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Charla «Un curso acelerado de química orgánica» de TEDxUIdaho en español.
Jakob Magolan está aquí para cambiar nuestra idea de la química orgánica. En esta charla accesible y llena de gráficos impresionantes, Magolan nos enseña los conceptos básicos, al mismo tiempo que rompe con el estereotipo de que la química orgánica es algo de temer.
- Autor/a de la charla: Jakob Magolan
- Fecha de grabación: 2017-05-06
- Fecha de publicación: 2018-07-06
- Duración de «Un curso acelerado de química orgánica»: 953 segundos
Traducción de «Un curso acelerado de química orgánica» en español.
Quisiera que se preguntaran qué es lo que sienten cuando oyen las palabras «química orgánica».
¿Qué les viene a la mente?
En casi todas las universidades se dicta una materia llamada Química Orgánica, y es una dura y pesada introducción al tema.
Es un aluvión de información que abruma a los alumnos y hay que aprobarla sí o sí para ser médico o dentista o veterinario.
Y por eso hay tantos alumnos que ven a esta ciencia así: como un obstáculo en su camino.
Le temen, la odian y dicen que es una «materia filtro».
Qué cosa tan cruel para hacerle a los jóvenes: «filtrarlos».
Esta percepción se extendió más allá del campus hace tiempo.
Estas dos palabras provocan una ansiedad universal.
Pero encanta esta ciencia y creo que el lugar que le hemos dado es inexcusable.
No es bueno para la ciencia, no es bueno para la sociedad, y yo no creo que tenga que ser así.
Y con esto no quiero decir que el curso debería ser más fácil.
No debería serlo.
Pero la idea que Uds.
tienen de estas dos palabras…
[química orgánica] no debería depender de la experiencia de los aspirantes a medicina que francamente están pasando por una etapa de mucha tensión.
Así que hoy estoy aquí porque creo que vale la pena saber lo básico de química orgánica y creo que puede ser accesible para todos, y hoy me gustaría demostrarlo.
¿Me dejan intentarlo?
Público: ¡Sí! Jakob Magolan: Muy bien, ¡allá vamos!
(Risas)
Acá tengo uno de esos autoinyectores «EpiPen» que son tan caros.
Contiene una droga llamada epinefrina.
La epinefrina puede reiniciar el corazón o detener una reacción alérgica que podría ser mortal.
Basta con una de estas inyecciones aquí.
Sería como darle arranque al mecanismo de lucha o huida del cuerpo.
Me subiría el pulso y la presión para irrigar rápidamente los músculos.
Se me dilatarían las pupilas.
Sentiría una oleada de fuerza.
La epinefrina le ha salvado la vida a muchas personas.
Es como un pequeño milagro que se puede asir con la mano.
Aquí tienen la estructura química de la epinefrina.
La química orgánica se ve así.
Son solo rayas y letras.
Para la mayoría, no dicen nada.
Quiero mostrarles lo que veo yo cuando miro esa imagen.
Yo veo un objeto físico que tiene profundidad y partes giratorias, y se está moviendo.
Esto se llama «compuesto» o «molécula», y está formado por 26 átomos unidos por enlaces químicos.
Esta configuración única de átomos identifica la epinefrina, pero nunca nadie vio una de estas moléculas porque son muy pequeñas, así que digamos que esto es una impresión artística.
Quiero explicarles lo pequeñas que son.
Aquí tengo menos de medio miligramo de epinefrina disuelta en agua.
Es la masa de un grano de arena.
Aquí hay un trillón de moléculas de epinefrina.
Son 18 ceros.
No es un número fácil de visualizar.
¿Siete mil millones de personas en el planeta?
¿Tal vez 400 000 millones de estrellas en nuestra galaxia?
Ni cerca.
Para estar más o menos en el rango deberíamos imaginarnos todos los granitos de arena, en todas las playas, en el fondo de todos los océanos y lagos, y reducirlos hasta hacerlos entrar aquí.
La epinefrina es tan pequeña que nunca la vamos a ver, ni siquiera con un microscopio, pero sabemos qué aspecto tiene porque se deja ver a través de algunas máquinas sofisticadas con nombres complicados como «espectrómetros de resonancia magnética nuclear».
Así que, visible o no, conocemos muy bien esta molécula.
Sabemos que está hecha de cuatro átomos diferentes, hidrógeno, carbono, oxígeno y nitrógeno, y los identificamos con estos colores.
Todo nuestro universo está hecho de pequeñas esferas llamadas átomos.
Son unos 100 ingredientes básicos, hechos de tres partículas más pequeñas: protones, neutrones y electrones.
Organizamos los átomos en esta tabla tan conocida.
Le damos un nombre y un número a cada uno.
Pero la vida que conocemos no los necesita todos; solo necesita este pequeño grupo.
Y hay cuatro átomos en particular que se destacan del resto como los componentes principales de la vida, y son los mismos que hay en la epinefrina: hidrógeno, carbono, nitrógeno y oxígeno.
Lo que voy a decirles ahora es lo más importante.
Cuando estos átomos se unen para formar moléculas lo hacen siguiendo ciertas reglas.
El hidrógeno forma un enlace, el oxígeno siempre forma dos, el nitrógeno tres y el carbono cuatro.
Eso es todo.
HONC…
uno, dos, tres, cuatro.
Si pueden contar hasta cuatro y si pueden escribir «honc» se van a acordar de esto por el resto de sus vidas.
(Risas)
Aquí tengo cuatro tazones con estos ingredientes.
Podemos usarlos para formar moléculas.
Empecemos con la epinefrina.
Los enlaces entre los átomos están hechos de electrones.
Los átomos se unen usando los electrones como brazos: dos electrones por enlace, como un apretón de manos.
Y como tal, no es permanente: pueden soltar un átomo y agarrar otro.
Es lo que se llama una reacción química: cuando los átomos cambian de pareja y forman nuevas moléculas.
La estructura de la epinefrina está hecha mayormente de átomos de carbono, lo que es habitual.
El carbono es el material estructural favorito de la vida porque forma un buen número de enlaces con la cantidad justa de fuerza y agarre.
Por eso se dice que la química orgánica es el estudio de las moléculas de carbono.
Ahora, si formamos las moléculas más pequeñas posibles, poniendo las reglas en evidencia, tienen nombre conocidos: agua, amoníaco y metano, H2O, NH3 y CH4.
Las palabras «hidrógeno», «oxígeno» y «nitrógeno» —usamos las mismas palabras para estas tres moléculas con dos átomos cada una— todavía siguen las reglas porque tienen uno, dos y tres enlaces respectivamente.
Por eso el oxígeno se llama O2.
Puedo mostrarles la combustión.
Aquí está el dióxido de carbono, CO2.
Pongamos agua y oxígeno encima, y unos combustibles inflamables al lado.
Los combustibles son solo hidrógeno y carbono, así que los llamamos hidrocarburos, porque somos muy creativos.
(Risas)
Al chocar estos contra las moléculas de oxígeno, como lo hacen en el motor de sus coches o en sus parrillas cuando hacen asado, liberan energía y se reagrupan, y cada átomo de carbono termina en el medio de una molécula de CO2, agarrado a dos oxígenos, y todos los hidrógenos forman moléculas de agua, y todos siguen las reglas.
No son optativas, ni siquiera para moléculas más grandes, como estas tres.
Esta es nuestra vitamina favorita junto a nuestra droga favorita,
(Risas)
y la morfina, una de las historias más importantes de la medicina.
Fue la primera victoria de la medicina sobre el dolor físico.
Cada molécula tiene su historia y están todas publicadas.
Fueron escritas por científicos y las leen otros científicos, así que tenemos formas de representar esto rápidamente en papel, y tengo que enseñarles cómo hacerlo.
Ponemos la epinefrina plana sobre el papel y luego reemplazamos todas las esferas con letras.
Luego los enlaces que están sobre el papel se convierten en líneas, y los enlaces que sobresalen se convierten en triangulitos, sólidos o rayados indicando la profundidad.
Los carbonos no los dibujamos; los escondemos para ahorrar tiempo.
Los representan los ángulos entre los enlaces, y también escondemos los hidrógenos que están unidos a un carbono.
Sabemos que están ahí cuando vemos un carbono con menos de cuatro enlaces.
Lo último que hacemos son los enlaces entre OH y NH.
Los eliminamos para que quede más prolijo, y eso es todo.
Esta es la forma profesional de dibujar moléculas.
Esto es lo que ven en las páginas de Wikipedia.
Con un poco de práctica creo que todos Uds.
podrían hacerlo.
Pero por hoy, esto es la epinefrina.
O la adrenalina, que es lo mismo.
La producen las glándulas adrenales.
Todos Uds.
tienen esta molécula circulando por su cuerpo.
Es una molécula natural.
Este autoinyector les daría rápidamente otro trillón.
(Risas)
La epinefrina puede extraerse de las glándulas adrenales de las ovejas o del ganado, pero esto no viene de ahí.
Esta epinefrina está hecha en una fábrica uniendo moléculas más pequeñas que vienen principalmente del petróleo.
Esto es 100 % sintético.
Y esa palabra, «sintético», a veces nos inquieta.
No es como la palabra «natural», que nos hace sentir seguros.
Pero no hay ninguna diferencia entre estas dos moléculas.
No estamos hablando de dos coches que salen de una línea de ensamblaje.
Un coche puede estar rayado, pero no se puede rayar un átomo.
Estas dos cosas son idénticas, de un modo surrealista y casi matemático.
En esta escala atómica, la matemática se acerca mucho a la realidad.
Y una molécula de epinefrina…
no recuerda sus orígenes.
Simplemente es lo que es.
Y una vez que te la aplicas, las palabras «natural» y «sintética» ya no tienen ninguna importancia.
La naturaleza sintetiza esta molécula como lo hacemos nosotros, solo que la naturaleza lo hace mucho mejor.
Antes de que hubiera vida en la tierra, todas las moléculas eran pequeñas y simples: dióxido de carbono, agua, nitrógeno.
Tan solo cosas simples.
Eso cambió con la aparición de la vida.
La vida trajo fábricas de biosíntesis que funcionan con luz solar, y en su interior hay pequeñas moléculas chocándose entre sí y formando otras más grandes: carbohidratos, proteínas, ácidos nucleicos, una multitud de creaciones espectaculares.
La naturaleza inventó la química orgánica, y su creación también llena el cielo con el oxígeno que respiramos, ese oxígeno de alta energía.
Todas estas moléculas contienen energía solar.
La almacenan como baterías.
Así que la naturaleza está hecha de compuestos químicos.
Tal vez Uds.
puedan ayudarme a recuperar la palabra «químico», porque nos la han robado.
No quiere decir «tóxico» ni «dañino», y no quiere decir «antinatural» o «hecho por el hombre».
Son simplemente «cosas»,
¿bien?
(Risas)
No existe el carbón libre de químicos.
Es ridículo.
(Risas)
Y me gustaría aclarar otra palabra.
La palabra «natural» no quiere decir «seguro», y todos Uds.
lo saben.
Muchos de los compuestos químicos de la naturaleza son bastante tóxicos, otros son deliciosos, y algunos son las dos cosas:
(Risas)
tóxicos y deliciosos.
La única forma de saber si algo hace daño es probarlo, y no me refiero a Uds.
Me refiero a toxicólogos profesionales.
Existe gente así, están bien entrenados y Uds.
deberían confiar en ellos como yo.
Las moléculas de la naturaleza abundan.
Incluso hay algunas que se descompusieron creando esa mezcla negra llamada petróleo.
Nosotros refinamos estas moléculas.
No tienen nada antinatural; nosotros las purificamos.
Como dependemos de ellas para obtener energía, quiere decir que cada uno de esos carbonos se convierte en una molécula de CO2, un gas de efecto invernadero que está arruinando el clima.
Tal vez algunas personas aceptarían esta realidad más fácilmente si entendieran esta química; no lo sé.
Pero esas moléculas no son solo combustibles fósiles.
También son la materia prima más barata disponible para hacer lo que llamamos síntesis.
Las estamos usando como bloques de LEGO.
Hemos aprendido a conectarlas y a separarlas muy controladamente.
Yo mismo lo he hecho muchas veces y todavía me sorprende que sea posible.
Lo que hacemos es como armar LEGO metiendo cajas de bloques dentro de una lavadora, pero funciona.
Podemos hacer moléculas que son réplicas de la naturaleza, como la epinefrina, o podemos crear nuestras propias moléculas de cero, como estas dos.
Una de estas alivia los síntomas de la esclerosis múltiple; la otra cura un cáncer de la sangre que se llama linfoma de células T.
Una molécula con el tamaño y la forma adecuados es como una llave en un cerrojo, y cuando entra, interfiere con la química de la enfermedad.
Así funcionan las drogas.
Naturales o sintéticas, no son más que moléculas que calzan justo en un lugar importante.
Pero la naturaleza es mucho mejor que nosotros, y hace moléculas mucho más impresionantes, como esta.
Se llama vancomicina.
Una bestia majestuosa dotada de dos átomos de cloro como si fueran unos pendientes.
Encontramos la vancomicina en un charco de barro en la selva de Borneo en 1953.
La hace una bacteria.
No podemos sintetizarla económicamente en un laboratorio.
Es demasiado complicado, pero podemos recolectarla en su fuente natural, y lo hacemos, porque este es uno de los antibióticos más potentes.
Cada día se publica el descubrimiento de una nueva molécula.
Las fabricamos o las encontramos en cada rincón del planeta.
De ahí vienen las drogas, y por eso los médicos tienen poderes…
(Risas)
para curar infecciones mortales y demás.
Ser médico hoy en día es como ser un caballero en armadura resplandeciente.
Pelean batallas con coraje y compostura, pero bien equipados.
Así que no olvidemos el papel del herrero en esta imagen, porque sin el herrero, la cosa sería diferente,
¿no?
(Risas)
Pero esta ciencia va más allá de la medicina.
Está en los aceites, los solventes, los sabores, los tejidos, todo el plástico, los almohadones donde están sentados.
Todo eso se fabrica a base de carbono, o sea que todo eso es química orgánica.
Es una ciencia que abarca mucho.
Hay muchas cosas que hoy no mencioné: el fósforo, el azufre y los otros átomos, y por qué forman enlaces como lo hacen, y la simetría, y los pares de electrones solitarios, y los átomos con carga, y las reacciones y sus mecanismos, etcétera, etcétera, etcétera.
Y la síntesis, lleva tiempo aprenderla.
Pero no vine aquí a enseñarles química orgánica, tan solo quería mostrárselas, y para eso tuve mucha ayuda de un joven llamado Weston Durland.
Uds.
ya lo vieron.
Es un estudiante de química y también es muy bueno haciendo gráficos animados.
(Risas)
Así que Weston diseñó todas las moléculas animadas que vieron hoy.
Queríamos hacer una demostración usando gráficos como estos para ayudar a presentar esta ciencia compleja.
Pero nuestro objetivo principal era mostrarles que la química orgánica no es algo de temer.
En el fondo, no es más que una ventana a través de la cual podemos ver mejor la abundante belleza del mundo natural.
Gracias.
(Aplausos)
https://www.ted.com/talks/jakob_magolan_a_crash_course_in_organic_chemistry/