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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Quiralidad y actividad óptica


La estereoquímica es una subdisciplina de la química que involucra el estudio de las disposiciones espaciales de los átomos en las moléculas y sus efectos en las propiedades físicas y químicas de estas sustancias. Dos conceptos principales fundamentales para la estereoquímica son la quiralidad y la actividad óptica. Estos conceptos son importantes para comprender el comportamiento de varias moléculas en sistemas biológicos y otros entornos químicos.

Comprendiendo la quiralidad

La palabra quiralidad proviene de la palabra griega "cheir", que significa mano. Así como nuestras manos son imágenes especulares pero no pueden superponerse, las moléculas quirales son aquellas que no pueden superponerse a su imagen especular. Las moléculas son quirales si no tienen un plano interno de simetría.

A B

Tome el ejemplo de una molécula en la que un átomo de carbono central está unido a cuatro sustituyentes diferentes. Tal átomo de carbono se llama un centro quiral o estereocentro. El ejemplo más simple de una molécula quiral es un átomo de carbono unido a cuatro grupos diferentes como hidrógeno, cloro, bromo y yodo.

* *  / C —— /  * *
* *  / C —— /  * *

Un ejemplo notable de esto es el ácido láctico, que tiene la siguiente estructura:

CH₃ | HC-OH | COOH
CH₃ | HC-OH | COOH

El ácido láctico existe en dos formas enantioméricas, (R)-ácido láctico y (S)-ácido láctico. Estos enantiómeros son imágenes especulares no superponibles. La presencia de un centro quiral (un átomo de carbono unido a cuatro grupos diferentes) hace posible que el ácido láctico exista en estas dos formas diferentes.

Actividad óptica

La actividad óptica es una propiedad de las sustancias quirales donde rotan el plano de polarización de la luz polarizada en un plano. Esta es una característica clave que distingue a los compuestos quirales de sus contrapartes aquirales. La actividad óptica surge porque la disposición espacial de los átomos afecta cómo interactúan con la luz polarizada.

Luz polarizada rotación óptica

Cuando la luz polarizada en un plano pasa a través de una solución que contiene una molécula quiral, el ángulo de rotación del plano se puede medir utilizando un polarímetro, un instrumento diseñado para este propósito. La dirección y el grado en que la luz es rotada ayudan a determinar la naturaleza del compuesto quiral:

  • Un compuesto dextrorotatorio o (+) rota la luz en el sentido de las agujas del reloj.
  • Un compuesto levorotatorio o (-) rota la luz en dirección contraria a las agujas del reloj.

El grado de rotación depende de varios factores, incluida la longitud de la trayectoria de la luz a través de la solución, la concentración del compuesto quiral y la rotación específica, que es una propiedad inherente del compuesto quiral particular.

Matemáticas de la actividad óptica: rotación específica

La rotación específica [α] de un compuesto quiral se calcula utilizando la fórmula:

[α] = (α_obs) / (l × c)
[α] = (α_obs) / (l × c)
  • [α] = rotación específica
  • α_obs = rotación observada en grados
  • l = longitud de la celda en decímetros
  • c = concentración de la muestra en gramos por mililitro

Enantiómeros y diastereoisómeros

Los enantiómeros son moléculas quirales que son imágenes especulares una de la otra. Cada enantiómero de un par rotará la luz polarizada en un plano en la misma cantidad pero en direcciones opuestas. Así, si la forma (+) de un enantiómero rota la luz +5°, la forma (-) la rotará -5°.

Otra categoría de estereoisómeros que es importante para comprender la quiralidad son los diastereoisómeros. A diferencia de los enantiómeros, los diastereoisómeros no son imágenes especulares entre sí y tienen diferentes propiedades físicas. Las moléculas con múltiples centros quirales pueden tener múltiples estereoisómeros, porque estos centros pueden adoptar diferentes configuraciones posibles.

Por ejemplo, el ácido tartárico tiene dos centros quirales y puede existir en los siguientes estereoisómeros:

HOOC-CHOH-CHOH-COOH (2R,3R) HOOC-CHOH-CHOH-COOH (2S,3S) HOOC-CHOH-CHOH-COOH (2R,3S) HOOC-CHOH-CHOH-COOH (2S,3R)
HOOC-CHOH-CHOH-COOH (2R,3R) HOOC-CHOH-CHOH-COOH (2S,3S) HOOC-CHOH-CHOH-COOH (2R,3S) HOOC-CHOH-CHOH-COOH (2S,3R)

(2R,3S) y (2S,3R) son un par de enantiómeros, mientras que (2R,3R) y (2S,3S) son otro par de enantiómeros. (2R,3R) es un diastereoisómero de (2R,3S) y (2S,3R), y viceversa.

Mezcla racémica

Una mezcla racémica, o racemato, es una mezcla que contiene ambos enantiómeros de una molécula quiral en cantidades iguales. En tal mezcla, la actividad óptica se cancela porque un enantiómero rota la luz en una dirección, mientras que el otro la rota en la misma cantidad en la dirección opuesta. El resultado es una mezcla ópticamente inactiva a pesar de la presencia de moléculas quirales.

RC*-A + SC*-A ⇒ Racemato
RC*-A + SC*-A ⇒ Racemato

Las mezclas racémicas son comunes en la industria química, particularmente en la producción de medicamentos sintéticos, donde ambos enantiómeros se producen inicialmente en cantidades iguales. A menudo se necesitan estrategias como la resolución quiral o la síntesis asimétrica para separar los enantiómeros o sintetizar específicamente uno sobre el otro, ya que a menudo solo un enantiómero es biológicamente activo o tiene el efecto deseado.

Aplicaciones e importancia de la quiralidad

La quiralidad es un concepto extremadamente importante en los sistemas biológicos y en la industria farmacéutica. Los dos enantiómeros de un fármaco quiral pueden tener efectos muy diferentes en el cuerpo. Uno puede tener un efecto beneficioso mientras que el otro puede ser ineficaz o incluso perjudicial.

Medicamentos

Muchos medicamentos son quirales, y su eficacia y seguridad dependen en gran medida de su estereoquímica. Por ejemplo, se descubrió que un enantiómero del fármaco talidomida era un potente sedante, mientras que el otro causaba graves defectos de nacimiento. Este caso trágico subraya la importancia de una rigurosa evaluación de la quiralidad en el diseño y administración de medicamentos.

Industria del sabor y la fragancia

La quiralidad también afecta el sabor y el aroma de las sustancias. Por ejemplo, los dos enantiómeros de carvona tienen diferentes olores. Uno huele a menta, mientras que el otro huele a alcaravea. Estas diferencias se deben a la naturaleza quiral de los sitios receptores en el sistema olfativo, que interactúan de manera diferente con cada enantiómero.

(R)-carvona: Olor a menta (S)-carvona: Olor a alcaravea
(R)-carvona: Olor a menta (S)-carvona: Olor a alcaravea

Moléculas biológicas

En la naturaleza, la mayoría de las biomoléculas tales como azúcares y aminoácidos son quirales y existen principalmente en una forma enantiomérica. Por ejemplo, los aminoácidos en las proteínas son predominantemente L-enantiómeros. La homoquiralidad de las moléculas biológicas juega un papel importante en la estructura y función de las proteínas y, por extensión, en la fisiología de los organismos vivos.

Conclusión

Entender la quiralidad y la actividad óptica es importante en el campo de la química orgánica. Estos conceptos no solo afectan el comportamiento físico y químico de las moléculas, sino que también tienen profundas implicaciones en una variedad de campos como la farmacéutica, sabores, fragancias y biología. Al dominar los principios de la quiralidad, los químicos pueden idear mejores síntesis de compuestos enantioméricamente puros y avanzar en desarrollos en muchos campos científicos e industriales.


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