LA VITAMINA C COMO MATERIA INTERDISCIPLINAR EN QUÍMICA

LA VITAMINA C COMO MATERIA INTERDISCIPLINAR EN QUÍMICA
F. Enríquez, enriquez@uma.es
Departamento de Química Física. Facultad de Ciencias. Universidad de Málaga.
J.J. Quirante
Departamento de Química Física. Facultad de Ciencias. Universidad de Málaga.
P.L. Ramírez
IES Carlinda. CEP de Málaga.
J. Maldonado
IES Cerro del Viento. Benalmádena. Málaga.
INTRODUCCIÓN
La investigación en el ámbito universitario está adaptándose a nuevas metodologías, a fin de
dar respuesta a los diversos problemas científicos que se presentan. Asimismo, cada vez en
mayor proporción, la investigación se efectúa con grupos interdisciplinarios lo que
proporciona una nueva forma para el desarrollo de las ideas e incluso, en algunos casos, se
presenta como el único medio para resolver un problema que una sola disciplina no puede
resolver. Así pues, la enseñanza interdisciplinar (Brown,2002) constituye un importante
aspecto de desarrollo intelectual y científico, tomando cuerpo en instituciones académicas
para posibles aplicaciones de programas conjuntos donde encajan perfectamente, por ejemplo,
las opciones hacia créditos de libre configuración según los nuevos planes de estudio.
Insistiendo en lo anterior, más de un autor ha sugerido que la década de los años 90 se
reconocerá como la década de la integración (Crosby,1997). Una integración que,
fundamentalmente, se extiende a los conceptos y a las metodologías de diversas disciplinas.
Diferencias de concepciones y de enfoques de conocimientos pueden generar habilidades de
comunicación entre los alumnos. Quizás el desafío más significativo que se le presenta a un
estudiante que se inicia en la investigación es el de agrupar todos aquellos conocimientos que
va adquiriendo. Sin duda, desde el punto de vista educativo el aislamiento del estudiante en
sus adquisiciones le privará de maravillosas oportunidades que le puede proporcionar el
equipo de investigación interdisciplinaria. Es decir, que la práctica interdisciplinar exige a los
participantes el que estén abiertos a las nuevas ideas y a las nuevas formas de comunicarse
entre sí.
Además, en una formación para los tiempos que vivimos necesitaremos profesores que sepan
relacionar los principios y las leyes de la ciencia con el mundo de los estudiantes, profesores
que sepan comunicar la ciencia como vivencia y como motivación. Del mismo modo, una
formación completa en ciencias, de cara al alumno, supone un curriculum en que estén
integrados rudimentos de física, química, biología, matemáticas, etc. Concretando más,
una
formación completa en ciencias químicas supone un conjunto interdisciplinar que comprenda
todos los ámbitos de la química tanto en los campos teóricos como prácticos y
experimentales, sin olvidarse, cuando sea preciso, del cálculo computacional.
Este tipo de actividad está en la línea de los "Laboratorios integrados" que se plantearon con
ocasión de las últimas reformas llevadas a cabo en los Planes de Estudio de la Licenciatura en
Químicas y, pensamos, que pueden ser de utilidad para los alumnos siempre que lleguen a
unos conocimientos básicos de las distintas materias implicadas.
APLICACIÓN A LA VITAMINA C
Dentro de esta consideración universalista e interdisciplinar recurrimos a una sustancia muy
conocida y ampliamente utilizada que nos puede dar un enfoque globalizado de las anteriores
propuestas. Hablamos en concreto de la Vitamina C, cuyo estudio puede extenderse a un
amplio campo de la Química (Analítica, Química Física, Orgánica, ...) Bioquímica, Ciencias
de la Salud, etc., pensando en alumnos que, en la Enseñanza Universitaria (Facultades o
Escuelas) se inician en la Química.
Previo al estudio de la Vitamina C, recordamos que con el nombre genérico de Vitaminas
(Brown y otros, 1998) se designan varias sustancias químicas de naturaleza y estructura muy
diversa, pero que se reúnen en un grupo debido a su característica común de ser necesarias en
cantidades muy pequeñas para que el organismo realice sus funciones con normalidad. Las
vitaminas, asimismo, se clasifican de acuerdo con su solubilidad en agua o en grasas (aceites),
aunque algunas se disuelven en ambas. El grupo de las acuosolubles comprende el complejo
vitamínico B y la vitamina C y entre las liposolubles figuran las A, D, E y K.
Con respecto a la denominación de la sustancia que nos ocupa se emplean indistintamente el
de ácido ascórbico o vitamina C (Pauling,1980), aunque se utilice, preferentemente, la
"vitamina C" cuando se quiere destacar el papel del ácido ascórbico
como componente
nutritivo esencial, y el de "ácido ascórbico" para señalar su existencia como sustancia pura.
La vitamina C en estado puro fue obtenida por Albert Szent-Györgyi en 1928, y, aunque en
principio, la designó por ácido hexurónico, más tarde lo cambió por ácido ascórbico.
El ácido ascórbico se describe como un polvo blanco, cristalino, muy soluble en agua, con un
sabor muy similar al del zumo de naranja cuando se encuentra en solución. Asimismo, el
ácido ascórbico corriente se denomina, también, ácido L-ascórbico (Pauling, 1980),
existiendo otra sustancia, el ácido D-ascórbico que es imagen especular de la anterior pero
que no tiene la actividad de la vitamina C.
Son muchas las características y propiedades de la Vitamina C debidas, principalmente, a que
es muy termosensible y lábil a la acción del oxígeno y a las radiaciones ultravioletas,
potenciándose sus propiedades en presencia de bioflavonoides, calcio y magnesio.
Entre los procesos en los que interviene la vitamina C (Jaramillo, 2000) destacaremos los
siguientes:
•
Formación de estructuras tales como la dentina, cartílagos, colágeno y la matriz
ósea.
•
Favorece la hemostasia (mecanismo de coagulación) y la cicatrización de las
heridas.
•
Interviene en la respuesta del cuerpo al esfuerzo.
•
Fija el hierro en la hemoglobina de la sangre.
•
Ayuda a corregir la fatiga, la debilidad y el cansancio.
•
Tiene un efecto protector sobre las articulaciones, los tendones y los músculos.
•
Posee cualidades antioxidantes con las que se evita el envejecimiento y el daño
celular.
•
Es un buen antiinflamatorio y un buen antidepresivo.
Respecto a cómo se absorbe la vitamina C en el organismo diremos que ésta es absorbida por
un sistema de transporte activo localizado en el intestino y se reabsorbe a través de los
riñones.
En cuanto a su poder antioxidante (Gaby, 1991), la vitamina C protege el ADN de las células
del daño causado por los radicales libres y mutágenos, y puede ser especialmente importante
porque combate los efectos de muchas toxinas, incluyendo el ozono, el monóxido de carbono,
los hidrocarburos, pesticidas y los metales pesados. Al parecer la vitamina C rechaza a estos
contaminantes estimulando las enzimas en el hígado que destoxifican el cuerpo. En varios
estudios efectuados con la vitamina C se comprobó que ésta redujo las anormalidades del
cromosoma en trabajadores expuestos a contaminantes como el alquitrán de carbón, el
estireno, el metil metacrilato y éteres halogenados.
Insistiendo en su cualidad de antioxidante el ácido ascórbico constituye un excelente
compuesto para titulaciones yodométricas (Silva y otros, 1999; Wright, 2002) pudiendo
sustituir con muy buenos resultados a productos tradicionales utilizados en la titulación como,
por ejemplo, el tiosulfato sódico. Precisamente, la determinación de la vitamina C en
productos farmacéuticos (redoxon, cecrisina, etc.) constituye una interesante práctica de
laboratorio para alumnos de Química General. Dada su simplicidad expresamos a
continuación la citada reacción:
O
O
H
OH
CH- CH 2 OH (aq) + I2 (aq)
HO
OH
Ac. ascórbico (C6H8O 6)
O
O
H
OH
CH - CH2 OH + 2 H + (aq) + 2 I (aq)
O
O
Ac.dehidroascórbico (C6H6O 6)
El punto final de esta titulación se puede apreciar a partir de la aparición de un compuesto de
color azul-violeta oscuro.
Por último señalamos que la química computacional constituye un instrumento más que nos
permite el estudio de la vitamina C desde aspectos químico físicos, y que de hecho algunos
autores como O´Malley (2001) estudian con detalle y de una forma refinada, aunque, por su
elevado nivel pensamos que se sale de nuestro ámbito de aplicación. Sin embargo, cálculos
básicos, por ejemplo, a través de la Mecánica Molecular (MM) y orbitales moleculares (OM)
están, hoy día,
suficientemente definidos para que resulten utilizables por los alumnos tanto
para la resolución de los problemas como para la simulación de las experiencias de
laboratorio.
Para nuestro propósito de aplicación computacional se hace un estudio estructural y
energético de la molécula a través de métodos clásicos y métodos cuánticos, determinando su
geometría así como otras propiedades físicas susceptibles de ser calculadas, lo que aparece
recogido en el correspondiente poster.
Inicialmente se parte de una geometría plana y se llega a la optimización de esta geometría a
través del método MM2 (Allinger y Yuh, 1996) de Mecánica Molecular. Posteriormente y
sirviéndonos de datos obtenidos anteriormente se vuelve a optimizar la estructura, ahora,
mediante el método semiempírico AM1 (Dewar y otros, 1985). Finalmente, con el programa
Gaussian 94 (Frisch y otros, 1995) haciendo uso de un modelo teórico simple como el HF/631G*, efectuamos el cálculo Ab initio que nos permite precisar y comparar los resultados, lo
que se podrá apreciar a través de las respectivas tablas y figuras.
CONCLUSIÓN
Concluimos diciendo que lo que hemos pretendido en este estudio interdisciplinar del ácido
ascórbico o vitamina C es poner de manifiesto que sustancias ampliamente conocidas y
universalmente utilizadas pueden servirnos, en nuestra labor docente, para despertar el interés
por la Química y aumentar la motivación y curiosidad científica de los alumnos. Al mismo
tiempo se trata, también, de mostrar al alumno una más de las muchas maneras en las que la
Química tiene su impacto y aplicación en la vida diaria
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