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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Catalysis por complejos organometálicos


La química organometálica es un campo que investiga compuestos químicos que contienen al menos un enlace entre un metal y un átomo de carbono. Estos compuestos cierran la brecha entre la química inorgánica y orgánica y tienen muchas aplicaciones, especialmente en catálisis. La catálisis por complejos organometálicos es un campo esencial porque involucra una amplia gama de transformaciones químicas importantes para la industria, como la polimerización, hidrogenación y reacciones de oxidación.

Entendiendo la catálisis

Primero, entendamos qué es la catálisis. La catálisis es un proceso en el cual la tasa de una reacción química aumenta por la presencia de una sustancia llamada catalizador. Es importante destacar que el catalizador no se consume en la reacción, lo que significa que puede continuar facilitando la reacción una y otra vez. Los catalizadores proporcionan una ruta de reacción alternativa con una energía de activación más baja.

Ejemplo de una reacción catalítica simple

Reactivos (A + B) --(catalizador)--> Productos (C)

En la ecuación anterior, el catalizador ayuda a A y B a convertirse en C más rápidamente o bajo condiciones más suaves de lo que sería posible de otra manera.

¿Qué son los complejos organometálicos?

Los complejos organometálicos son moléculas en las que átomos de metal o iones están unidos a grupos orgánicos. El enlace entre el metal y el átomo de carbono puede ser covalente o tener un carácter parcialmente iónico. Los metales de transición, como el níquel, el paladio y el platino, generalmente se incluyen porque pueden exhibir múltiples estados de oxidación y formar geometrías complejas que facilitan las actividades catalíticas.

Características de los complejos organometálicos

  • Existen enlaces metal-carbono.
  • Tienen estados de oxidación y números de coordinación variables.
  • Esto normalmente incluye metales del bloque d como Rh, Ni y Pt.
  • Permiten la creación de sitios activos para la catálisis.

Veamos cómo se utilizan estos complejos en la catálisis y destaque sus habilidades únicas que les permiten ayudar en una variedad de reacciones químicas.

Mecanismo de catálisis por complejos organometálicos

El mecanismo por el cual los complejos organometálicos actúan como catalizadores a menudo involucra varios pasos importantes, incluyendo coordinación, adición oxidativa, inserción migratoria y eliminación reductora. Cada paso desempeña un papel diferente en la conversión eficiente de reactivos en productos.

1. Coordinación

La coordinación es el paso inicial donde las moléculas de ligando (reactivos) se adhieren al centro metálico en un complejo organometálico. Este enlace prepara las moléculas para una mayor transformación. La flexibilidad de los metales de transición para cambiar estados de coordinación permite que este proceso ocurra sin problemas.

[MLn] + RX → [MLn(RX)]

En esta ecuación, RX representa un reactivo que se une al metal M en el complejo. L son otros ligandos que ya están unidos a M

2. Adición oxidativa

La adición oxidativa es un paso importante donde el metal en el complejo aumenta su estado de oxidación al agregar una molécula de reactivo a su centro metálico. Este paso a menudo forma enlaces metal-carbono y metal-X.

M + RX → M(R)(X)

Por ejemplo, en la adición oxidativa de yoduro de metilo a un complejo de paladio, el estado de oxidación del paladio aumenta mientras forma enlaces con el grupo metilo y el yoduro.

3. Inserción migratoria

La inserción migratoria ocurre después de la adición oxidativa e involucra el movimiento de un ligando, como un hidruro o grupo alquilo, a un sitio de coordinación vacío, formando a menudo un enlace metal-carbono. Este paso crea intermedios complejos, que preparan el escenario para reacciones de adición.

M(R)(X) → M(XR)

La inserción migratoria desempeña un papel importante en las reacciones de polimerización, como la polimerización de Ziegler–Natta, donde los complejos de metal–carbeno se insertan en los enlaces dobles carbono–carbono.

4. Eliminación reductora

La eliminación reductora es a menudo el paso final del ciclo catalítico, donde el ligando se elimina del centro metálico para formar una nueva entidad molecular. Este proceso reduce el estado de oxidación del metal, permitiendo que el catalizador recupere su forma original.

M(XR) → M + RX

Este paso completa el ciclo catalítico y permite que el complejo organometálico regenerado participe en otro ciclo catalítico.

Aplicaciones del mundo real

1. Hidrogenación

Las reacciones de hidrogenación añaden hidrógeno a múltiples enlaces como alquenos y alquinos, convirtiéndolos en compuestos saturados como alquenos. Los complejos organometálicos como el catalizador de Wilkinson RhCl(PPh₃)₃ son bien conocidos por catalizar eficientemente estas reacciones.

2. Polimerización

Los catalizadores de Ziegler-Natta, que consisten principalmente en titanio y aluminio, facilitan la polimerización de olefinas, produciendo polietileno y polipropileno. Estos materiales tienen aplicaciones importantes en la fabricación de plásticos.

3. Reacciones de acoplamiento cruzado

Las reacciones de acoplamiento cruzado, como las reacciones de Suzuki o Heck, combinan dos moléculas orgánicas diferentes para formar un nuevo enlace carbono-carbono. Los complejos de paladio y níquel sirven como los principales catalizadores en estas transformaciones, que son importantes en la producción de productos farmacéuticos y productos químicos finos.

Ventajas de usar catalizadores organometálicos

  • Alta eficiencia catalítica: Hacen posibles reacciones que no podrían ocurrir en condiciones estándar o requerirían condiciones extremas sin un catalizador.
  • Especificidad y selectividad: Pueden controlar el proceso de reacción para obtener productos estereoquímicos o regioisoméricos específicos.
  • Reutilización: Como catalizadores, permanecen sin cambios después de la reacción, lo que los hace reutilizables durante muchos ciclos.

Desafíos y direcciones futuras

A pesar de las muchas ventajas de los complejos organometálicos como catalizadores, los desafíos incluyen toxicidad, alto costo y preocupaciones ambientales asociadas con los residuos metálicos. La investigación se enfoca en desarrollar catalizadores más sostenibles que sean menos costosos, menos tóxicos y más amigables con el medio ambiente.

Desarrollo de catalizadores verdes

Se están realizando intentos para crear complejos organometálicos que usen metales más abundantes y menos tóxicos como el hierro y el cobalto. Estos desarrollos prometen reducir costos y minimizar impactos ambientales.

Ampliar el alcance de la respuesta

Los investigadores están trabajando para ampliar la gama de reacciones que pueden ser catalizadas utilizando complejos organometálicos, con el objetivo de un mayor rendimiento, velocidades de reacción aumentadas y una aplicabilidad más amplia a diferentes clases de sustratos.

Conclusión

La catálisis por complejos organometálicos es un campo emergente e importante en la química, con importantes aplicaciones industriales. Aunque ofrecen un enorme potencial debido a su alta especificidad, eficiencia y capacidad para catalizar una amplia variedad de reacciones, aún quedan desafíos relacionados con el costo, la toxicidad y el impacto ambiental por abordar. Se espera que futuras innovaciones conduzcan a sistemas catalíticos más sostenibles y eficientes, los cuales avanzarán tanto la industria como la investigación académica en el campo de la química.


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