LA ÓSMOSIS INVERSA

La ósmosis (del griego “osmos” = impulso y el sufijo “-sis” = acción) es un proceso físico-químico que se realiza espontáneamente cuando dos soluciones (de diferente concentración de sólidos disueltos) están separadas por una membrana semi-permeable, que posee poros u orificios de tamaño muy reducido (algunas micras, un filtro de dimensión molecular) y sólo las moléculas más pequeñas (como las del solvente) de la solución de menor concentración atraviesan la membrana y pasan hacia la solución de mayor concentración, hasta que se alcance el equilibrio. Este flujo hacia la zona de mayor concentración origina la “presión osmótica”.

La ósmosis es un fenómeno de trascendental importancia en el mantenimiento de la vida y fue explicado a fines del siglo XIX por Van’t Hoff (Premio Nobel de Química 1901) y Gibbs. Se realiza en forma natural en todas las células y, mediante ella, el agua pasa de una zona de baja concentración de sólidos en solución (el exterior de la célula) a la de mayor concentración (su interior) atravesando la membrana celular (membrana semi-permeable), que permite el paso de moléculas pequeñas como oxígeno, agua, dióxido de carbono, etc. pero se lo impiden a moléculas mayores como la sacarosa, almidón, proteínas, etc. Si la célula está en un medio de mayor concentración de sólidos disueltos (solución hipertónica), por efecto de la ósmosis la célula pierde agua, ésta sale hacia el exterior. Por el contrario, si la célula está en un medio de menor concentración de sólidos disueltos (solución hipotónica), la célula se hincha ingresa agua y puede estallar. Por esta razón, para reemplazar la sangre perdida debemos utilizar un líquido isotónico como el suero, si usáramos agua pura, puede ocurrir la ruptura de los glóbulos (hemólisis).

La “ósmosis inversa” es una creación del hombre para hacer que el proceso se realice en el sentido inverso al natural. Consiste en aplicar una presión externa (superior a la presión osmótica) sobre el líquido más concentrado y con ello se revierte el proceso: las moléculas pequeñas (como las del agua) pasan de la zona de mayor concentración hacia la de menor concentración.

Mediante este proceso es posible la desalinización o eliminación de las sales del agua y obtener agua dulce a partir de una fuente salobre como el agua de mar. Un 72% de la superfície terrestre está cubierto por agua, pero el 97% de ella está en los mares y océanos cuya elevada salinidad (3,5%), no permite su uso para el consumo humano ni para la mayoría de otros usos. El agua doméstica debe tener como máximo 500 ppm (0,05%) de sales y el agua de ríos, lagos y agua subterránea sólo constituye el 0,6% del total. El rápido

crecimiento de la población mundial, ha aumentado la demanda por agua dulce. Para superar este problema, los países utilizan distintas técnicas, según su ubicación y recursos. La ósmosis inversa ha tenido un masivo desarrollo y en algunos países es la única opción factible para disponer de agua potable.

El fenómeno de ósmosis inversa fue descrito por primera vez en 1953 por Sir Charles E. Reid como una propuesta para obtener agua potable a partir de agua de mar. Las dependencias estatales la consideraron una curiosidad de laboratorio, no un proceso práctico y útil. En esos años las membranas no tenían las características adecuadas para separar las sales, materia coloidal, compuestos pirogénicos, los virus y bacterias que puede contener el agua.

La ósmosis inversa fue posible gracias al perfeccionamiento del elemento o membrana de acetato de celulosa (a mediados de la década del 60) y, en la actualidad se fabrican membranas (de poliamida o de acetato de celulosa) especializadas para cada tipo de agua. A partir de 1970 la técnica comenzó a ser competitiva y muchas veces superior a los otros métodos por su tecnología simple, realizada en una sola etapa y en forma continua, que no requiere de mayor mantenimiento ni personal especializado y permite remover hasta un 99% de sólidos disueltos, bacterias y material en suspensión.

Los campos de aplicación de la ósmosis inversa son muy variados, además del abastecimiento de agua potable y de uso industrial, se usa en el tratamiento de efluentes municipales e industriales, en la industria de los alimentos para concentrar jugos de frutas, de tomate, etc., en la industria farmacéutica para la separación de proteínas, eliminación de virus, etc.

BIBLIOGRAFÍA

http://www.acquamatter.com/osmosis_inversa_proceso.htm
http://www.maquinariapro.com/tecnologia/osmosis-inversa.html

Q.F. JUAN JOSÉ LEÓN CAM <jjleon@lamolina.edu.pe>

Departamento de Química. Universidad Nacional Agraria La Molina. PERÚ.

TALIDOMIDA: DOLOROSA LECCIÓN

Mediante la “síntesis”, el hombre puede transformar los compuestos naturales y fabricar moléculas distintas o producir compuestos escasos en la naturaleza o que son difíciles de obtener en forma natural. Cuando un carbono está unido a 4 grupos distintos (carbono asimétrico o quiral) pueden existir 2 moléculas diferentes (isómeros) que son como nuestras manos: una es la imagen en el espejo de la otra, se llamaron “enantiomorfos o enantiómeros” (de enantio = contrario y morph = forma) por diferir en la distribución de sus átomos o grupos y se designan como “R” y “S”. (ver temas 35 y 80 de AQV).

Las propiedades de los enantiómeros son tan similares que, por ejemplo, los 2 ácidos lácticos fueron considerados idénticos por muchos años. Sin embargo, su comportamiento dentro de los seres vivos puede ser muy diferente. Así, el R-limoneno tiene olor a naranja, mientras el S-limoneno huele a limón. En el caso de los fármacos estas diferencias pueden ser muy relevantes; por ejemplo, el S-ibuprofeno es analgésico y anti-inflamatorio y el R-ibuprofeno no lo es. Por mucho tiempo, los métodos utilizados por el hombre para sintetizar estos compuestos no han sido muy eficientes ya que en vez de obtener uno de los isómeros producen una mezcla de ambos (“racemato o mezcla racémica”).

En 1953 el Dr. Wilhem Kunz sintetizó la talidomida para la compañía farmacéutica Ciba, como medicamento para tratar la alergia (antihistamínico). Sin embargo, el mayor efecto era su poder hipnótico y sedante. Después de varios años de experimentación la compañía aseguró que el fármaco es “tan inocuo como un caramelo”. En 1957 la compañía alemana Chemie Grunenthal empezó a comercializarla sin receta médica y, por su efecto sedante, la recomendó para combatir la ansiedad, náuseas y vómitos del embarazo. Su uso se extendió rápidamente por unos 50 países y llegó a ser el tercer fármaco más vendido del mundo. Luego vino la tragedia: gran incremento de niños que nacían con graves malformaciones: defectos en brazos y/o piernas, manitas en forma de aleta, defectos en ojos, oídos, corazón, genitales y tracto digestivo.

En 1958 ya se notaba en Alemania el incremento de estas malformaciones, pero se ignoraba la causa hasta que, en 1961, el médico alemán Widukind Lenz halló 14 casos y alertó que la causante era la talidomida. Pocos días después, el fármaco fue retirado del mercado alemán. Posteriormente se conoció que la talidomida utilizada era el racemato: la R-talidomida tiene las propiedades sedantes deseadas y la S-talidomida produce malformaciones en el feto (teratogénico). Se cree que produjo unas 20 mil víctimas.

La comercialización de la talidomida nunca fue aprobada en Estados Unidos gracias al profesionalismo de la Dra. Frances Oldham Kelsey, una farmacóloga con gran experiencia en temas toxicológicos y recién incorporada a la Food and Drug Administration (FDA) quien consideró insuficientes las pruebas realizadas. Según los fabricantes, el fármaco se administró durante varias semanas a conejas, monos, ratas y perras embarazadas, sin producir efectos secundarios. Después se halló que las pruebas se hicieron en forma incorrecta y se falsearon los resultados. Pruebas posteriores en conejos y monos producen los mismos efectos terribles como en los seres humanos.

El Dr. Hiroshi Harada y sus colaboradores del Tokyo Institute of Technology descubrieron que la talidomida inactiva una enzima importante en el desarrollo de los miembros del feto. Durante las semanas 3 a 8 de la gestación, el embrión mide sólo unos milímetros y para crecer necesita un aporte extra de oxígeno y nutrientes. Si la talidomida llega en este periodo, inhibe la formación de nuevos vasos sanguíneos y, por esto, el aporte de nutrientes y de oxígeno es deficiente. Actualmente, la talidomida se usa en el tratamiento de enfermedades como lepra, ciertos tipos de cáncer, el eritema nudoso leproso, el mieloma múltiple y otras afecciones severas y poco usuales. Cuando es recetada deben seguirse estrictamente las indicaciones.

Esta tragedia cambió el modo en que los fármacos se desarrollan, se prueban y se autoriza su comercialización. Actualmente, para aprobar un medicamento debe ser sometido a un largo y riguroso proceso de estudio. Además, ya existen métodos de síntesis que permiten fabricar sólo el enantiómero con actividad farmacológica, ya que la separación del racemato es difícil y costosa. En el año 2001, el Premio Nobel de Química fue concedido a los investigadores William S. Knowles (norteamericano), Ryoji Noyori (japonés) y K. Barry Sharpless (norteamericano) por sus aportes en este campo.

BIBLIOGRAFÍA

http://abcienciade.wordpress.com/2012/09/30/que-es-la-talidomida/

http://macrosscandy1910.blogspot.com/2009/12/talidomida-la-maldita-pastilla.html

http://historiadelatalidomidauq.wordpress.com/

Q.F. JUAN JSOÉ LEÓN CAM <jjleon@lamolina.edu.pe>

Departamento de Química. Universidad Nacional Agraria La Molina. PERÚ

EL ÁCIDO LÁCTICO

En 1780 el químico sueco Scheele aisló un ácido al que llamó “láctico” porque fue encontrado en la leche agria. En 1807 Berzelius halló un compuesto muy parecido en un extracto de tejido muscular. Por varios años se pensó que ambos ácidos eran idénticos porque sus propiedades, grupos funcionales y fórmula molecular (C₃H₆O₃) son iguales. En 1815 el físico francés Biot halló que ciertos compuestos naturales (azúcar común, ácidos tartáricos, etc.) poseen la propiedad de modificar o rotar el plano de vibración de la luz polarizada. Con esta propiedad (“actividad óptica”) se demostró que los 2 ácidos no son idénticos: mientras el obtenido del tejido muscular gira el plano de vibración de la luz en el sentido horario, es “dextrógiro” (o ácido (+)láctico), el ácido obtenido de la leche realiza el giro en sentido anti-horario, es “levógiro” (o ácido (-)láctico). A pesar de ser una molécula pequeña, los químicos no hallaban explicación a estas diferencias.

En 1874 dos químicos Jacobus Van’t Hoff (holandés, 22 años) y Joseph Le Bel (francés, 27 años) propusieron, en forma independiente y casi simultánea, una “novedosa” idea: que el átomo de carbono tiene sus 4 enlaces dirigidos hacia los vértices de un tetraedro regular (aún prevalecía la idea del carbono plano). Por la juventud de sus autores, los químicos más prestigiosos no le daban importancia a esta idea y hasta bromeaban en torno a ellas, pero después se dieron cuenta que la “descabellada idea” permitía explicar muchos hechos experimentales que aún no tenían explicación. Muchos años después, Bragg comprobó (mediante análisis por difracción de rayos “X”) que la idea del carbono tetraédrico es la correcta. El primer Premio Nobel de Química (1901) le fue conferido a Van’t Hoff (ver tema 29 de AQV).

Los dos ácidos lácticos son como nuestras manos: guardan entre sí la relación de “objeto vs. imagen en el espejo”. A pesar de tener las mismas partes, éstas se han distribuido de diferente manera y no podemos lograr que coincidan las partes de ambas porque son moléculas distintas (ver tema 35 de AQV).

Durante la transformación de la leche a yogurt (“fermentación”), se produce el desdoblamiento (hidrólisis) de la lactosa (disacárido de la leche) a glucosa y galactosa (monosacáridos). La glucosa es degradada produciendo ácido láctico, que es uno de los responsables del sabor típico del yogurt. Las bacterias “acidófilas” (como Lactobacillus bulgaricus y Streptococcus thermophilus) se encargan de realizar estos cambios.

En nuestra sangre siempre tenemos pequeñas cantidades de ácido láctico, que se encuentra generalmente como lactato (su forma ionizada) en las células musculares, glóbulos rojos, hígado, etc. Provienen de la descomposición de la glucosa en ausencia de oxígeno; es decir, durante los ejercicios anaeróbicos, en los que hay mucha intensidad y poca duración (como levantar pesas o correr a gran velocidad). Al iniciar la actividad física, cada molécula de glucosa es convertida en dos moléculas de ácido pirúvico o piruvato (moléculas similares al ác. láctico), el que puede usarse para producir energía o (en escasez de oxígeno) ser convertido en ác. láctico o lactato, los que también pueden quemarse produciendo energía. Si el ejercicio continúa y el lactato no es metabolizado ni removido hacia otra zona, las fibras musculares se acidifican y se produce fatiga muscular y calambres. Los atletas bien entrenados pueden hacer grandes esfuerzos y por largo tiempo porque, con el entrenamiento, sus músculos han “aprendido” a transportar rápidamente el ác. láctico o lactato y evitan su acumulación. Por su importante papel en el desempeño de los deportistas, los entrenadores y fisiólogos controlan frecuentemente el ác. láctico o lactato en los atletas y deportistas.

El ácido láctico puede ser obtenido por vía química o biotecnológica. Más del 90% de su producción mundial se hace por vía biotecnológica, que utiliza bacterias u hongos para fermentar sustratos ricos en carbohidratos. Tiene la ventaja de producir sólo uno de los isómeros, mientras que la vía química produce una mezcla de ambos. El Lactobacillus delbrueckii es el organismo más usado en la producción a gran escala del ácido (+)láctico.

 

Un importante uso del ácido láctico es la fabricación de ác. poliláctico (PLA), un plástico “bio-degradable” de interesantes aplicaciones en la industria y la medicina. Sus enlaces “éster” son comunes en los seres vivos y las enzimas de éstos los hidrolizan y degradan. Los plásticos que solo presentan enlaces carbono-carbono resisten a la acción de hongos y bacterias ambientales, permaneciendo inalterables por cientos de años (no son “bio-degradables”).

BIBLIOGRAFÍA

http://www.todonatacion.com/ciencias-del-deporte/acido-lactico/

http://www.eis.uva.es/~biopolimeros/alberto/acido_lactico.htm

Q.F. JUAN JOSÉ LEÓN CAM <jjleon@lamolina.edu.pe>

Departamento de Química. Universidad Nacional Agraria La Molina. PERÚ.

LA PASTILLA MÁS POPULAR

El hombre siempre ha buscado en la naturaleza el alivio para sus males. Muchos de los medicamentos que utilizamos derivan de las plantas. Así, la Aspirina ha sido preparada a partir del sauce (Salix sp.). Desde antes de Hipócrates (400 a.C.) ya se usaba la corteza del sauce para combatir la fiebre (antipirético) y el dolor (analgésico). Durante la Edad Media y hasta el siglo XVIII la corteza de sauce fue desplazada como analgésico por el opio hasta que, en 1763, el reverendo Edward Stone presentó un informe a la Real Sociedad de Medicina inglesa en el que detalla las propiedades analgésicas y antipiréticas de la corteza del sauce blanco.

En 1828 Johann A. Büchner, profesor de Farmacia de la Universidad de Munich, obtuvo de la corteza de Salix alba unos cristales amarillentos de sabor muy amargo que fue llamado “salicina” y encontró que éste es el responsable de su actividad. Esta sustancia también se encuentra en otras plantas como Spiraea ulmaria que más tarde inspiró el nombre de “Aspirina”. En 1829 el farmacéutico francés H. Leroux aisló la salicina en estado puro.

La salicina es fácilmente descompuesta (hidrolizada) originando glucosa y alcohol salicílico. La oxidación de este alcohol produce ácido salicílico (AS), que es más efectivo que la salicina pero tiene un excesivo sabor amargo y, por ser un ácido, causa irritación en las paredes del estómago. En 1859 el AS es sintetizado por Hermann Kolbe.

 

En 1896 la Compañía Bayer encargó a su joven químico, Felix Hoffmann, preparar una variante del ácido salicílico que no tenga sus efectos secundarios. El 10 de octubre de 1897 Hoffmann informó haber preparado el ácido acetil-salicílico (AAS) mediante una reacción de acetilación, para ello había modificado y perfeccionado el método empleado en 1853 por el químico francés Charles Fréderic Gerhardt.

En 1899 la Bayer registra el AAS con el nombre de “ASPIRINA” en la Oficina Imperial de Patentes de Berlín y empezó a comercializarla en forma de polvo, para posteriormente hacerlo como tableta o comprimido. La primera década del siglo XX fue testigo del éxito de la Aspirina en Europa y en EEUU. En la actualidad está registrada en más de 70 países de todo el mundo y sus propiedades terapéuticas han ido en aumento. Primero se la utilizó como analgésico y antipirético, luego se descubrió que era anti-inflamatoria y se usó para tratar la migraña, para prevenir los riesgos cardiovasculares, para ataques agudos de gota y otras numerosas indicaciones terapéuticas.

Durante la I Guerra Mundial, los empleados de la filial norteamericana de Bayer pasaron a ser posibles enemigos y, además, la patente americana ya había prescrito. Las instalaciones de Bayer en EEUU fueron confiscadas y subastadas y surgieron varios productos conteniendo AAS fabricados por otras compañías y a precios más bajos.

Entre los efectos adversos más frecuentes del AAS están pequeñas molestias en el estómago y en la primera porción del duodeno que son las zonas en las que se alcanza un mayor nivel de acidez. La complicación más grave son las hemorragias digestivas que están relacionadas con su acción irritativa sobre la mucosa gástrica e intestinal. Estos efectos disminuyen cuando, en vez de administrarlo en tabletas se lo hace en otras formas farmacéuticas que limitan su contacto con la mucosa gástrica e intestinal.

En 1971 el farmacólogo británico John Robert Vane demostró que las múltiples aplicaciones médicas del AAS derivan de su capacidad para bloquear la producción de ciertas prostaglandinas, que son derivados de los ácidos grasos y que se encuentran en casi todos los tejidos del organismo. Las prostaglandinas fueron descubiertas por Von Euler en 1930 y se encargan de regular muchas funciones biológicas como la fiebre, la inflamación de los tejidos, la coagulación sanguínea, etc. (Tema 33 de AQV). Ese mismo año (1971) Smith y Willis demostraron que el AAS bloquea de forma irreversible la producción de prostaglandinas en las plaquetas humanas.

El AAS es uno de los primeros fármacos sintetizados por el hombre; además, es el más popular y ha viajado hasta la luna en el botiquín de los astronautas. En 1950 fue incorporado al Libro Guinness de los récords como por ser el medicamento más vendido del planeta. El AAS, el paracetamol, el metamizol y otros forman un grupo de fármacos llamados “Anti-inflamatorios no esteroideos” (AINES), para diferenciarlos de los esteroides o hormonas de la corteza suprarrenal que también tienen efecto anti-inflamatorio.

BIBLIOGRAFÍA

http://aspirina.com/scripts/pages/es/historia/la_historia_de_aspirina/index.php

http://cincodias.com/cincodias/2013/08/01/sentidos/1375376633_297650.html

Q.F. JUAN JOSÉ LEÓN CAM <jjleon@lamolina.edu.pe>

Departamento de Química. Universidad Nac. Agraria La Molina. PERÚ.

LA DOCENA 'SUCIA'

Se conocen como “Polulantes o Contaminantes orgánicos persistentes” (POP’s o COP’s) a un grupo de compuestos orgánicos de gran toxicidad, insolubles en agua, muy solubles en grasas, poco volátiles, muy estables a las condiciones atmosféricas y generalmente con átomos de cloro en su estructura. Por su tendencia a unirse a la materia orgánica, estos compuestos se encuentran en sedimentos y suelos, pueden permanecer en el ambiente por muchos años (“persistentes”) y llegan al hombre a través de sus alimentos. Además, por su volatilidad pueden ser desplazados a zonas muy alejadas, mediante ciclos de evaporación y condensación (“efecto saltamontes”), por lo que se han hallado en lugares donde nunca se han aplicado o generado, como el Ártico.

Por su solubilidad, se acumulan en el tejido adiposo de animales y plantas (“bio-acumulación”). Así, los niveles de dioxinas halladas en el pescado son miles de veces mayores que en el medio en que viven. Entran en la cadena alimenticia generalmente en el mar, cuando el plancton los asimila desde los sedimentos marinos y, como ocurre con la mayoría de contaminantes, su concentración va aumentando conforme se asciende en la escala trófica (plancton→mariscos→peces pequeños→mamíferos→peces mayores) y como el hombre es, usualmente, el último escalón de la cadena, llegan a él en su mayor concentración (“bio-magnificación” o “bio-amplificación”).

El Convenio de Estocolmo (2001) recomendó la erradicación o restricción de los doce POP's más peligrosos ("la docena sucia") por su toxicidad, su persistencia y su bio-acumulación. Dentro de ellos tenemos 8 pesticidas (Aldrín, Endrín, Clordano, Dieldrín, DDT, Heptacloro, Mirex y Toxafeno); 2 compuestos industriales (hexaclorobenceno o HCB y "bifenilos") y 2 residuos industriales indeseados ("dioxinas" y "furanos"). Aunque se habla de "docena" en realidad son muchos más ya que los "bifenilos", "dioxinas" y "furanos" son grupos de decenas o cientos de compuestos. En el 2007 se amplió a 17 el número de sustancias tóxicas a eliminar o restringir.

Los “bifenilos” son derivados policlorados (209 posibles) del bifenilo o PCB’s (del inglés: polychlorinated biphenyls), los que se diferencian en el número y ubicación de los átomos de cloro unidos a los anillos bencénicos. De ellos, 12 tienen propiedades toxicológicas similares a las dioxinas. Por su gran estabilidad térmica, elevada constante dieléctrica y no ser inflamables, se han usado principalmente como aislantes e intercambiadores de calor en equipos eléctricos (transformadores, interruptores, condensadores y termostatos). Se encuentran en el ambiente por vertido de desechos contaminados a ríos y aguas marinas. Su fabricación se ha prohibido desde 1977 en EEUU y actualmente en casi todo el mundo.

Las “dioxinas” son derivados policlorados (75 posibles) de la dibenzo-dioxina (PCDD’s), que difieren en el número y ubicación de los cloros. De ellos, sólo 7 son muy tóxicos, siendo el 2,3,7,8-tetracloro-dibenzo-dioxina (2,3,7,8-TCDD o “dioxina”) el más representativo y considerado el compuesto más tóxico fabricado por el hombre. En el 2002 fue clasificada como cancerígeno para el hombre por la Organización Mundial de la Salud (OMS), la Agencia para el estudio del Cáncer (IARC) y la Agencia para la Protección del Ambiente de Estados Unidos (US EPA). Producen cáncer, daños al sistema nervioso, al sistema inmune y desórdenes reproductivos. Aunque las dioxinas pueden tener un origen natural (erupciones volcánicas e incendios forestales), generalmente son sub-productos no deseados de industrias relacionadas con el cloro y procesos térmicos, como la industria del papel, fabricación de herbicidas y plaguicidas, de plásticos (PVC), quema de leña y combustibles fósiles, incineración de plásticos, basura, etc.

Los “furanos” son derivados policlorados (135 posibles) del dibenzo-furano (PCDF’s), de los cuales sólo 10 son muy tóxicos. El término “dioxina” es usado también en forma genérica para denominar al grupo que incluye “dioxinas”, “furanos” y a veces algunos “bifenilos” por su similar toxicidad.

La dioxina o 2,3,7,8-TCDD también fue utilizada en la elaboración del “agente naranja”, herbicida utilizado por los Estados Unidos en la guerra de Vietnam (1970) para deforestar la selva, con graves daños para la población, dejando muchos casos de cáncer entre los veteranos de guerra. Con las dioxinas han ocurrido varios accidentes industriales, el más grave se produjo en 1976 en Seveso, norte de Italia, cuando una fábrica de productos químicos liberó gran cantidad de ellas afectando a unas 37000 personas.

 

En 1999, la Unión Europea empezó a preocuparse por la presencia de estos tóxicos en sus alimentos y establecieron niveles máximos de “dioxinas”, “furanos” y PCB’s, en toda la cadena alimentaria, desde la materia prima para alimentos de animales hasta los productos para la alimentación humana.

BIBLIOGRAFÍA

http://ingenieria.udea.edu.co/lacops/ContPersist_Dioxinas.htm

http://www.fondosaludambiental.org/?q=node/251

Q.F. JUAN JOSÉ LEÓN CAM <jjleon@lamolina.edu.pe>

Departamento de Química. Universidad N. Agraria La Molina. PERÜ.