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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Química Organometálica


La química organometálica es un campo interdisciplinario que combina la química orgánica con la química inorgánica. Implica el estudio de compuestos químicos que contienen enlaces entre carbono y metal. Estos átomos de metal pueden incluir una amplia gama de elementos, pero los metales de transición son los más estudiados debido a su amplia gama de aplicaciones y propiedades únicas. Los compuestos organometálicos juegan un papel importante tanto en los procesos industriales como en el desarrollo de nuevos materiales y productos químicos.

Definición y alcance

Los compuestos organometálicos se caracterizan por la presencia de al menos un enlace entre un átomo de carbono de una molécula orgánica y un metal. Estos compuestos pueden representarse con la fórmula general RM, donde R es un grupo orgánico, y M es un metal. Los metales involucrados pueden ser de casi todos los grupos de la tabla periódica, incluidos elementos del grupo principal como aluminio o estaño, metales de transición como hierro, paladio y platino, e incluso lantánidos y actínidos.

Historia y desarrollo

La historia de la química organometálica se remonta al siglo XVIII, aunque los desarrollos más importantes ocurrieron en los siglos XIX y XX. Uno de los primeros compuestos organometálicos, conocido como la sal de Zeise (tricloro(etileno) platino (II) potásico), se sintetizó en 1827 y allanó el camino para nuevos estudios. En el siglo XX, el descubrimiento del ferroceno [Fe(C 5 H 5 ) 2 ] marcó el inicio de una nueva era en la química organometálica, abriendo la puerta a nuevas investigaciones en el campo de los compuestos sándwich.

Estructura y relaciones

La estructura y el enlace en los compuestos organometálicos son diversos y dependen en gran medida de la naturaleza del metal y los grupos orgánicos unidos a este. Los enlaces entre carbono y metales pueden variar desde altamente iónicos hasta covalentes. La configuración electrónica, el tamaño, el estado de oxidación y las preferencias de coordinación del metal afectan la naturaleza de estos enlaces.

Enlaces covalentes y iónicos

Para los metales del grupo principal, el enlace covalente es predominante. Sin embargo, los metales de transición interactúan con el carbono de manera más compleja a través de orbitales d. Los compuestos organometálicos de metales de transición pueden exhibir enlaces sinérgicos donde el metal dona densidad electrónica a los orbitales π del ligando mientras simultáneamente recibe densidad electrónica en sus orbitales d en un mecanismo de retro-donación.

[ML n ]

Ejemplo: Ferroceno

El ferroceno es un ejemplo clásico de un compuesto organometálico con una estructura "sándwich".

[Fe(η 5 -C 5 H 5 ) 2 ] [Fe(η 5 -C 5 H 5 ) 2 ]

En el ferroceno, el átomo de hierro está entrelazado entre dos anillos de ciclopentadienilo. Esta interacción implica un enlace η 5, lo que significa que cada anillo C 5 H 5 dona cinco electrones de su sistema π al metal.

Esta configuración resulta en un compuesto fuerte y estable, lo cual es típico de los complejos de metal con ciclopentadienilo.

Tipos de compuestos organometálicos

Los compuestos organometálicos se clasifican según el tipo de enlace metal-carbono presente en ellos:

  • Compuestos organometálicos covalentes: Estos contienen predominantemente enlaces covalentes, como los compuestos basados en metales tales como litio, magnesio y aluminio.
  • Compuestos de inserción migratoria: Estos involucran la migración de un ligando enlazado por σ, como un hidruro o un grupo alquilo, a un ligando insaturado coordinado adyacente.
  • π-Complejos: Compuestos en los cuales el metal está coordinado con los electrones π de una molécula insaturada, como alquenos, alquinos y arenos.

Síntesis de compuestos organometálicos

Se utilizan varios métodos para preparar compuestos organometálicos:

Síntesis directa

Esto implica la reacción entre un metal y un haluro orgánico u otro compuesto orgánico. Por ejemplo, el reactivo de Grignard RMgX se produce por reflujo de magnesio con un haluro alquilo o arilo.

Transmetalación

Este método implica transferir un metal de un marco organometálico a otro, a menudo utilizando sales del otro metal.

Acoplamiento reductivo

Este proceso implica el acoplamiento de dos grupos orgánicos en presencia de un metal reductor, formando un compuesto organometálico.

Ejemplo: Reacción de Grignard

La reacción de Grignard es un ejemplo clásico de síntesis organometálica en química orgánica.

La reacción es la siguiente:

R-Br + Mg → R-Mg-Br

Donde R es un grupo alquilo y Br es un halógeno.

Aplicaciones de los compuestos organometálicos

La química organometálica tiene amplias aplicaciones en diversos campos:

  • Catalización: Los catalizadores organometálicos se utilizan en muchos procesos industriales. Estos productos químicos permiten que las reacciones ocurran bajo condiciones suaves y aumentan la selectividad del resultado. Por ejemplo, los catalizadores de Ziegler-Natta se utilizan en la polimerización del etileno y el propileno.
  • Medicina: Algunos compuestos organometálicos se han desarrollado para usos medicinales, como el cisplatino, que es un fármaco eficaz contra el cáncer.
  • Ciencia de materiales: Los organometálicos son esenciales en la síntesis de electrónica y materiales avanzados.

Para los procesos catalíticos, un ejemplo clásico es la polimerización de olefinas catalizada por alquilos de titanio y aluminio, conocidos como catalizadores de Ziegler-Natta:

La reacción simplificada involucra:

[TiCl 4 ] + Al(C 2 H 5 ) 3 → Especies catalíticas activas

La adición de etileno resulta en la formación de polietileno:

n(CH 2 =CH 2 ) → -[CH 2 CH 2 ] n -

Desafíos y protección

A pesar de sus aplicaciones, los compuestos organometálicos a menudo presentan desafíos de manejo y estabilidad. Algunos son altamente reactivos, sensibles al aire o tóxicos. Se deben tomar precauciones adecuadas durante su síntesis y manejo, como trabajar en condiciones de atmósfera inerte (por ejemplo, nitrógeno o argón). El equipo de protección y los protocolos adecuados son esenciales para prácticas seguras en el laboratorio.

Direcciones futuras

La ciencia de la química organometálica está en continua evolución, con investigaciones centradas en desarrollar nuevos compuestos y procesos catalíticos que sean más sostenibles, eficientes y aplicables a sistemas complejos como los que se encuentran en organismos biológicos. También se están logrando avances para entender y utilizar metales abundantes en la Tierra para reducir la dependencia de metales costosos y raros.

En resumen, la química organometálica sirve como un puente importante entre la química orgánica e inorgánica. Abre una caja de herramientas versátil para que los químicos exploren la formación de enlaces y la reactividad, abriendo diversas aplicaciones que van desde la síntesis industrial hasta el desarrollo de nuevos materiales y agentes terapéuticos.


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