Posgrado
  1. Química Física  1.1. Termodinámica  1.1.1. Leyes de la Termodinámica  1.1.2. Entalpía y capacidad calorífica  1.1.3. Entropía y energía libre  1.1.4. Equilibrio de Fase  1.1.5. Termodinámica estadística  1.1.6. Ciclo termodinámico  1.1.7. Fugacidad y actividad  1.2. Química Cuántica  1.2.1. Principios de la mecánica cuántica  1.2.2. Ecuación de Schrödinger  1.2.3. Partícula en una caja  1.2.4. Operadores y valores propios  1.2.5. Orbitales atómicos  1.2.6. Teoría de orbitales moleculares  1.2.7. Teoría de perturbaciones  1.2.8. Teoría del enlace de valencia  1.2.9. Hibridación y enlace químico  1.3. Cinética química  1.3.1. Leyes de velocidad y mecanismos de reacción  1.3.2. Teoría de colisiones  1.3.3. Teoría del estado de transición  1.3.4. Cinética Enzimática  1.3.5. Reacciones en cadena y polimerización  1.3.6. Reacciones fotoquímicas  1.4. Mecánica estadística  1.4.1. Función de partición  1.4.2. Funciones de distribución molecular  1.4.3. Distribución de Boltzmann  1.4.4. Estadísticas de Bose–Einstein y Fermi–Dirac  1.5. Espectroscopía  1.5.1. Espectroscopía Rotacional  1.5.2. Espectroscopia Vibracional  1.5.3. Espectroscopía Electrónica  1.5.4. Espectroscopia de resonancia magnética nuclear  1.5.5. Espectrometría de Masas  1.5.6. Espectroscopía Raman  1.5.7. Espectroscopía de resonancia paramagnética electrónica  1.6. Química de superficies y coloides  1.6.1. Isoterma de absorción  1.6.2. Tensión superficial y mojado  1.6.3. Estabilidad Coloidal  1.6.4. Catalisis  1.6.5. Emulsiones y micelas  1.7. Electroquímica  1.7.1. Ecuación de Nernst  1.7.2. Células electroquímicas  1.7.3. Conductividad y movilidad  1.7.4. Guerra  1.7.5. Celdas de combustible  1.7.6. Electrólisis
  2. Química orgánica  2.1. Mecanismo de reacción  2.1.1. Reacciones de sustitución nucleofílica  2.1.2. Reacciones de adición electrofílica  2.1.3. Reacciones de eliminación  2.1.4. Reacciones de reordenamiento  2.1.5. Reacciones radicales  2.1.6. Reacciones pericíclicas  2.2. Espectroscopia y determinación estructural  2.2.1. Espectroscopía UV-Vis  2.2.2. Espectroscopia IR  2.2.3. Espectroscopía de RMN  2.2.4. Espectrometría de Masa  2.2.5. Cristalografía de rayos X  2.3. Estereoscópico  2.3.1. Quiralidad y actividad óptica  2.3.2. Análisis estructural  2.3.3. Isomería geométrica  2.3.4. Estereoquímica Dinámica  2.4. Química Organometálica  2.4.1. Reactivos de organolitio y organomagnesio  2.4.2. Reacciones de acoplamiento cruzado catalizadas por paladio  2.4.3. Complejos de metales de transición  2.4.4. Enlace metal-carbono  2.5. Química de polímeros  2.5.1. Mecanismo de polimerización  2.5.2. Características de los Polímeros  2.5.3. Polímero Biodegradable  2.5.4. Polímero conductor  2.5.5. Polímeros supramoleculares  2.6. Química medicinal  2.6.1. Diseño y desarrollo de fármacos  2.6.2. Farmacocinética y farmacodinámica  2.6.3. Relaciones estructura-actividad  2.6.4. Acoplamiento molecular y selección de fármacos
  3. Química inorgánica  3.1. Química de coordinación  3.1.1. Teoría del campo cristalino  3.1.2. Teoría del campo de ligandos  3.1.3. Serie espectroquímica  3.1.4. Quelación y estabilidad  3.2. Química Organometálica  3.2.1. Carbonilos Metálicos  3.2.2. Catalysis por complejos organometálicos  3.2.3. Metalocenos  3.3. Química bioinorgánica  3.3.1. Metaloproteínas y enzimas  3.3.2. El rol de los metales en los sistemas biológicos  3.3.3. Transporte y almacenamiento de iones metálicos  3.4. Química del estado sólido  3.4.1. Estructuras Cristalinas  3.4.2. Teoría de bandas de los sólidos  3.4.3. Superconductors  3.4.4. Defectos en el cristal  3.5. Lantánidos y Actínidos  3.5.1. Configuración electrónica en lantánidos y actínidos  3.5.2. Química de coordinación de los lantánidos  3.5.3. Propiedades Magnéticas de los Lantánidos
  4. Química analítica  4.1. Cromatografía  4.1.1. Cromatografía de Gases  4.1.2. Cromatografía Líquida de Alta Resolución  4.1.3. Cromatografía en Capa Fina  4.2. Técnicas Espectroscópicas  4.2.1. Espectroscopía de absorción atómica  4.2.2. Difracción de rayos X  4.2.3. Espectroscopía de plasma acoplado inductivamente  4.3. Métodos electroanalíticos  4.3.1. Potenciometría  4.3.2. Voltametría  4.3.3. Colometría  4.4. Espectrometría de masas  4.4.1. Técnica de Ionización  4.4.2. Patrón de Fragmentación  4.5. Chemometría  4.5.1. Análisis multidisciplinario  4.5.2. Aprendizaje Automático en Química
  5. Química Teórica y Computacional  5.1. Simulación de dinámica molecular  5.1.1. Force fields and energy minimization  5.1.2. Simulación de Monte Carlo en simulaciones de dinámica molecular  5.2. Métodos químicos cuánticos  5.2.1. Teoría de Hartree–Fock  5.2.2. Teoría del funcional de la densidad  5.2.3. Métodos semiempíricos  5.3. Diseño computacional de fármacos  5.3.1. Alineamiento Molecular  5.3.2. Modelado QSAR  5.3.3. Tamizaje Virtual
  6. Bioquímica  6.1. Enzyme Kinetics  6.1.1. Cinética de Michaelis-Menten  6.1.2. Mecanismo de inhibición  6.2. Metabolismo y Bioenergética  6.2.1. Glicólisis  6.2.2. Ciclo del ácido cítrico  6.2.3. Cadena de transporte de electrones  6.3. Biología Molecular  6.3.1. Replicación y reparación del ADN  6.3.2. La síntesis de proteínas  6.3.3. Regulación Génica  6.4. Bioquímica Estructural  6.4.1. Plegado de proteínas  6.4.2. Biofísica de Membranas
  7. Química Ambiental  7.1. Química Atmosférica  7.1.1. Gases de efecto invernadero  7.1.2. Agotamiento del ozono  7.1.3. Contaminantes del aire y humo  7.2. Química del Agua  7.2.1. pH y dureza del agua  7.2.2. Tratamiento de aguas residuales  7.2.3. Química Acuática  7.3. Química del Suelo  7.3.1. Contaminación por metales pesados  7.3.2. pH del Suelo y Amortiguación  7.3.3. Ciclo de nutrientes  7.4. Toxicología y Seguridad Química  7.4.1. Toxicocinética  7.4.2. Evaluación de Riesgos en Toxicología y Seguridad Química en Química Ambiental  7.4.3. Efectos de los contaminantes en el medio ambiente

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Espectroscopia de resonancia magnética nuclear


La espectroscopia de resonancia magnética nuclear (RMN) es una técnica analítica poderosa utilizada en química física para determinar la estructura de moléculas. Funciona basándose en las propiedades magnéticas de ciertos núcleos. La espectroscopia de RMN es particularmente útil porque proporciona información detallada sobre la estructura, dinámica, estado de reacción y entorno químico de las moléculas.

Fundamentos de la RMN

La RMN se basa en las propiedades magnéticas de los núcleos atómicos. No todos los núcleos son adecuados para el análisis de RMN; deben tener una propiedad llamada espín. Los núcleos con números atómicos o de masa impares tienen un espín nuclear neto, lo que da lugar a un momento magnético. Los núcleos más comunes estudiados por RMN son ^{1}H y ^{13}C

B₀ Dirección del Espín

Núcleos con espín en un campo magnético (B₀)

El concepto de espín

El concepto de espín nuclear es central para la RMN. El espín es una propiedad cuántica, y para la RMN, lo describimos utilizando términos como número cuántico de espín. Los núcleos con un número cuántico de espín (I) como ^{1}H (I = 1/2) tienen un momento magnético debido a su espín.

En ausencia de un campo magnético externo, los momentos magnéticos están orientados al azar. Ante la aplicación de un campo magnético (denotado como B₀), estos momentos magnéticos se alinean ya sea en paralelo u opuesto al campo. La alineación paralela es el estado de menor energía, mientras que la dirección opuesta es el estado de mayor energía.

Condición de resonancia

Cuando los núcleos son expuestos a radiación electromagnética a una frecuencia específica para su entorno magnético, pueden absorber energía y cambiar entre estados de energía. Esto es conocido como un estado de resonancia y produce una señal detectable de RMN. La frecuencia a la que esto ocurre se conoce como frecuencia de Larmor.

Baja Energía Alta Energía Frecuencia de Transición

Transiciones de nivel de energía en RMN

Interpretación de los espectros de RMN

Los espectros de RMN proporcionan varias informaciones importantes sobre la estructura molecular:

  • Desplazamiento químico: Posición en el gráfico espectral. Nos informa sobre el entorno electrónico del núcleo.
  • Multiplicidad: divisiones de señales, reflejando interacciones entre núcleos.
  • Integración: El área bajo los picos indica el número de núcleos.

Desplazamientos químicos: Los desplazamientos químicos se observan como picos en el espectro y se miden en partes por millón (ppm). Revelan el entorno alrededor del núcleo indicando efectos de protección o desprotección electrónica.

Ejemplo:
- El protón unido al carbono adyacente a un átomo electronegativo como el oxígeno estará desprotegido y desplazado hacia abajo (mayor ppm).
- Los protones aromáticos resuenan más bajo que los protones alifáticos.

Acoplamiento J y división espín-espín

El acoplamiento espín-espín entre núcleos resulta en que la señal de RMN se divida en múltiples picos, llamados "multiplos". Esta división o acoplamiento se cuantifica utilizando la constante de acoplamiento J, medida en hertz (Hz).

Ejemplo:
- Los picos pueden dividirse en dobles, tripletes, etc. debido a interacciones entre protones en átomos de carbono adyacentes en la molécula.
- Por ejemplo, considere el alcohol etílico: los protones del metilo pueden aparecer como tripletes debido al grupo vecino de los dos protones metileno.
Doble Trio Cuarteto

Ilustración de múltiples picos debido al acoplamiento J

Espectrómetros de RMN y técnicas

El espectrómetro de RMN consta de un potente imán, un transmisor y receptor de radiofrecuencia (RF), y un ordenador para analizar los datos. La muestra se coloca en un campo magnético, y se aplican pulsos de RF. Las señales resultantes se detectan y se utilizan para crear un espectro de RMN.

En la RMN moderna, se utiliza el método de la transformada de Fourier (FT-RMN) para convertir las señales del dominio del tiempo en espectros del dominio de la frecuencia, lo que es más rápido y preciso que el método continuo anterior.

Aplicaciones de la espectroscopia de RMN

La RMN se utiliza en química, bioquímica, medicina y física. Algunas aplicaciones incluyen:

  • Elucidación estructural: Determinación de la estructura de compuestos orgánicos.
  • Estudios dinámicos: Observación de movimientos e interacciones moleculares.
  • Análisis cuantitativo: Medición de concentraciones en mezclas.
  • Diagnóstico médico: Imagen por resonancia magnética en el campo médico.
Ejemplo:
- Determinar la estructura tridimensional de proteínas en solución.
- Investigar el metabolismo de carbohidratos mediante RMN de 13C en abundancia natural.

Técnicas avanzadas de RMN

Se han desarrollado varias técnicas avanzadas de RMN:

  • RMN 2D: Proporciona información sobre correlaciones entre núcleos, por ejemplo, COSY, HSQC y NOESY.
  • RMN en estado sólido: Utilizada para estudiar moléculas en formas sólidas.
  • Rotación a ángulo mágico de alta resolución (HRMAS): Útil para muestras con propiedades tanto sólidas como líquidas.

Estas técnicas amplían la capacidad de la RMN para estudiar sistemas complejos como membranas, sólidos y grandes biomoléculas.

Conclusión

La espectroscopia de resonancia magnética nuclear es una herramienta versátil y valiosa en la química moderna y campos relacionados. Su capacidad para proporcionar información detallada sobre la estructura y dinámica molecular no tiene igual en otros métodos analíticos. Con los continuos avances tecnológicos, su rango de aplicaciones continúa expandiéndose, proporcionando conocimientos sobre sistemas moleculares cada vez más complejos.


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