Quimica Fisiológica Elementos del 2do y 3er periodo de la tabla elemental

LOS ELEMENTOS DEL 2DO Y 3ER PERIODO DE LA TABLA PERIODICA

Excepto por los iones metálicos, la química fisiológica se relaciona con los elementos de este periodo, de todos los elementos conocidos, solo 19 son esenciales en la vida. 6 no metales (C,H,O,N,P,S). Las características deseables para los elementos estructurales son: pequeño radio atómico, capaces de formar enlaces de 1-, 2-, 3- y 4 electrones. 

Átomos pequeños forman enlaces firmes y estables. C, H, O, N son los más pequeños  que contienen  1-, 2-, 3- y 4 electrones. La utilización de todos los enlaces permite versatilidad de la disposición molecular, S y P tienen la propiedad de formar muchos enlaces. 

C- vs Si-. El C-C estás estable que Si-Si. El C-C es más estable al tratarse con reactivos nucleofílicos (ricos en e-). Los enlaces P-P y S-S son sensibles a estos reactivos  por tener sus orbitales terceros desocupados, al igual que Si-Si. Pero S y P forman enlaces mútliples por ser átomos más pequeños.

La mayor parte de las reacciones de transferencia de energía en bioquímica se visualizan como resultantes del ataque de un nucleófilo (N) sobre el tercer orbital desocupado  de un átomo de P.

REPASO DE QUÍMICA ORGÁNICA

Enlace Covalente

El espacio donde se encuentra un electrón se llama orbital. El tamaño y forma del orbital determinan las disposiciones espaciales de átomos y moléculas. En el principio de exclusión de Pauli: sólo 2 e- pueden ocupar cualquier orbital teniendo spin (giro) opuestos. Los e- de igual spin se separan uno de otro.

Para formar un enlace  covalente, 2 átomos deben estar en posición para que un orbital se traslape con otro. Cada orbital debe tener 1 sólo e- y tener spin opuestos. Los 2 orbitales se fusionan en un orbital de enlace con 2 e-. Esta disposición tiene menos energía  (siendo más estable). La energía cedida por mol al formarse el enlace es la energía de disociación del mismo. 

El C tiene 6 e-, 2 impares que ocupan orbitales 2 p separados

La formación de enlaces es un proceso exergónico (estabilizador):

Teniendo los orbitales un carácter mixto sp3 (un s con 3 p)

Así, la concentración de orbitales atómicos en la dirección de un enlace permite mayor traslapo y fuerza de enlace.

Ángulo de enlace

El traslapo de los orbitales sp3 con los s del H (los 4 núcleos de H) deben estar a lo largo de los ejes de los orbitales sp3 y en los vértices de un tetrahedro. El ángulo entre cada C-H es de 109.5 grados.

Se encuentran 3 clases de átomos de C: Los tetrahedricos (híbrido sp3), el trigonal (híbrido sp2) y el digonal (sp).

En el amoniaco (NH3) el Nitrógeno tiene 7 e- 

El N se aparea con 3 H, dando NH3 con un par de e- apareados. El par ocupa más espacio comprimiendo los ángulos de enlace a 107 grados teniendo una región negativa que atrae protónes

El oxígeno con 8 e-

solo se enlazará con 2 H dando agua, también tetrahédrica, el angulo de enlace disminuye a 105 grados.

Isómeros

Isos= mismo; meros= parte

Compuestos con idéntica composición elemental. Por ejemplo el C3 H8 O

CH3-CH2-CH2-OH = 1-Propanolol

CH3-O-CH2-CH3= Metil éter

CH3CHOH = 2-Propanolol (1-metil etanol)

CH3

Esteroisómeros

Difieren en la disposición espacial de sus átomos. Un átomo de carbono al cual están unidos 4 átomos o grupos de átomos diferentes es un carbono asimétrico.

Representaciones de las relaciones espaciales entre los átomos

Un compuesto con átomos asimétricos de Carbono, muestra isomería óptica (siendo imágenes especulares o enantiómero del otro). Los enantiómeros giran la luz polarizada en direcciones opuestas. La mezcla racémica, es una mezcla de cantidades iguales de enantiómeros.

El número de posibles isómeros diferentes es 2n, n= No. de átomos de C asimétricos diferentes.

Isomería Cis-Trans= a través. Se representa en compuestos con dobles enlaces. El isómero cis tiene los dos grupos voluminosos sobre el mismo lado del doble enlace, si están opuestos es un isómero trans.

Las formas trans cambian poco una molécula de hidrocarburo saturado con muchas formas trans, pero las cis deforman la molécula.

GRUPOS FUNCIONALES DE QUÍMICA FISIOLÓGICA

un grupo funcional es una disposición específica de elementos (CHONPS) con propiedades químicas y físicas definidas.

Alcoholes

Ciertos azúcares, lípidos y aminoácidos son alcoholes, tienen carácter hidróxido (polar) como alquilo (no polar). La solubilidad decrece con la longitud creciente de la cadena de carbonos (creciente carácter no polar) en agua. Los alcoholes primarios, secundarios y terciarios tienen 1,2y 3 grupos alquílicos unidos a un átomo de carbono que lleva OH.

Los alcoholes monohídricos (un OH) como los polihidricos (más de un OH) son importantes. Los azúcares derivan de los alcoholes polihídricos. Los alcoholes cíclicos (anillos) como esteroides o inositol, son polihridricos. Su carácter polar hace a los polihídricos muy hidrosolubles. 

*Reacciones de alcoholes

a)Oxidación: a excepción de los terciarios, se oxidan y forman aldehídos (primarios) y ácidos carboxílicos o cetonas (secundarios)

b)Esterificación: Se forma al eliminar agua de cualquier alcohol y un ácido

c) Éter: derivdo de alcohol primario, secundario o terciario, en los que el H del OHse sustituye por un un grupo alquílico (R-OR')

Aldehídos y Cetonas

Tienen grupo carbonilo muy reductor, C=O. Los aldehídos tienen uno y las cetonas tienen 2 grupos alquilo unidos al carbono carbonilo.

*Reacciones de aldehídos y Cetonas:

a)Oxidación: La oxidación de un aldehído da su ácido carboxílico correspondiente, sin embargo, las cetonas no se oxidan facilmente

b) Reducción : la de un aldehído da su alcohol primario, mientras que la de una cetona, da su alcohol secundario

c) Formación de acetales y hemiacetales: en medio ácido, el aldehído se combin con grupos hidroxilo de un alcohol formando un hemiacetal o un acetal.

d)Condensación de Aldoles: en medio alcalino, las cetonas condensan su carbonilo y átomos alfa de carbonilo dando aldoles o beta hidroxialdehídos o cetonas.

Acidos Carboxílicos

Tienen un grupo carbonilo (>C=O) e hidroxilo en el mismo carbono (-COOH)

*Reacción de ácidos Carboxílicos

-La reducción da el alcohol primario correspondiente

-Forman esteres y tioesteres

-Formación de anhídridos de ácidos (Se elimina un mol de agua de entre dos carboxilos) dando anhidridos

-Formación de sales (neutralización)