CARRERA DE ESPECIALIZACION EN

BIOTECNOLOGIA INDUSTRIAL

FCEyN-INTI

Materia de Articulación CEBI_A3

QUIMICA ORGANICA DE BIOPROCESOS

Docente a cargo: Dra. Silvia Flores

sflores@di.fcen.uba.ar

CEBI_A3_1 : Estructura y enlace de los compuestos

orgánicos - Reactividad

Biotecnología:

Algunas áreas de pertinencia:

Ingeniería genética

Síntesis de proteínas

Fermentación

Cultivos celulares para la generación de tejidos

Biorremediación

Biocombustibles

Productos metabólicos

Producción de vacunas

En todos ellos, es clave el conocimiento de los fenómenos

fisicoquímicos involucrados.

En esta materia, nos concentraremos las características de las

reacciones típicas de compuestos orgánicos involucrados en algunos

bioprocesos como los procesos enzimáticos.

Química Orgánica

Química del Carbono

Versatilidad de enlace del carbono:

• El C (Z: 6 y A: 12, grupo IVA o 14) c.e.: 1s2 2s2 2p2 (regla del octeto)

• puede formar enlaces covalentes:

- simples, dobles y triples, con otros átomos de C

- simples con átomos de H

- simples y dobles con átomos de O

- simples, dobles y triples con átomos de N

• Ningún otro elemento químico puede formar moléculas con formas y

tamaños tan diferentes o con tanta variedad de grupos funcionales.

Hibridación de orbitales

en el átomo de carbono

Los orbitales híbridos también

albergan pares de electrones

no compartidos

Representación de

estructuras moleculares

Conjugación Dobles enlaces originados en C adyacentes

Aromaticidad Se da en el caso de moléculas cíclicas, planas donde cada átomo del

anillo tiene orbitales p perpendicular al plano del anillo. Los orbitales p

deben contener (4n+2) electrones (regla de Hückel).

Resonancia Representación de dos o más fórmulas de enlace

que sólo difieren en la posición de los electrones.

No son estructuras reales.

Presencia de grupos funcionales

Puntos de reactividad

Acetilo

Aldehído

Éster

Éter

Enol

Carboxilato

Alcohol

Amido

Sulfhidrilo

Disulfuro

Cetona

Amonio

+

Ácido Carboxílico

Cloruro de acilo

Aminoácidos

Enlace peptídico y proteínas

FUERZAS DE INTERACCIÓN ENTRE MOLÉCULAS

Son fuerzas de naturaleza electrostática. Son más débiles que los

enlaces químicos, pero actuando colectivamente, son responsables

de la cohesión de los líquidos.

Fuerzas de Van der Waals:

Interacciones dipolo-dipolo e ión-dipolo (moléculas polares)

Interacciones de London (moléculas no polares)

Enlace puente de Hidrógeno:

Un átomo de H, que está unido a un elemento muy electronegativo

(O, N, F) interacciona con un par de electrones no compartidos de

otro átomo de alta electronegatividad.

ENZIMAS:

INTERACCIONES EN EL SITIO ACTIVO

INTERACCIONES EN EL SITIO ACTIVO

Nucleófilo (Nu-): grupo con carga neta negativa o par de

electrones no compartidos capaz de formar un enlace con

otro átomo. Es atraído hacia un centro positivo.

Base de Lewis: donador de pares de electrones.

Electrófilo (E+): grupo capaz de recibir un par de

electrones no compartidos. Es atraído hacia un centro

negativo.

Ácido de Lewis: aceptor de electrones.

Reactividad

Reactividad

Mecanismo de reacción SN2

v = k [Nu-] [RX]

Variables:

-Nucleófilo (base de

Lewis)

-Buen grupo saliente

(bases débiles)

-Estructura: Me, R1º o

R2º

-«solventes polares y

apróticos»

Reactividad

Mecanismo de reacción SN2

Nucleofilicidad ≈ Basicidad

H2O < F- < NH3 < HO- < H2N-

Influencia de la polarizabilidad

F- < Cl- < Br- < I- (en solventes próticos)

Grupo Saliente ≈ Basicidad Débil

H2N- < HO- < CH3O- < CH3CO2

- < F- < H2O < Cl- < Br- < I-

Estructura

R3º << R2º < R1º < CH3-

Medio de Reacción

Polar, para estabilizar el ET

Procede con inversión de la configuración

Ión Tosilato: Muy buen Grupo Saliente

Reactividad

Mecanismo de reacción SN1

Reactividad

Mecanismo de reacción SN1

Reactividad

mecanismo de reacción E2

v = k [B] [RX]

Presencia de base fuerte.

Buen grupo saliente

Estereoselectiva. Isómero trans.

Estereoespecífica. Eliminación anti.

Alqueno

Reactividad

mecanismo de reacción E1

v = k [RX]

• En E1 el Nu- (solvente) actúa como una base.

• La Temperatura tiende a favorecer la E sobre S.

• E1 y SN1 se producen en condiciones similares.

• Todo aquello que favorece a estabilizar el C+ aumenta la velocidad

(grupos vecinos alílicos y vencílicos).

Reactividad

Sustitución nucleofílica en el acilo

Derivado de ácido

carboxílico

Reactividad

Sustitución nucleofílica en el acilo

Reactividad

Sustitución nucleofílica en el acilo