Química orgánica para niños

La química orgánica es una parte de la química que se dedica a estudiar un grupo muy grande de moléculas. La mayoría de estas moléculas tienen carbono y forman enlaces especiales con otros átomos, como el hidrógeno. También pueden incluir otros elementos. A estas moléculas se les llama compuestos orgánicos.

Como el carbono es tan importante en estas moléculas, a la química orgánica también se le conoce como la química del carbono.

¿Cómo empezó la química orgánica?

El trabajo de Friedrich Wöhler sobre la síntesis de la urea es considerado por muchos como el inicio de la química orgánica, y en particular de la síntesis orgánica.

La química orgánica se convirtió en una rama de estudio importante alrededor de los años 1830. En ese tiempo, los científicos empezaron a usar nuevos métodos para analizar sustancias que venían de animales y plantas. Usaban líquidos como el éter o el alcohol para separar estas sustancias.

Un momento clave fue en 1828, cuando el químico alemán Friedrich Wöhler hizo un descubrimiento sorprendente. Logró transformar una sustancia inorgánica, el cianato de amonio, en urea. La urea es una sustancia orgánica que se encuentra en la orina de muchos animales. Antes de esto, los científicos creían que las sustancias orgánicas solo podían ser creadas por seres vivos, gracias a una "fuerza vital". El experimento de Wöhler demostró que esto no era cierto y abrió el camino para crear compuestos orgánicos en el laboratorio.

Hoy en día, los químicos consideran que los compuestos orgánicos son aquellos que contienen carbono e hidrógeno. También pueden tener otros elementos como oxígeno, nitrógeno, azufre y halógenos.

En 1856, un científico llamado sir William Henry Perkin estaba investigando una sustancia llamada quinina. Por accidente, creó el primer colorante orgánico, que hoy se conoce como malva de Perkin.

Momentos importantes en la química orgánica

• 1675: Nicolás Lemery clasificó los productos químicos naturales según su origen: minerales, vegetales y animales.
• 1784: Antoine Lavoisier demostró que todos los productos de plantas y animales están hechos principalmente de carbono e hidrógeno, y en menor cantidad, nitrógeno, oxígeno y azufre.
• 1807: Jöns Jacob Berzelius dividió los productos químicos en:

* Orgánicos: los que vienen de seres vivos. * Inorgánicos: los que vienen de la materia sin vida.

• 1828: Friedrich Wöhler sintetizó la urea en el laboratorio a partir de sustancias inorgánicas. Esto fue muy importante porque demostró que los compuestos orgánicos podían crearse sin la necesidad de un ser vivo.

Fórmula de la urea.

• 1856: Sir William Perkin creó el primer colorante orgánico por accidente.
• 1865: August Kekulé propuso que los átomos de carbono en el benceno se unen formando anillos o cadenas cerradas.

¿Por qué el carbono es tan especial?

Estructura tetraédrica del metano.

Hay muchísimos compuestos orgánicos porque el átomo de carbono tiene características únicas. El carbono tiene cuatro electrones en su capa exterior y necesita ocho para estar completo. Por eso, forma cuatro enlaces con otros átomos.

Esta forma especial de unirse permite que el carbono forme enlaces covalentes fácilmente con otros átomos de carbono. Así, puede crear cadenas largas, que pueden ser rectas, ramificadas o incluso cerradas en forma de anillos.

La molécula orgánica más sencilla es el metano. En ella, un átomo de carbono se une a cuatro átomos de hidrógeno, formando una figura parecida a una pirámide.

¿Cómo se clasifican los compuestos orgánicos?

Los compuestos orgánicos se pueden clasificar de varias maneras. Por ejemplo, según de dónde vienen (naturales o creados por el hombre), cómo están hechos (su estructura), qué función tienen (como los alcoholes) o su tamaño.

Clasificación según su origen

Los compuestos orgánicos pueden ser:

• Naturales: Los que se encuentran en la naturaleza, especialmente en los seres vivos. Pero también pueden formarse en ambientes sin vida, como el ácido fórmico que se encontró en el cometa Hale-Bopp.
• Sintéticos: Los que son creados por los científicos en laboratorios.

Compuestos orgánicos naturales

Estos se encuentran en los seres vivos o se forman en la naturaleza.

En los seres vivos (In-vivo)

Son moléculas que los seres vivos producen. Su estudio es muy importante para la medicina, la farmacia, la cocina y muchas otras áreas.

• Carbohidratos: Están hechos principalmente de carbono, oxígeno e hidrógeno. A menudo se les llama "azúcares", aunque no todos son dulces. Son muy comunes en las plantas (como la fructosa y el almidón) y también en los animales (como el glucógeno).

* Se clasifican en: * Monosacáridos (como la glucosa) * Disacáridos (como la sacarosa) * Polisacáridos (como la celulosa)

• Lípidos: Son moléculas orgánicas que no se mezclan con el agua (son hidrófobas). Están compuestas principalmente por carbono e hidrógeno, y un poco de oxígeno. A veces se les llama "grasas", pero las grasas son solo un tipo de lípido. Los lípidos tienen muchas funciones en los seres vivos, como almacenar energía o formar parte de las membranas de las células.

• Proteínas: Son moléculas muy grandes formadas por la unión de unidades más pequeñas llamadas aminoácidos. Son esenciales para los seres vivos, especialmente en los animales. Las proteínas ayudan a dar estructura al cuerpo y realizan muchas funciones importantes, como las enzimas.

• Ácidos nucleicos: Son polímeros formados por unidades que se repiten, llamadas nucleótidos. Son moléculas muy largas y grandes. Están hechas de carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y fosfato. Los ácidos nucleicos guardan la información genética de los seres vivos y son clave para la herencia. Los dos tipos principales son el ADN y el ARN.

• Moléculas pequeñas: Son compuestos orgánicos de tamaño moderado que se encuentran en pequeñas cantidades en los seres vivos, pero son muy importantes. Incluyen hormonas como la testosterona y el estrógeno, o los alcaloides. Son de gran interés para la industria farmacéutica.

Estructura de la testosterona, una hormona.

Fuera de los seres vivos (Ex-vivo)

Son compuestos orgánicos que se forman sin la ayuda de ningún ser vivo.

• Procesos geológicos: El petróleo es un ejemplo. Es una sustancia que se encuentra en la tierra y contiene muchísimos compuestos orgánicos. Muchos de ellos, como el benceno, se usan directamente, y otros se transforman para crear plásticos y otros materiales.

Sello alemán de 1964 que conmemora la descripción de la estructura del benceno por Friedrich August Kekulé en 1865.

• Procesos planetarios: En el año 2000, se encontró ácido fórmico (un compuesto orgánico simple) en la cola del cometa Hale-Bopp. Esto sugiere que algunas moléculas orgánicas pueden formarse en el espacio.

Compuestos orgánicos sintéticos

Desde el descubrimiento de Wöhler, se han creado muchísimos compuestos orgánicos en laboratorios para el beneficio de las personas. Estos incluyen fármacos, perfumes, detergentes, jabones, fibras textiles artificiales, plásticos y colorantes orgánicos.

Tipos de cadenas de carbono

Hidrocarburos

El compuesto más simple es el metano, con un carbono y cuatro hidrógenos. Pero el carbono también puede unirse a otros carbonos, formando cadenas de diferentes tipos. Si el resto de los enlaces son con hidrógeno, se les llama hidrocarburos. Pueden ser:

• Saturados: Solo tienen enlaces simples entre carbonos (como los alcanos).
• Insaturados: Tienen enlaces dobles (alquenos) o triples (alquinos) entre carbonos.
• Cíclicos: Son cadenas cerradas (como el ciclohexano).
• Aromáticos: Tienen una estructura cíclica especial.

Ramificaciones en las cadenas

Estructura de un hidrocarburo ramificado.

A veces, de la cadena principal de carbonos "cuelgan" otras cadenas más pequeñas, llamadas radicales o ramificaciones. Se les da un nombre especial y se indica su posición con un número.

Grupos funcionales en la química orgánica

Los compuestos orgánicos también pueden tener otros grupos de átomos además de carbono e hidrógeno, llamados grupos funcionales. Estos grupos le dan propiedades especiales a la molécula. Por ejemplo, el grupo hidroxilo (-OH) forma los alcoholes.

• 

  Alquino

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  Hidroxilo

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  Éter

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  Amina

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  Aldehído

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  Cetona

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  Carboxilo

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  Éster

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  Amida

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  Azo

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  Nitro

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  Sulfóxido

Compuestos con oxígeno (Oxigenados)

Son cadenas de carbono que también tienen uno o más átomos de oxígeno.

• Alcoholes: Contienen un grupo -OH. Sus propiedades dependen de este grupo y del tamaño de la cadena de carbono. Pueden tener uno o varios grupos -OH.
• Aldehídos: Tienen el grupo funcional -CHO. Se nombran cambiando la terminación -ol de los alcoholes por -al.
• Cetonas: Tienen un grupo carbonilo (un carbono unido con doble enlace a un oxígeno) unido a dos átomos de carbono. Son menos reactivas que los aldehídos.
• Ácidos carboxílicos: Poseen el grupo carboxilo (-COOH), que es un grupo hidroxilo y un grupo carbonilo en el mismo carbono.
• Ésteres: Contienen el grupo éster (-O-CO-). Muchos tienen olores característicos, como el acetato de isoamilo, que huele a plátano. Los aceites también son ésteres.
• Éteres: Tienen el grupo éter (-O-). Suelen tener un punto de ebullición bajo y sus vapores pueden ser peligrosos.

Compuestos con nitrógeno (Nitrogenados)

• Aminas: Tienen el grupo amina (-N<). Pueden ser primarias, secundarias o terciarias. A menudo tienen olores que recuerdan a pescado.
• Amidas: Contienen el grupo amida (-NH-CO-). Las proteínas son poliamidas naturales.

Compuestos cíclicos

Son compuestos que tienen una cadena de carbono cerrada en forma de anillo. Ejemplos incluyen los terpenos y hormonas como el estrógeno o el colesterol.

Compuestos aromáticos

El furano (C₄H₄O) es un ejemplo de compuesto aromático.

Estos compuestos tienen estructuras cíclicas especiales. El benceno es el ejemplo más conocido. Si tienen otros elementos además de carbono en sus anillos (como nitrógeno, oxígeno o azufre), se les llama compuestos aromáticos heterocíclicos.

¿Qué son los isómeros?

Isómeros del C₆H₁₂.

Como el carbono puede unirse de muchas maneras, a veces dos moléculas tienen la misma fórmula química (los mismos átomos), pero están organizadas de forma diferente. A estas moléculas se les llama isómeros. Tienen la misma fórmula, pero distintas estructuras y propiedades.

Por ejemplo, una molécula con la fórmula C₆H₁₂ puede ser un anillo (como el ciclohexano) o una cadena recta (como el 1-hexeno). Otro ejemplo es el propanal y la acetona, ambos con fórmula C₃H₆O, pero con estructuras diferentes.

La química orgánica y la biología

La química orgánica es muy importante para entender la biología. Estudia cómo se forman y cómo funcionan las moléculas orgánicas que son vitales para los procesos que ocurren en los seres vivos, como el metabolismo. La bioquímica es el campo que une estas dos ciencias.

En las células, la química orgánica es fundamental. Por ejemplo, los carbohidratos están en la membrana plasmática y en la estructura del ADN. Los lípidos forman la base de la membrana celular. Las proteínas dan soporte a los organismos y actúan como enzimas. Y el ADN es la molécula que guarda toda la información genética.

Galería de imágenes

• 

  Friedrich Wöhler estudiando la síntesis de la urea.

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  Monómero de la celulosa.

Véase también

En inglés: Organic chemistry Facts for Kids