1:Introducción

A medida de que empiezas el curso en la química orgánica, seguramente tienes muchas preguntas. Aquí están mis mejores intentos en responder algunas de las preguntas que seguramente tienes.

Qué es la química orgánica y porqué tengo que estudiarla?

Como seguramente sabes, la química orgánica es definida como el estudio de las moléculas que contienen carbón. Si estás interesado en la ciencia de los seres vivos, también estás interesado en la química orgánica - las moléculas orgánicas y las reacciones por las que se someten forman parte de la base de la vida en el planeta. No puedes entender cómo una célula humana descompone los carbohidratos o la grasa para convertirlos en energía sin ganar una sólida comprensión de los procesos básicos de la química orgánica que subyacen en estos eventos metabólicos. No puedes apreciar cómo funcionan las drogas, a nivel molecular, hasta que primero hayas aprendido acerca de la estructura tridimensional de las moléculas orgánicas y cómo los diferentes grupos funcionales orgánicos interactúan entre sí. Y si no sabes química orgánica, tendrás dificultad entendiendo y explicando las bases moleculares de las enfermedades tales como la depresión, el cáncer, o la diabetes.

Sin embargo, la relevancia de la química orgánica no está limitada al estudio de los seres vivos. Necesitas un conocimiento firme de la materia para entender muchas evoluciones en curso de la energía renovable, nano materiales, limpieza ambiental, y evolución y regulación de drogas, para mencionar unos pocos ejemplos. La sociedad siempre ha necesitado - y siempre necesitará- gente que sepa como sintetizar, analizar, y descomponer moléculas orgánicas en maneras útiles, y ésta necesidad se transforma en carreras gratificantes con buenos salarios y condiciones de trabajo.

Cómo será la química orgánica diferente de la química general?

Dependiendo en tu experiencia con la química general, puedes estar satisfecho (o consternado) al aprender que la mayoría de estudiantes encuentran que la química orgánica es como una raza completamente nueva de la bestia. Es normal ver estudiantes, que se sentían como en casa con la química general, encontrar más dificultad con la química orgánica - y viceversa. Para empezar, una curso introductorio en la química orgánica tiende a tener más enfoque en lo cualitativo que en los cuantitativo (traducción - hay muchas menos matemáticas!). Pero no te pongas muy cómodo aún - a pesar de su escasez de matemáticas, estás sin duda al tanto de que muy poca gente encuentra que la química orgánica es un curso fácil. De hecho, muchos estudiantes de ciencias y ciencias de salud dicen que fue la parta más difícil de su carrera de pregrado. Tendrás que asimilar y digerir muchos conceptos nuevos, muchos de los cuales involucran visualización en tres dimensiones, y algunos de los cuales son, por lo menos a primera vista, bastante abstractos. Pero eso es sólo el principio - ña parte difícil es cuando tienes que conectar varias de las ideas que has aprendido, en un proceso de razonamiento deductivo. No es suficiente, en otras palabras, entender A, B, y C como conceptos aislados - también tienes que ser capaz de resolver problemas químicos por lo que tienes que encontrar y seguir las conexiones desde A a B a C para llegar a tener una solución válida. Es este el aspecto de la química orgánica que los estudiantes encuentran más complicada, pero también es el más gratificante. Otra gran diferencia entre la química general y la orgánica tiene que ver con la manera en la que pensarás en la reactividad química. En la química general, veías las reacciones representadas por las ecuaciones químicas del tipo:

En éste tipo de tratamiento, te enfocabas más en los cambios de las fórmulas moleculares, y en las ideas básicas de la termodinámica (cambios de energía) y cinética (velocidad de la reacción). En la mayor parte, ignorabas la estructura de las moléculas involucradas y los detalles de cómo la reacción ocurría. En la química orgánica, importará mucho la estructura de las moléculas reaccionantes, y también prestaremos atención a cómo ocurre la reacción - que enlaces se rompen, que enlaces se forman, y en qué orden ocurre esto.

Esto se conoce como el mecanismo de una reacción. También pensaremos, cuidadosamente, en porqué las reacciones ocurren de la manera en la que ocurren: pensaremos, en otras palabras, en las conexiones entre la estructura y la reactividad, y también en como la estructura química tiene relación con la termodinámica y la cinética de una ecuación. Porqué, por ejemplo, se rompe un enlace carbón-carbón específico en la secuencia de la reacción de arriba, y no otros enlaces? Cuál es la importancia de los dobles enlaces carbón-oxígeno? Cómo aceleraría la reacción con un catalizador de enzimas? Por necesidad, tenemos que tenemos que entender la estructura antes de mirar la reactividad. Pasaremos los primeros capítulos aprendiendo el orden de las moléculas (su estructura), y después, el resto del libro, para discutir cómo nuestros conocimientos de la estructura molecular puede ayudarnos a entender las diferentes maneras en las que las moléculas orgánicas reaccionan entre sí. Hacia el final del curso, tu conocimiento de las reacciones químicas habrá alcanzado un nivel completamente nuevo. Cómo es éste libro diferente de otros libros de química orgánica? En éste, nos enfocamos en la química orgánica biológica - las reacciones orgánicas que ocurren en seres vivos - simplemente porque esto es, para la mayoría de gente, el contexto más importante y relevante en el que se pueden aprender los principios de ésta materia. Pero ésta no es la manera tradicional de aprender sobre ésta materia - si echas un vistazo a la mayoría de otros libros de química orgánica, verás que hay más énfasis en ejemplos que no vienen de la biología, si no de laboratorios de síntesis química, dónde los químicos trabajan para crear nuevas moléculas sintéticas para uso industrial o medicinal. En éste texto estudiaremos algunas de las reacciones de síntesis de laboratorio más importantes que los químicos profesionales deben conocer - éstas se encuentran en secciones tituladas 'Paralelo sintético' a fin de subrayar las similitudes conceptuales entre la química de laboratorio y la química biológica. Sin embargo, te darás cuenta de que la química biológica casi siempre va primero, y siempre forma el centro de la discusión - esto es por diseño.

Cuáles son las diferencias entre la química de laboratorio y la química biológica?

Aunque los principios fundamentales de la química orgánica son los mismos independientemente de si estamos mirando a un ejemplo de química biológica o la de laboratorio, hay algunas diferencias clave que tendremos que tener en cuenta a medida que estudiamos la materia desde los dos puntos de vista. La diferencia más importante entre una reacción orgánica biológica y una reacción que ocurre en el laboratorio es que las reacciones biológicas son, casi exclusivamente, catalizadas por enzimas. El papel de los enzimas es acelerar una reacción, pero también guiarla, asegurado que resulte en un producto específico. Las reacciones de laboratorio ocurren libres en solución (o en la superficie de un metal) sin que un enzima la guíe. Esto significa que a menudo puede ocurrir más de una reacción, y se puede formar más de un producto. Cuando estudiamos las reacciones de laboratorio, a menudo tenemos que considerar varios resultados de la reacción, aprender a predecir cuál predominará, y a veces sugerir cómo un químico puede ser capaz de controlar las condiciones de una reacción para maximizar la formación del producto deseado. Por el otro lado, cuando estudiamos reacciones biológicas catalizadas por un enzima, una de las cosas centrales que intentamos entender es cómo el enzima es capaz de guiar

la reacción para que sólo se forme el producto deseado. Otro punto que tenemos que tener en cuenta es que la reacciones biológicas sólo ocurren en soluciones acuosas (basadas en agua), a un pH y temperatura fisiológicos, que para la mayoría de organismos es un pH 7 y una temperatura de 37o centígrados. En el laboratorio, el químico puede ejecutar una reacción en muchos tipos diferentes de solvente, usar bases o ácidos fuertes, y aumentar o disminuir la temperatura de la reacción. Uno de los aspectos más fascinantes de estudiar la química orgánica catalizada por un enzima es que podemos aplicar nuestros conocimientos de los principios centrales para entender como un enzima es capaz de superar las limitaciones naturales en las condiciones de una reacción.

Cómo será ésta clase, con su enfoco en la química orgánica biológica, diferente de una clase de bioquímica? No tienes que hacer el error de pensar que un curso construido alrededor de ejemplos biológicos será más cómo la bioquímica que la química orgánica. Aunque inevitablemente habrá cierta superposición con el curso de bioquímica que harás más adelante en tu carrera (tal y cómo hay cierta superposición entre las química general y la orgánica, la química física y la física, etc.) éste es un texto de química orgánica - sigue esencialmente el mismo esquema y cubre esencialmente los mismos temas que otros libros de química orgánica, y es fundamentalmente diferente que la mayoría de libros de texto de bioquímica. En la química orgánica, pensamos en las reacciones químicas individuales a nivel atómico - concentrándonos en los detalles de 'cómo y porqué' de lo que está pasando con las moléculas orgánicas en cuestión. En un curso de bioquímica, verás muchos de los mismo componentes y las reacciones que habrás visto en éste texto. Sin embargo, en la bioquímica, los verás principalmente desde la perspectiva de las vías completamente bioquímicas: pasarás mucho tiempo estudiando cómo éstas vías están interconectadas y reguladas. La bioquímica es, entonces, 'un cuadro más grande' dónde estudiamos el bosque, mientras que en la química orgánica estudiamos los árboles.