Química orgánica

Ana Zita
Ana Zita
Doctora en Bioquímica

La química orgánica es la rama de la ciencia que se encarga de estudiar la química de los compuestos del carbono, también conocidos como compuestos orgánicos. Estos compuestos son los más abundantes sobre la Tierra y forman la base de los seres vivos.

La química orgánica recibe este nombre gracias a Jöns Jacob Berzelius, quien en 1807 clasificó a las sustancias procedentes de los organismos vivos, como el aceite y el azúcar, en sustancias orgánicas. Todo aquello que no era de origen animal o vegetal, como el agua o la sal, se clasificó como sustancia inorgánica.

Poco tiempo después se descubrió que los compuestos orgánicos podían ser sintetizados artificialmente en el laboratorio, además de los seres vivos. Sin embargo, los químicos siguen usando el nombre de química orgánica para estos compuestos.

El carbono es esencial en la química orgánica. Se encuentra en todas las moléculas biológicas, como las proteínas, los carbohidratos, los lípidos, los ácidos nucleicos y las vitaminas. También forma parte de los plásticos y de los hidrocarburos en el petróleo.

¿Qué estudia la química orgánica?

La química orgánica estudia los compuestos orgánicos, moléculas formadas por átomos de carbono que se combinan con otros elementos, principalmente el hidrógeno, el oxígeno y el nitrógeno.

Los compuestos orgánicos varían en sus propiedades y estructuras. Por ejemplo, la molécula de metano CH4 tiene forma de un tetraedro, una pirámide de cuatro lados, donde cada hidrógeno está en un vértice de la pirámide. Mientras la molécula de benceno C6H6 es un anillo con propiedades aromáticas.

La química orgánica también estudia los mecanismos como reaccionan las moléculas orgánicas. Por ejemplo, sabiendo la estructura de la glucosa se puede determinar cuáles son las reacciones químicas en las que puede participar.

Los químicos orgánicos estudian cómo sintetizar de forma más rápida y más eficiente un compuesto orgánico. Por ejemplo, el tamiflu es un medicamento que se usa en el tratamiento de la influenza. Cuando se descubrió, se tardaba en producir hasta tres días; recientemente se puede sintetizar el tamiflu en 60 minutos.

Otro aspecto importante que se estudia en la química orgánica es para qué sirven los diferentes compuestos orgánicos. Por ejemplo, el hexano es un compuesto líquido de seis carbonos que sirve como disolvente mientras el 2,2-dimetilbutano, también con seis carbonos, sirve para mejorar los combustibles para motores.

estructura del hexano y 2,2, dimetil butano
Gracias a la química orgánica podemos saber cuál es la estructura del hexano y 2,2, dimetil butano.

El carbono: elemento clave de la química orgánica

El carbono (C) es el elemento esencial para la formación de compuestos orgánicos. Esto se debe a sus propiedades físicas y químicas.

El carbono tiene una gran capacidad de combinarse con otros átomos de carbono y con elementos como el hidrógeno H, el oxígeno O, el nitrógeno N, el azufre S y los halógenos. Esto hace que los compuestos del carbono sean tantos y muy diversos.

Por ejemplo, en la molécula de metano CH4 el carbono forma 4 enlaces simples con cada uno de los hidrógenos. En el eteno H2C=CH2, los dos carbonos comparten dos pares de electrones, formando un enlace doble.

El anterior es solo uno entre los tantos casos en los cuales el carbono es capaz de combinarse para formar los millones de compuestos orgánicos que estudia la química orgánica.

Clasificación de los compuestos orgánicos

La química orgánica también se encarga de clasificar los más de 50 millones de compuestos orgánicos conocidos. Existen varias clasificaciones de acuerdo a las características estructurales y al comportamiento químico de los compuestos. Podemos dividirlos dependiendo de su origen, su estructura o su grupo funcional.

Según su origen:

  • Natural: pueden ser de origen natural, cuando proceden de seres vivos o de sus residuos.
  • Artificial: pueden tener origen artificial si han sido sintetizados en el laboratorio.

Según su estructura:

  • Compuestos alifáticos: son alifáticos cuando los carbonos se unen formando cadenas.
  • Compuestos aromáticos: se consideran aromáticos si forman anillos con enlaces dobles intercalados.
  • Compuestos heterocíclicos: son heterocíclicos cuando forman anillos con otros elementos.

Según su grupo funcional:

  • Alcoholes.
  • Aminas.
  • Aldehídos.
  • Cetonas.
  • Éteres.
  • Ácidos orgánicos.
  • Esteres.

Vea también Compuestos orgánicos.

Importancia de la química orgánica

La química orgánica tiene aplicaciones en prácticamente todos los aspectos de la vida moderna, desde el vestido hasta el transporte, pasando por la alimentación y la transmisión de la información genética.

La industria farmacéutica se vale en gran parte de la química orgánica. Muchos de los medicamentos para el tratamiento de enfermedades son resultado de la síntesis de compuestos orgánicos. Las bacterias causantes de las infecciones se tratan con antibióticos, por ejemplo, la penicilina.

Los productos naturales son compuestos orgánicos que se extraen de los organismos vivos. Por ejemplo, la aspirina o ácido acetilsalicílico se deriva de un producto natural presente en el tronco de un árbol.

Las enzimas son grandes moléculas orgánicas cuya función es "acelerar" las reacciones químicas que se producen dentro de las células. Las enzimas son claves en el metabolismo celular y otros procesos biológicos. Por ejemplo, los analgésicos son moléculas que impiden el funcionamiento de la ciclooxigenasa, enzima importante en la producción del dolor.

Los insecticidas y otros pesticidas son el resultado de estudios en química orgánica. Por ejemplo, el DDT (diclorodifenil-tricloroetano) fue ampliamente usado para eliminar plagas en la agricultura.

En la industria alimenticia, la química orgánica se aplica para preservar los alimentos o mejorar sus propiedades por la adición de aditivos.

La vida moderna y el progreso de la civilización se fundamenta principalmente en el uso como combustibles de los hidrocarburos, moléculas formadas únicamente por carbono e hidrógeno que se consiguen en el petróleo y sus derivados. En las cocinas actualmente son imprescindibles las ollas y sartenes recubiertas con teflón, un material polímero orgánico formado por carbono y flúor con capacidad antiadherente.

Vea también Hidrocarburos.

Historia de la química orgánica

La química orgánica tiene sus inicios al principio del siglo XIX, en 1807, cuando Jöns Berzelius clasificó las sustancias en orgánicas e inorgánicas. Se presumía en esa época que los compuestos orgánicos solamente eran producidos por los organismos vivos.

En la década de 1810 se obtuvieron compuestos orgánicos simples a partir de compuestos más complejos. Por ejemplo, en 1812 Gottlieb Sigismund Kirchhoff obtuvo glucosa a partir del almidón y en 1816 Michel-Eugene Chevreul descubrió que podía producir ácidos grasos y glicerina a partir de grasa animal e hidróxido de sodio.

La primera vez que se logró sintetizar un compuesto orgánico en el laboratorio fue en 1828. Friedrich Wöhler, logró producir urea, un compuesto que se produce en los riñones y se expulsa en la orina. Luego, en 1845, Adolph Wilhelm Hermann Kolbe sintetizó el ácido acético a partir de compuestos inorgánicos.

Uno de los grandes pioneros de la química orgánica fue Friedrich August Kekulé von Stradonitz quien definió la química orgánica como la química de los compuestos de carbono en 1861.

La química orgánica fue esencial para desarrollar la industria del plástico en el siglo XX. El primer plástico, la baquelita, lo produjo Leo Baekeland en 1907. En 1928 Otto Diels y Kurt Alder descubrieron la reacción química base para la producción de muchos plásticos.

La síntesis de productos naturales, como medicamentos, fue un gran avance para la química orgánica. Asi, en 1933 Norman Haworth determinó la estructura de la vitamina C, lo que significó un paso importante para la producción artificial de vitamina C.

La síntesis de compuestos orgánicos experimentó un repunte en la última mitad del siglo XX. En 1957 Elías James Corey empezó a desarrollar el análisis retrosintético, por el que gana el premio Nobel de química en 1990.

Vea también ¿Qué es la química?

Referencias

Hayashi, Y. (2020) Time Economy in Total Synthesis. J.Org.Chem. https://dx.doi.org/10.1021/acs.joc.0c01581

Winter, A. (2014) Organic Chemistry I for Dummies. 2nd Edition. John Wiliey & Sons. New Jersey.

Zumdahl, S.S., Zumdahl, S.A. (2014) Chemistry. Ninth Edition. Brooks/Cole. Belmont.