investigaciones que culminaron con la sintesis de la hemina porHans Fischer, en 1930 (Premio Nobel de 1930). La molecula contienecuatro anillos pirrolicos, unidos por los grupos puente -CH=. Los ani-110sde pirrol, lIevan como custituyentes grupos metil, vinil y restos deacido propionico. El atomo de hierro esta unido a los cuatro nitrogenos,


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Pro t e f n a I.ien por valencias prirnarias 0 por enlaces coordinados. EI compuesto sinhierro, corresponde a 1 0 que se llama una porfirina. La c1orofila, el pig-mente verde de las plantas, es una porfirina que contiene magnesio ysu relacion con la hemina se establece porque da los mismos productosde degradacion.

Enzimas. - En el afio 1897, el quimico aleman Eduard Buchner 18.33dernostro que una solucion acuosa, libre de celulas, obtenida por tritura-cion de levadura con arena y filtrando la solucion a traves de un filtro deporo fino, contenia sustancias que eran capaces de producir la fermenta-cion de los azucares, dando alcohol y dioxide de carbono (16.21; Pre-mio Nobel 1907). Estudios bioquimicos de diversos investigadores que lesiguieron, permitieron conocer las diferentes etapas del complicado yeficiente proceso de ferrnentacion, demostrando que cada una de ellas est acontrolada por un catalizador especifico, un enzima. En e 1 afio 1926, Ja-mes B. Sumner, del Cornell Medical College, pudo aislar por vez pri-mera un enzima en forma pura, cristalina, y caracterizarlo como unaproteina (Premio Nobel 1946). Este enzima, la ureasa, actua sobre laurea, produciendo su descomposicion en dioxide de carhono y amoniaco.Otros muchos enzimas han sido aislados desde entonces, y todos son pro-teinas. Unos producen la hidrolisis (y nueva formacion) de los esteres yse llaman esterasas 0 hidrolasas, otros catalizan la hidrolisis de las pro-teinas y se llaman enzimas proteoliticos. Los enzimas de estos dos tiposson de estructura completamente proteinoide, llamandose proteinassimples.

Los enzimas que controlan los procesos de oxidacion y reduccion, son ---_18.34proteinas conjugadas, que contienen un grupo prostetico, comparable alhem de la hemoglobina, y precisamente en el grupo prostetico reside lacapacidad de oxidacion-reduccion, En uno de ellos, un fermento amarillo,el grupo prostetico unido a la proteina es el flavin-adenin-dinucleotido,FAD, indicandose en su formula las partes que 1 0 componen. La palabra

NHaOH OH5' I I 5CHr-O-P-o-P-oc~t:

I I I I I 1OCH 0 0 .4H H:I ..HO H~ Rlbltll H . . H

Rlbofll1\'lnli < r 6 H 6 HL HotH t6 1 f t A!lpnlnllI RIDO~IIc H l e r lNX;Y~IsoliloxaclnaCRa ::::".. 10 NHN oFla\"ln-adenln-dlnucle6tl


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CAPITULO 18 dinucleotide significa que la sustancia es un ester difosf6rico (pirofosfo-rico). El grupo de isoaloxacina es el que la da e 1 color y funciona comoaceptor de hidr6geno; e 1 hidr6geno se adiciona en 1>4 al sistema nosaturado entre N, y Nlo, formando un dihidruro incoloro, FADH2, del~ ~ B: C X ; X ; C ~ : C X ; Y :FAD (amarillo) FADBs (Incoloro)cual se regenera e 1 pigmento por oxidaci6n. La isoaloxacina, como tal, esinsoluble en el agua, pero los hidroxilos de las dos unidades de azucar,junto con los del grupo de pirofosfato, hacen soluble a la molecula.El caracter acido del grupo pirofosfato esta equilibrado por el grupo ba-sico de la adenina. Un grupo prostetico se llama tambien coenzirna, ysolo ejerce su acci6n combinado con la proteina especifica, forman do el

enzima completo. Por tratamiento cuidadoso con un acido 0 con alcohol,un enzima puede ser separado frecuentemente en la proteina especifica, ensu forma nativa, y e 1 coenzima 0grupo prostetico, Ni uno ni otro de estoscompuestos, separadamente, son efectivos como catalizadores biologicos,pero la actividad se recupera cuando se mezc1an disoluciones de los doscomponentes.

RE SUMENProteinas fibrosas (insolubles en el agua): La globulinas, lipoproteinas, fibrinogeno, protrom-fibroina (seda), el colageno (que con agua hirvien- bina. EI suero, de la sangre coagulada, no contienedo da gelatina), la queratina (Ia piel, lana), la fibrinogeno, que se ha convertido en fibrina enelastina. Proteinas globulares (solubles en agua la coagulacion.

a un pH adecuado) : Albumina de huevo, caseina, Naturaleza polipeptidica de las proteinas; hi-hemoglobina (eonjugada, contiene el grupo pros- drolisis a aminoacidos ; nueva formacion a partirtetico hemo). Proteinas del plasma: Albuminas, los aminoacidos de las proteinas vegetales,Amino6cidol

De caracter neutro: Glicocola (glicina), y sushomologos alan ina, valina, leucina, isoleucina;fenilalanina y tirosina (un OH en p-); prolina(un anillo de 5) ; triptofano (13-indolalanina); cis-teina (13-SH-alanina), cistina (disulfuro) y metio-nina (S-metilhomocisteina); serina (13-0H-alani-na) y treonina (13-CHs-serina). De caracter aci-do: Aspartico (a-NH2-succinico) y glutamico(a-NH2-glutarico); tambien sus monoamidas, as-parraguina y glutamina. De caracter basico : Li-sina (a,c-di-NH2-caproico) y arginina (a-NH2-~-guanidinil-valerianico) _Punto isoelectrico (pH alequilibrada, predominando el

noacidos tipo alanina, 6,0; tipo del acido asparti-co, alrededor de 2,0; Iisina, 9,7; arginina, 10,8.Configuracion : Todos pertenecen a la serie L(el NH2 a la izquierda), estando relacionados conel acido L-(+)-lactico,Aislamiento. Hidrolisis acida 0 enzimatica.Destilacion de los esteres de los compuestos neu-tros. Precipitacion con HgSO, (triptofano) 0 conacido fosfowolfrarnico (aminoacidos basicos),Sintesis. Desdoblamiento enzirnatico, mediantelos derivados N-acetilados, Aminacion de los aci-dos a~halogenados. Sintesis de Strecker

cual la carga esta (RCHO ---+RCH(NH,)CN ---+ion dipolar): Ami- RCH(NH,)COtH)."pHdo. y proternol.

Aislamiento. Salado en e1 punto isoelectrice 0precipitacion con etanol. Adicion lenta de sulfato amonico por dialisis, para favorecer la cris-talizacion,324


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Analisis de aminoacidos. Cromatografia sobrepapel (reaccion coloreada con la ninhidrina). En-sayo microbiologico (para el normal desarrollo,se requieren aminoacidos especificos). Metodo dedilucion isotopica,Secuencia de arninoacidos. Analisis de grupo

final por reaccion con 2,4-dinitrofluorobenceno,hidrolisis e identificacion del aminoacido mar-cado.Glutation: Glu-CiSH-Gli. Deduccion de su es-

tructura por analisis de grupo final y por identi-ficacion de los componentes de los dipeptidos quese forman en una hidrolisis parcial.Oxitocina, una hormona peptidica. Tiene una

estructura ciclica, con el enlace disulfuro de laCiS-Sa cerrando el anillo entre dos puntos de-terminados de la cadena polipeptidica.Insulina: Una horrnona proteinica del pan-

creas, que determina el metabolismo normal delos hidratos de carbono. La hormona, aislada depancreas de ani males, se usa para el tratamientode la diabetes. EI peso molecular es solo 12000.Son cuatro cadenas polipeptidicas, unidas en unhaz por los enlaces disulfuro de la cistina.

Hormona adrenocorticotropiea (ACTH). Unaproteina producida por la glandula pituitaria (hi-pofisis) del cerebro, lIevada por la sangre hasta laglandula suprarrenal, para estimular la produc-

cion de cortisona, Se conoce la secuencia de los39 aminoacidos que la forman.

Tiroglobulina. Un aminoacido caracteristico esla tiroxina (4 atom os de iodo).

La fibroina de la seda, esta formada principal-mente por aminoacidos de caracter neutro.

Hemoglohina. Cristaliza facilmente en la formaoxigenada, la oxihernoglobina (Hb02). EI con-tenido en hierro, indica un peso molecular mini-mo de 16500, siendo su verdadero peso molecularcuatro veces mayor (66 000). Con HCI se rompe,dando hemina (C34Ha204N4FeCI) y globina (unaproteina globular, 9 6 % del total). EI verdaderogrupo prostetico se llama hemo. La hemina estaformada por cuatro anillos pirrolicos, unidos porenlaces metinicos (-CH=).

Enzirnas. Se han aislado en forma cristalina(Sumner), siendo todos proteinas. Las hidrolasas(que rornpen los esteres) y los enztrnas proteoli-ticos, son proteinas simples. Las oxidasas-reduc-tasas contienen un grupo prostetico (superpuesto)que contiene una funcion capaz de oxidacion-re-duccion, EI grupo prostetico 0 coenzima del fer-mento amarillo se llama flavin-adenin-dinucleo-tido, que tiene un grupo pigmentado, reducible,solubilizado por unidades de ribosa, y un grupode pirofosfato, cuya acidez esta equilibrada por ungrupo basico (adenina).

PROBLEMAS1. Escribir la formula de un polipeptido hipote-

tico que tenga un exceso de grupos acidos so-bre grupos basicos y un caracter altamente hi-drofilico.

2. Formular un polipeptido hipotetico que tengaun puente disulfuro entre dos cadenas y queretina, adernas, las siguientes caracteristicas:casi neutro y altamente hidrofobico (Iipofilico).

3. Explicar por que el dinitrofenilderivado de laalanina se diferencia facilmente de la alaninapor cromatografia sobre pape!.4. Un pentapeptido da, por tratamiento con dini-trofluorobenceno seguido de hidrolisis, un de-rivado amarillo, identificado como2,4-(NQ,)c.HaNHCH(CH1CH1SCHa)CO.H.La hidrolisis parcial del pentapeptido da unamezcla de la que se han aislado cuatro dipep-tidos. Cada uno de estos dipeptidos fue hidro-lizado y se identificaron sus componentes, perono se determine la secuencia de aminoacidosde cada dipeptide. Deducir la estructura delpentapeptido. Los dipeptidos aislados fueron:

Asp, MetSer, FenTir, SerAsp, Fen

5. EI anal isis de grupo final de un heptapeptidoda un 2,4-dinitrofenil derivado, que fue iden-tificado por cromatografia sobre papel como elde la glicina. EI heptapeptido fue parcialmen-te hidrolizado y se aislaron de la mezcla uncierto numero de di- y tripeptidos. Cada unode los peptidos puros fue completarnente hi-drolizado e identificados los acidos componen-tes, pero no se hizo sobre ellos analisis degrupo final. Deducir la secuencia de amino-acidos en el heptapeptido, Los peptidos aisla-dos son:

Ala, GliCiSH, GluAla, CiSHl\Iet, Ala, GluLeu, AlaLeu. Ala, Met

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C A P I T U L O 1 9

P o l f m e r o s

19.1 - EI terrnino polimero se aplica a aquellas sustancias que estan forma-das, por 1 0 menos, por cien unidades que se van repitiendo, siendo Ire-cuente que el numero de unidades sea mucho mayor. La celulosa es unpolimero natural, que esta forrnado por el monomero glucosa, con perdidade agua entre dos unidades sucesivas de la forma ciclica { 3 . Una reaccionque lleva consigo la eliminacion de agua entre las unidades del monorne-

Celulosa

Proteina.

19.2:1- _

Eslnlcturad.t.rmlDada

por CHloDizaclOD

326

HO ~H20H r:-----,IH HHO ". ..-----~-- -'--OHI"'OH

-BoO~tI-D-G1lleopirnnOB8

"'O ~CH~HH '. I'OH

Celulosa

ro, se dice que es una polimerizacion de condensacion. Las proteinas sonproductos de polimerizacion de condensacion de unidades del mismo tipogeneral, pero que poseen cadenas laterales diversas.Caucho natural. - A diferencia de la celulosa y las proteinas, el

caucho es un polimero de adicion, formado por la condensacion multiplede un monomero no saturado, teniendo la misma composicion que elmonomero. EI monomero es el isopreno, C5Hs, y el caucho tiene porformula (C5H8)n . Lo mismo que otros isoprenoides naturales (17.8-17.10),el caucho se puede considerar como un derivado del dieno isopreno, poradicion multiple en 1,4. EI que las unidades de isopreno estan unidastodas en el sentido cabeza-cola, 0 1,4, fue demostrado por degradacionoxidante a aldehido levulinico. La ruptura de un doble enlace, para darun grupo ceto a un lado y un grupo aldehido en el otro, se puede hacerpor reaccion con ozono (ozonizacion), con 1 0 que se consigue en una sola


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CHa ('Il, ell,I I :CH.=C-CH=CH. + CH,=C-CH=CH. + CH.=C-CH=CH,4 4 4 1If'Ollrt'Il()

Monom.ro

Polimero("n11 chot o . ; HtO

C~ C~ C~I ! I.. CH.-C=O + O=CHCH.CH,C=O. + O=CHCH,CH.C=O + O=CHCH,Ald~hldo levulfnteo

etapa el mismo resultado que por hidroxilaci6n y ruptura de glicoles ve-cinales (4.15).

EI caucho contiene un doble enlace por cada unidad eli y, como indica ---_19.3el resultado de la ozonizacion, se encuentra este en la posicion 2,3 de launidad de isopreno. EI caucho no estirado, no presenta una difracci6nregular de los ray os X, siendo, por tanto, amorfo, mientras que el cauchoestirado tiene una estructura orientada, caracteristica del estado cristali-no, y el analisis de las figuras de difracci6n de los rayos X lleva a laconclusion de que el caucho tiene, total mente, configuracion cis. EI ca-

Anall.l. p~rrayo. X delcaucbo tirado

Totalment. cl.-Caueho

racter no saturado del hidrocarburo que constituye el caucho, es la causade su envejecimiento. EI envejecimiento se debe a oxidaci6n por el airey probablemente la prirnera etapa es una oxidaci6n alilica, dando un hi-droper6xido, como en la fijaci6n de los aceites secantes (17.20). Pareceque las sucesivas etapas producen un corte de la cadena, en el punto

CH,I... CH.C=CHCH, .. 0:0

C~ OOHI I. .. CH,C=CHCH ..

Hldroperllxldo

En.ejecimlento =oxldacion

atacado 0 cerca de el, produciendo un descenso en el peso molecularmedio, y una disminuci6n en la resistencia y la elasticidad. Se afiaden alcaucho fenoles y arilaminas, que son productos sensibles a la oxidacion,ya que funcionan como antioxidantes, prolongando la vida de los articu-los de caucho.

La principal fuente de las disponibilidades mundiales de caucho, es elL 19.4arbol H euea Brasiliensis, que se cultiva en plantaciones en la Peninsula 327


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Malaca, las Indias Orientales Holandesas y Ceilan. Haciendo una inci-sion en la corteza del arbol del caucho, exuda un fluido lechoso, llamadolatex, que es una dispersion coloidal de particulas de caucho en agua,conteniendo aproximadamente un 35 % de caucho y una proteina pro-tectora que estahiliza la emulsion. Parte del latex se usa como tal, paraarticulos especiales. Globos, guantes, zapatos, gorros para bafio, etc. sehacen mojando un molde en latex compuesto, secando la peIicula adheri-cia al molde y finalmente se cura 0 vulcaniza. La esponja de goma se haceinsuflando aire en latex compuesto. La mayor parte del latex se coagulapor adicion de acido acetico y el precipitado cuajoso se arrolla 0 se pasaentre cilindros para convertirlo en laminas de caucho virgen, productoque es pastoso, blando y de pequefia resistencia y elasticidad. Todas estaspropiedades mejoran considerablemente por el proceso de vulcanizacion(Charles Goodyear, 1838), que consiste en calenrar el caucho con un5-8 % de azufre. Probablemente, el ataque inicial por el azufre no es aun doble enlace, sino a una posicion aIilica, como en la oxidacion por elaire, siendo el resultado final, segun parece, la formacion de enlaces trans-versales de azufre entre cadenas hidrocarbonadas paralelas.

19.5____ Cauchos sintetieos (Elastemeros). - Los primeros investigado-res, viendo que el caucho por una destilacion destructiva, se despolime-riza y da isopreno, pensaron realizar el proceso inverso y pudieron obte-ner, a partir del monornero Iiquido, productos que se parecian en algoal caucho. No alcanzaron ninguna aplicacion practica hasta la primeraguerra mundial, cuando el bloqueo corte la llegada del caucho natural aAlemania, 1 0 que estimulo los estudios sobre el tema, llegandose a la ob-tencion, en pequefia escala, del primer caucho sintetico, un polimero del2-3-dimetilbutadieno. Este caucho tiene propiedades fisicas deficientes yno alcanzo importancia. Un producto mucho mejor, introducido en Ale-mania en 1927, se obtuvo por polirnerizacion del butadieno con sodiocomo catalizador, que fue lIamado caucho Buna (Butadieno-Natrium).

19.1li6'---__ Una gran contribucion al futuro desarrollo de los cauchos sinteticos,fue la introduccion de la tecnica de la polimerizacion en emulsion, suge-rida por el hecho de que el caucho natural se presenta como una emul-sion. EI rnonomero se dispersa en 2-4 partes de agua, con ayuda de unagente emulsionante (un jabon de acido graso) y un coloide protector(gelatina) y se mantiene la polimerizacion a una velocidad adecuada, poradicion controlada de un catalizador de la polimerizacion. La polimeriza-cion en emulsion permite un exacto control del grado de polirnerizacion,es rapida y se presta bien a la incorporacion de agentes modificantes.Otra ventaja del proceso, es que permite verificar la copolirnerizacion, esdecir, emplear mas de un monornero. EI mas importante sustituto delcaucho, es un copolimero de butadieno y estireno (C6H5CH =CH2), quese llama caucho GRS (Government Rubber Styrene). EI producto co-mercial que se emplea para la fabricacion de neumaticos, tiene una rela-.cion butadieno a estireno que es aproximadamente 3: I. Otro caucho im-portante, que se llama Perbunan 0 caucho Hycar, es un copolimero del

CAPITULO 19Latex

Goma "Irqen

Vulcanlzaclon

CauchoBunadel butadleno

Pollmerlzacl6a enemulsion

Caucho GRS

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... CHtCH=CHCHr-CH.CH=CHCHr-CH.CH-CH.CH=CHCH. ..ICJI.GRS CuuchoCopolimero delbutadlenoy elUreno

butadieno con un 25 % de acrilonitrilo, CH2 =CHCN.... CHtCH=CHCHr-CHtCH=CHCH.-CH.CH-CHtCH=CHCHt ..ICN

Copolimerodel butadleno yacrllonltrilo

PerbunnCaucho Neopreno. - EI descubrimiemo del primer caucho sinte- 19.7

tico americano (1932), fue el resultado de estudios fundamentales sobrela quimica del acetileno realizados por el P. Nieuwland, profesor dequi mica en la Universidad de Notre Dame. Quimicos de la du Pont, di-rigidos por Wallace H. Carothers, continuaron este trabajo y perfeccio-.naron un proceso para la dirnerizacion del acetileno a vinilacetileno. elcual adiciona cloruro de 'hidrogeno formando cloropreno, compuesto deestructura analoga a la del isopreno. EI cloropreno polimeriza l11uy rani-

Cu.Cl., NH.Cl 4 3 2 ICH~CHC=CH HCl

Vtntlac ..tll"lw Monomero:cloroprenoCHtCH=C=CHt I.lllllprlzn~liillICl

CH.=CH-C=CHtIClC'lnrOI)rpnO

damente, dando un polimero, que puede ser vulcanizado, resultando asiel producto acabado N eopreno. Las cadenas se forman por adicion J .-t.ya que la oxidacion da acido succinico C0l110 producto principal. Por

Cl Cl ClI I I... CILC=CHCHr-CHtC=CHCHr-CHtC=CHCHt ..

CHtCOOH + HOOCCH1CHtCOOH + HOOCCHtCH1COOH + HOOCCH.analisis de rayos X, se ha establecido la configuracion trans. EI neoprenoes excesivamente caro para ser empleado en neumaticos 0 cubiertas, perotiene una serie de aplicaciones especiales, debido a su excele

FISHER-Quimica Organica Fundamental

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