El Agua

El agua es el líquido que más sustancias disuelve, por eso decimos que es el disolvente universal. Esto se debe a su capacidad para formar puentes de hidrógeno con otras sustancias que pueden presentar grupos polares o con carga iónica (alcoholes, azúcares con grupos R-OH, aminoácidos y proteínas con grupos que presentan cargas positivas y negativas), lo que da lugar a disoluciones moleculares. También las moléculas de agua pueden disolver a sustancias salinas que se disocian formando disoluciones iónicas.

Entre un 55 y un 75% del peso del cuerpo humano está formado por agua. Este porcentaje varía según la edad, a mayor edad menos proporción, y según el sexo, en el hombre es mayor que en las mujeres.

El agua corporal se distribuye en distintos compartimentos intracelulares y extracelulares. La extracelular supone el 20% del peso corporal, esta a su vez se divide en intersticial, el 15% y en  circulante, en el plasma y la linfa un 5%, que destaca por su contenido en proteínas, y el agua intracelular que supone entre el 35 y el  55%, y apenas contiene proteínas.

 

La diferencia entre el agua extracelular y el agua intracelular es su composición. El agua extracelular contiene sobre todo iones de sodio, cloro, calcio, carbonato, etc. Mientras que la intracelular es rica en fosfatos, sulfatos, magnesio, potasio, etc.

Desde el punto de vista químico, podemos decir que es una sustancia inorgánica compuesta por dos moléculas de hidrógeno y una de oxígeno H2O. Es una sustancia bastante común en el universo y en el sistema solar, donde se encuentra principalmente en forma de vapor o de hielo. Es esencial para la supervivencia de todas las formas conocidas de vida.

Dada su importancia para la vida humana es considerada como un nutriente más y lo encontramos distribuido en los alimentos en diferentes proporciones. Sus propiedades como disolvente posibilitan las diversas reacciones químicas de los compuestos orgánicos cruciales para todas las funciones vitales, el transporte de moléculas a través de las membranas y para disolver los productos de excreción. Es un agente activo esencial en muchos de los procesos metabólicos de los seres vivos. La extracción de agua de las moléculas, mediante las reacciones químicas enzimáticas que consumen energía, permiten la síntesis de macromoléculas complejas, como los triglicéridos o las proteínas, y reduciendo el tamaño de moléculas como la glucosa, los ácidos grasos y los aminoácidos, produciendo energía en el proceso.

La oxidación de los lípidos o hidratos de carbono, genera cierta cantidad de agua; sin embargo, el agua metabólica es insuficiente para compensar las pérdidas a través de la orina, las heces, el sudor, o por exhalación del aliento, por lo que para mantener el balance hídrico del cuerpo es necesario consumir agua. Podemos obtener agua tanto de las bebidas líquidas como de los alimentos, entre los cuales destacan las frutas y las verduras frescas por contener el mayor porcentaje, hasta un 85 %, similar al de muchas bebidas, mientras que los cereales o los frutos secos suelen componerse solo de un 5 % de agua.

El agua desempeña un papel crucial en la tecnología de los alimentos y es un elemento básico en el procesamiento de alimentos, influyendo en la calidad de estos. Algunos métodos populares utilizados en la cocción de los alimentos son; la ebullición, la cocción al vapor y el hervor a fuego lento. Estos procedimientos culinarios requieren de la inmersión de los alimentos en el agua cuando esta se encuentra en estado líquido o de vapor.

Metabolismo Del Agua

Esterificación

Proceso por el cual se sintetiza un éster.

Se han desarrollado muchos procesos para obtener ésteres. El más común es el calentamiento de una mezcla del alcohol y del ácido correspondiente en presencia de cantidades catalíticas de ácido sulfúrico, utilizando el reactivo más económico en exceso para aumentar el rendimiento de la reacción

Al mezclar el ácido y al alcohol no tiene lugar ninguna reacción, es necesaria la presencia de un ácido mineral (H2SO4 ácido sulfúrico) para que la reacción se produzca. El ácido sulfúrico sirve en este caso tanto de catalizador como de sustancia higroscópica que absorbe el agua formada en la reacción. Este procedimiento requiere de temperaturas elevadas y de tiempos de reacción largos.

Los equilibrios del mecanismo no son favorables y se desplazan hacia el producto final añadiendo exceso del alcohol o bien retirando el agua formada.

Etapa 1. Protonación del oxígeno carbonílico

                  Ácido graso           Alcohol

Con la protonación del oxígeno carbonílico  aumenta la polaridad positiva sobre el carbono y permite el ataque del metanol. Unos equilibrios ácido-base permiten la protonación del -OH (alcohol) que se va de la molécula ayudado por la cesión del par electrónico del segundo grupo hidroxilo.

Etapa 2. Adición de metanol

Etapa 3. Equilibrio ácido base

Etapa 4. Eliminación de agua

Reacción de esterificación

Ésteres

Son compuestos orgánicos derivados de la  reacción química  entre un  ácido  carboxílico     ( -COOH ó -CO₂H) y un alcohol (C-OH). En los cuales uno o más protones son sustituidos por grupos orgánicos alquilo (simbolizados por R’ y R).

En los más comunes el ácido es un ácido carboxílico (R-COOH). Si el ácido es el ácido etanoico o acético (ácido organico) CH3-COOH (C2H4O2), el éster es denominado como etanoato o acetato. También se pueden formar con ácidos inorgánicos, como el ácido carbónico, originando ésteres carbónicos, si lo hace con el ácido fosfórico, origina ésteres fosfóricos o también se puede combinar con el ácido sulfúrico.

Aunque se pueden formar en principio ésteres de prácticamente todos los oxiácidos inorgánicos.

Se termina el nombre del alcano en -ato de alquilo. Cuando va unido a un ciclo el grupo éster se nombra como -carboxilato de alquilo.

En nutrición nos centraremos en la reacción entre los ácidos grasos y los alcoholes (lípidos, saponificables, simples, ceridos o aceites).

En la formación de ésteres, cada radical -OH (grupo hidroxilo) del radical del alcohol se sustituye por la cadena -COO del ácido graso. El Hidrogeno sobrante del grupo carboxilo, se combina con el OH sustituido, formando agua (H2O). Reacción química conocida como esterificación.

Usos

La industria química produce grandes cantidades de ésteres. Son de especial importancia los ésteres de glicerol, el acetato de etilo, el acetato de butilo, el ftalato de dibutilo, el acetato de celulosa, el xantogenato de celulosa, el trinitrato de glicerilo, el acetato de vinilo y el nitrato de celulosa.

 

El salicilato de metilo es un éster que se emplea principalmente como agente aromatizante y posee la ventaja de que se absorbe a través de la piel. Una vez absorbido, el salicilato de metilo puede hidrolizarse a ácido salicílico, el cual actúa como analgésico. Este producto puede extraerse de varias plantas medicinales.

El ácido acetilsalicílico o aspirina, como es conocido comercialmente, es el más popular de los medicamentos sintéticos, debido a su acción analgésica, antipirética, anti-inflamatoria y antirreumática, y por ser utilizado en la prevención y tratamiento del infarto agudo al miocardio, además de su bajo coste.

La benzocaína o p-aminobenzoato de etilo es un anestésico local, empleado como calmante del dolor, obtenido también por esterificación.

Plasticos como el politereftalato de etileno (PET) es un ejemplo de polimero obtenido por un proceso de esterificación.

Los ésteres tienen propiedades como disolventes y a menudo se utilizan como tal (acetato de etilo).

Oxidación

Reacción qúimica donde se generar óxido. El óxido, es lo que se produce cuando el oxígeno se combina con un metal o con los elementos conocidos como metaloides o semimetales.

Se denomina reacción de reducción-oxidación, de óxido-reducción o, simplemente, reacción redox a toda reacción química donde un elemento cede electrones, y por lo tanto aumenta su estado de oxidación. La transferencia de electrones se da mediante la adquisición de átomos de oxígeno (cesión de electrones) o viceversa.

Para que exista una reacción de reducción-oxidación, en el sistema debe haber un elemento que ceda electrones, y otro que los acepte:

• El agente oxidante es aquel elemento químico que se queda con los electrones que el reductor libera, quedando con un estado de oxidación inferior al que tenía, es decir, siendo reducido.
• El elemento que concede los electrones será el agente reductor que suministrará electrones de su estructura química al medio, aumentando su estado de oxidación, es decir, siendo oxidado.

Una oxidación o una reducción es un proceso por el cual cambia el estado de oxidación de un compuesto. Este cambio no significa necesariamente un intercambio de iones. Implica que todos los compuestos formados mediante un proceso redox son iónicos, puesto que es en estos compuestos donde sí se da un enlace iónico, producto de la transferencia de electrones.

El oxígeno es el mejor oxidante que existe debido a que la molécula es poco reactiva (por su doble enlace), y sin embargo es muy electronegativo, casi tanto como el flúor.

Existen dos tipos de oxidación:

• Oxidación lenta, que es la que se produce por causa del agua o del aire y que supone que los metales pierdan su brillo al tiempo que provocan su corrosión.
• Oxidación rápida, que es la que tiene lugar cuando ha hecho acto de presencia la combustión, desprendiendo importantes niveles de calor. Suele producirse, de modo fundamental, en lo que son elementos que cuentan con hidrógeno o carbono.

 

La oxidación en los alimentos

Se produce cuando el oxígeno presente en el aire entra en contacto con el alimento y al oxidarse este libera electrones, produciendo otra reacción simultánea  capta los electrones liberados, reacción de reducción.

Este concepto electrónico ha sugerido el desarrollo de métodos que estudian en forma cuantitativa los procesos de oxidación-reducción reversibles que son vitales para las células vivas.

La medida del potencial de electrodo permite determinar el grado de reducción o de oxidación de una sustancia alimenticia. Esta medida sugiere la posibilidad de clasificar los sistemas oxidantes y reductores de los alimentos en base a su intensidad. Los alimentos llegarán a modificar sus propiedades de distinta manera debido a los intercambios de composición mediante la captación o liberación de radicales libres con el aire.

En nuestro organismo el proceso de oxidación de los principio inmediatos (hidratos de carbono, lípidos y proteinas) es producido por las enzimas.

Síntesis

Es la formación de una sustancia compuesta, mediante la combinación de elementos químicos o de sustancias más sencillas.

El objetivo principal de la síntesis, además de producir nuevas sustancias químicas, es el desarrollo de métodos más económicos y eficientes para sintetizar sustancias naturales ya conocidas. También nos permite obtener productos que no existen de forma natural, como el acero, los plásticos o los adhesivos. Hay catalogados unos once millones de productos químicos de síntesis y cada día se obtienen más.

TIPOS DE SÍNTESIS

Síntesis Total

Es la síntesis química de moléculas orgánicas complejas partiendo de moléculas simples comercialmente asequibles, habitualmente derivadas del petróleo. Existen una serie de pasos que se llevan a cabo uno tras otro hasta que se obtiene la molécula objetivo. A los compuestos químicos producidos en cada paso se les denomina intermedios sintéticos. Para moléculas más complejas una síntesis convergente es con frecuencia preferible.

Síntesis Convergente

Es una estrategia que pretende mejorar la eficiencia de una síntesis química que se ha de desarrollar en varios pasos. En una síntesis lineal el rendimiento global rápidamente desciende con cada etapa de la síntesis:

A → B → C → D → E → F

Suponiendo que el rendimiento de cada paso sea del 80%, el rendimiento global de la síntesis sería del 33%. Además conforme avanza la síntesis se produce una pérdida de intermedios cada vez más valiosos.

En una síntesis convergente:

A → B

C → D

B + D → E → F

Si de nuevo el rendimiento de cada etapa es del 80% ahora el global sería 51%. En la síntesis convergente además sólo se trabaja con intermedios valiosos, los más avanzados en la síntesis, cuando se juntan varios de los fragmentos.

La síntesis convergente se aplica en la síntesis de moléculas complejas, e implica síntesis independientes y unión de fragmentos.

Síntesis Parcial o Semisíntesis

Se parte de un producto natural, que no ha sido previamente sintetizado, sino extraído y purificado de organismos por métodos de separación de mezclas, que sí es fácilmente accesible. Se usa cuando es una alternativa mejor a una síntesis total. Un ejemplo sería la síntesis del LSD.

Combustión

Conjunto de procesos físico-químicos, por los cuales se libera controladamente parte de la energía interna de un hidrocarburos (carbono (C) e hidrógeno (H) y en algunos casos el azufre (S), en presencia de oxígeno) que se manifiesta al exterior bajo la forma de calor.

El proceso de combustión se realiza en tres fases:

• En una primera fase se produce una prerreacción en la que los hidrocarburos se descomponen para reaccionar con el oxígeno, formando unos compuestos inestables que reciben el nombre de radicales. Los radicales formados son muy activos y enormemente inestables, de forma que se producen reacciones en cadena en la que estos evolucionan y desaparecen de una forma equilibrada.
• La segunda fase es la de oxidación, en la cual se libera la mayor parte del calor.
• En la tercera se completa la oxidación y se forman los productos estables que serán los componentes de los gases de combustión.

Tipos de combustión

• Combustión completa o perfecta; los componentes se oxidan completamente, formando dióxido de carbono CO2, agua líquida H2O y en su caso, dióxido de azufre SO2 independientemente de la cantidad de aire empleada en la reacción. Esto implica que el oxígeno presente en el aire, ha sido cuando menos, suficiente para oxidar completamente los componentes.
• Combustión Estequiométrica o neutra; combustión completa en la que se ha empleado la cantidad exacta de aire obtenida a partir de las relaciones cuantitativas de las moléculas que intervienen en cada reacción. En realidad se trata de una combustión ideal, que solo puede conseguirse en laboratorio.
• Combustión incompleta: Es aquella cuyos gases de combustión contienen compuestos parcialmente oxidados llamados inquemados, como: monóxido de carbono (CO), partículas de carbono, hidrógeno, etc.

CH4 = Metano    CO = Monóxido de Carbono