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
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  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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Reacciones pericíclicas


Las reacciones pericíclicas son un área fascinante de estudio en la química orgánica, caracterizadas por la reorganización coordinada de electrones a través de estados de transición cíclicos. Estas reacciones son únicas en que proceden sin intermedios, ocurren a través de un único mecanismo coordinado, y suelen ser inducidas por calor o luz. Comprender las reacciones pericíclicas requiere una comprensión de conceptos como los orbitales moleculares y la simetría, y su estudio involucra la regla de Woodward-Hoffmann y el enfoque Dever-Zimmerman.

Características de las reacciones pericíclicas

Una característica fundamental de las reacciones pericíclicas es su naturaleza coordinada, lo que significa que los procesos de ruptura y formación de enlaces ocurren simultáneamente. Este carácter "simultáneo" contrasta con los mecanismos por etapas que implican intermedios discretos. Las reacciones pericíclicas implican la redistribución de electrones π en la matriz cíclica de orbitales que interactúan, a menudo haciéndolas estereoespecíficas, manteniendo o traduciendo la estereoquímica de los reactivos a los productos de una manera predecible.

Tipos de reacciones pericíclicas

Las reacciones pericíclicas se pueden dividir en varios tipos. Cada tipo se define por la naturaleza de los cambios de enlace y el mecanismo involucrado:

  • Reacciones de cicloadicción: En estas reacciones, dos moléculas insaturadas se combinan para formar un producto cíclico. El ejemplo más famoso es la reacción de Diels-Alder, que es una cicloadicción [4+2].
  • Reacciones electrocycliques: En estas, los polienos conjugados se convierten en productos cíclicos formando enlaces sigma o descomponiendo el compuesto cíclico en polienos.
  • Reordenamiento sigmatrópico: Implica la transferencia del átomo o grupo σ-enlazado con un cambio concurrente en la posición de los enlaces π.
  • Reacciones queletropicas: Estas son versiones especiales de reacciones de cicloadicción en las que se forman o rompen dos enlaces en el mismo átomo.

Reacciones de cicloadicción

Las reacciones de cicloadicción implican la unión de dos o más moléculas insaturadas para formar productos cíclicos, y generalmente se clasifican según el número de electrones involucrados. La notación habitual es cicloadicción [m+n], donde m y n son el número de electrones aportados por cada reactivo. La reacción de Diels-Alder es la reacción prototípica de cicloadicción [4+2]:

CH2=CH-CH=CH2 + CH2=CH2 → Ciclohexeno

Esto se puede visualizar de la siguiente manera:

En la reacción de Diels-Alder, un dieno reacciona con un dienófilo para formar un anillo de seis miembros. Es una de las herramientas sintéticas más poderosas en la química orgánica debido a su capacidad para crear rápidamente sistemas de anillos complejos con alta estereoespecificidad.

Reacciones cicloelctroicas

Las reacciones cicloelectroicas implican la conversión de un polieno conjugado a una estructura cíclica o viceversa. La reacción es a menudo térmica (inducida por calor) o fotoquímica (inducida por luz) por naturaleza. Por ejemplo:

cis,cis-1,3,5-hexatrieno → ciclohexadieno

La reacción cicloelectroica observada aquí se puede visualizar de la siguiente manera:

Aquí, un enlace π se transforma en un enlace σ sobre un eje de rotación de simetría, resultando en el cierre o apertura del círculo.

Reordenamiento sigmatrópico

Los reordenamientos sigmatrópicos implican la migración de átomos o grupos σ-enlazados a lo largo de la estructura π-enlazada correspondiente de la misma molécula. Un ejemplo de esto es el reordenamiento sigmatrópico [3,3] conocido como el reordenamiento de Cope:

1,5-hexadieno ↔ 1,5-hexadieno

Aquí hay un ejemplo visual:

Este reordenamiento implica la transferencia de un átomo de hidrógeno o un grupo alquilo entre átomos de carbono, cambiando la valencia, mientras el sistema permanece intacto.

Reacciones queletropicas

Las reacciones queletropicas se centran en la formación de dos enlaces sigma en el mismo átomo. Un ejemplo de tal reacción es la reacción del dióxido de azufre (SO2) con butadieno:

CH2=CH-CH=CH2 + SO2 → Sulfoleno

El siguiente diagrama muestra un ejemplo de una reacción queletropica:

En las reacciones queletropicas, el átomo central pasa por un estado excitado donde puede hacer o romper dos enlaces simultáneamente, llevando a la formación de productos específicos como compuestos cíclicos o que contienen azufre.

Reglas de Woodward–Hoffmann

Las reglas de Woodward-Hoffmann definen la estereoquímica de las reacciones pericíclicas y se basan en el principio de conservación de la simetría orbital. Muestran que el orden de la reacción pericíclica está controlado por las propiedades de simetría de los orbitales de frontera (más ocupados y menos desocupados). Las reglas predicen si un proceso pericíclico en particular estará permitido bajo condiciones térmicas o fotoquímicas.

Condiciones térmicas y fotoquímicas

Varias condiciones afectan la simetría y el comportamiento de los electrones en los orbitales moleculares:

  • Reacciones térmicas: Estas implican interacciones entre moléculas a altas temperaturas. Las reacciones permitidas implican la conservación de los orbitales σ y suelen ser inducidas térmicamente.
  • Reacciones fotoquímicas: Estas implican la excitación de electrones por radiación lumínica, cambiando su energía y comportamiento, y llevan a reacciones que están prohibidas por simetría bajo condiciones térmicas.

Enfoque de Dewar–Zimmerman

El enfoque Dever-Zimmerman, o teoría del estado de transición aromático, proporciona una explicación alternativa a las reglas de simetría orbital. Este enfoque visualiza las reacciones pericíclicas en términos de la aromaticidad del estado de transición y enfatiza el efecto de la red cíclica de orbitales que interactúan. Mapear estas interacciones puede ayudar a comprender la estabilidad y la humectabilidad del estado de transición.

Conclusión

Las reacciones pericíclicas son una parte integral de la química orgánica y proporcionan un método único para construir entidades moleculares complejas con estereoquímica específica. Desde los principios fundamentales que gobiernan la simetría orbital hasta las aplicaciones prácticas en síntesis, el estudio de las reacciones pericíclicas une la química teórica y experimental, mejorando nuestra comprensión y expandiendo las posibilidades dentro del campo.


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