El Carbono en los
Alimentos
El carbono es un elemento único en la naturaleza ya que
tiene la cualidad de formar un número muy grande de compuestos.
Se encuentra libre en la corteza terrestre en diferentes
formas alotrópicas y también formando compuestos presentes en diversos
minerales como caliza, dolomita, yeso, mármol, carbonatos, entre otros. En la
atmósfera podemos hallarlo en el dióxido y monóxido de carbono.
Una característica importante del carbono es la extensa
variedad de compuestos que forma cuando se combina con hidrógeno, oxígeno,
nitrógeno y otros elementos, que son la base principal de la composición de
todos los seres vivos, animales y vegetales, razón por la que se les conoce
como compuestos orgánicos. Una fuente para la obtención de compuestos orgánicos
es el petróleo debido a la gran cantidad de derivados que se pueden extraer de
esta mezcla.
Propiedades del
Carbono
Actualmente se conocen más de 2,000,000 de compuestos de
carbono.
En la tabla periódica, el carbono es el primer elemento de la
familia IV A de los elementos representativos y es un no metal. Se une
químicamente con otros elementos para formar compuestos inorgánicos, como
carburos (CaC2), óxidos (CO2) y sales (Na2CO3); pero también forma una inmensa
gama de compuestos orgánicos también llamados compuestos del carbono, los
cuales forman parte de las estructuras de los organismos vegetales y animales,
los que a su vez son la fuente principal de la alimentación humana.
Hay dos modelos que se complementan para explicar la
estructura atómica del carbono. El Modelo de Bohr y el Modelo de puntos de
Lewis.
Enlaces que forma
Los enlaces covalentes que se pueden formar entre los átomos
de C mediante la compartición de electrones, aunque también se muestran
electrones sin pareja que pueden establecer otros enlaces.
Representación de los
Enlaces
En las estructuras desarrolladas de los diferentes
compuestos orgánicos es común visualizar el par de electrones que se comparte
como una línea que une los símbolos.
Hidrocarburos
Los átomos de carbono se enlazan químicamente entre sí
formando largas cadenas lineales o ramificadas, que van desde unos cuantos
átomos hasta miles de ellos o bien
anillos de todos los tamaños; debido a esta característica se considera al
carbono, único en la naturaleza, lo que le permite formar una inimaginable
cantidad de compuestos; a esta propiedad del carbono se conoce como concatenación.
Los átomos de carbono al combinarse químicamente ya sea
entre sí o con átomos de otros elementos siempre van a formar cuatro enlaces,
generalmente covalentes. Los enlaces carbono-carbono pueden ser simples, dobles
o triples.
En las fórmulas desarrolladas de los compuestos orgánicos
los átomos de C invariablemente tendrán cuatro enlaces representados mediante
líneas; por otro lado, el átomo de hidrógeno al combinarse químicamente sólo
puede formar un enlace que se representa con una sola línea.
Se dividen en:
·
Alifáticos: Son HC de cadenas abiertas o cerradas
y se clasifican en saturados e insaturados dependiendo de la cantidad de átomos de hidrógeno y está determinado por
las uniones carbono-carbono, simples, dobles y triples llamados alcanos,
alquenos y alquinos respectivamente.
·
Aromáticos: Son HC cíclicos que contienen la
estructura básica del benceno, C6H6.
·
Hidrocarburos Saturados: Los HC saturados son
aquellos compuestos que tienen el máximo de átomos de hidrógeno en su
estructura molecular, es decir están saturados de hidrógeno, estos compuestos
solamente presentan enlaces sencillos:
C-C ó C-H, los HC saturados también son llamados
Alcanos o parafinas.
·
Hidrocarburos Insaturados: Los HC insaturados
son aquellos compuestos que tienen al menos un enlace doble o triple entre los
átomos de carbono que los forman; debido a que los átomos de carbono al unirse
entre sí con enlaces múltiples agotan las posibilidades de enlazarse con el hidrógeno.
La cantidad de átomos de hidrógeno que tienen los HC insaturados es siempre
menor a la de los saturados de igual número de átomos de C. De esta forma, los
HC saturados se subdividen en Alquenos y Alquinos.
·
Alcanos: Son aquellos HC que sólo presentan
enlaces covalentes simples, pueden ser cadenas abiertas o cerradas, ramificadas
o lineales. Son HC saturados, cuya fórmula general es: CnH2n+2, para cadenas
abiertas, ya sea lineales o ramificadas. Si la estructura es cíclica la fórmula
general es: CnH2n.
·
Alquenos: Son HC que en su composición tienen
menos átomos de hidrógeno que el alcano del mismo número de carbonos, y en su
estructura se encuentra por lo menos un enlace doble, también son llamados
olefinas. Son HC insaturados con dobles enlaces C=C y fórmula general: CnH2n,
para cadenas abiertas, ya sea lineales o ramificadas.
·
Alquinos: Son HC que en su estructura se
encuentra por lo menos un enlace triple, también son llamados acetilénicos. Son
HC insaturados y su fórmula general es CnH2n-2 para cadenas abiertas, ya sea
lineales o ramificadas.
·
Hidrocarburos Lineales: Si un HC está
constituido por una sola cadena de átomos de carbono, ya sea abierta o cíclica,
se clasifica como lineal.
·
Hidrocarburos Ramificados: En el HC ramificado,
la cadena de mayor número de átomos de carbono es considerada como la cadena
principal y las cadenas adicionales se consideran ramificaciones. En un
hidrocarburo cíclico toda cadena adicional a éste se considera una
ramificación.
Formulas y
Nomenclaturas de HC
La estructura desarrollada de los HC muestra todos los
enlaces que se establecen entre los átomos. La semidesarrollada simplifica la
representación agrupando los átomos de hidrógeno de cada átomo de carbono.
·
Desarrollada: Se representan todos los átomos de
carbono e hidrógeno, así como sus enlaces, en una estructura plana.
·
Semidesarrollada: Se agrupan los hidrógenos al
átomo de carbono con el que se encuentran enlazados, esto se hace con cada
átomo de carbono para estructuras relativamente cortas.
·
De Esqueleto: Consiste en trazar líneas en
zig-zag, donde los vértices y los extremos representan átomos de carbono unidos
mediante líneas sencillas, dobles o triples, y
los hidrógenos no se representan.
·
De Esferas y Palos: En este modelo los átomos
son esferas compactas que se unen mostrando el acomodamiento espacial más
probable de los átomos de carbono e hidrógeno.
·
Condensada: En ésta se agrupan todos los átomos
de carbono e hidrógeno, es útil para ver la composición pero no la estructura.
Nomenclatura de HC
El número de átomos de carbono que contienen las moléculas
de los HC está relacionado con su nombre, de acuerdo a la Unión Internacional
de Química Pura y Aplicada (IUPAC) se deben utilizar las raíces griegas para
indicar el número de átomos que forman una cadena o una ramificación.
·
Para nombrar un HC lineal de cadena abierta:
1.
Se cuenta el número de átomos de carbono y se
elige la raíz griega correspondiente.
2.
Se identifica el tipo de enlaces que hay;
sencillo, doble o triple; para dar la terminación del nombre.
3.
Si hay enlace doble o triple, se enumeran los
átomos de carbono asignándole la menor posición al enlace múltiple.
4.
Se nombra el HC empezando por la posición del
enlace doble o triple y posteriormente se escribe el nombre de la cadena
principal.
·
Para nombrar un HC de cadena abierta ramificada:
1.
Se cuenta el número de átomos de carbono de la cadena
más larga y, en su caso, que contenga el enlace doble o triple, se enumeran los
átomos de carbono asignándole la menor posición al enlace múltiple para
asignarle nombre a la cadena principal.
2.
Se identifican las ramificaciones y el número de
átomos de carbono que las forman para asignarles nombre, se utilizan las mismas
raíces griegas pero se les da terminación – il
3.
Se nombra la estructura enlistando las
ramificaciones en orden alfabético indicando su posición, y posteriormente se
nombra la cadena principal.
Compuestos de Carbono
El carbono puede formar una amplia gama de compuestos
enlazándose con otros elementos además del hidrógeno; de esta forma es posible
encontrarlo formando compuestos con oxígeno, con nitrógeno o con azufre, o
bien, con diferentes elementos a la vez; un ejemplo de esto se presenta en la
Vitamina B1.
Otro ejemplo de estructuras entre carbono y otros elementos
son las siguientes imágenes que son las estructuras básicas de la macromolécula
de ADN.
Isomería
El carbono al unirse a otros átomos de
carbono produce una gran variedad de compuestos. A partir de 4 átomos de
carbono podemos encontrar dos o más compuestos con la misma cantidad de átomos,
en otras palabras, tienen la misma fórmula molecular o condensada, sin embargo,
la distribución atómica de éstos es diferente, es decir, sus estructuras no son
iguales.
Los isómeros tienen
la misma composición atómica pero diferente fórmula estructural, por esto es
necesario conocer la fórmula desarrollada o semi desarrollada, para saber qué
tipo de compuesto es y poderlo diferenciar del otro, además la estructura podrá
ayudar a explicar mejor las propiedades de cada isómero.
Entre mayor sea el número de átomos en un compuesto, mayores
son las posibilidades de formar diferentes isómeros.
·
Isomería Estructural
1.
Cadena: Es la que presentan las sustancias cuyas
fórmulas difieren únicamente en la disposición de los átomos de carbono C5H12.
2.
De Posición: Es la que presenta sustancias cuyas
fórmulas estructurales difieren únicamente en la posición de su grupo funcional
sobre el esqueleto de carbonos.
3.
De Función: Es la que presenta sustancias con la
misma fórmula molecular teniendo diferente grupo funcional, por ejemplo, C3H6O,
puede corresponder a la molécula éter etil-metílico (función éter) o al 2
propanol (función alcohol).
Relación entre
estructura de las moléculas y las propiedades de los compuestos
Así como las formas alotrópicas del carbono (grafito,
diamante, carbono amorfo, fullereno, nanotubos) presentan diferentes
propiedades, los isómeros también presentan diferentes propiedades debido a su
estructura.
Los isómeros del C5H12 presentan la misma composición, pero
diferente estructura y que la estructura de los isómeros determina las
propiedades físicas y químicas.
Bibliografía
·
Libros
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