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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Patrón de Fragmentación


La espectrometría de masas (MS) es una técnica analítica poderosa utilizada en química para identificar compuestos y determinar su estructura, peso molecular y composición. Un aspecto esencial de la espectrometría de masas es comprender los patrones de fragmentación de iones. Estos patrones proporcionan información importante sobre la estructura de la molécula y ayudan en su identificación.

La fragmentación se refiere al proceso por el cual las moléculas se descomponen en iones más pequeños y fragmentos neutros en el espectrómetro de masas. Esto generalmente ocurre cuando la molécula se ioniza, ganando o perdiendo uno o más electrones. El patrón de fragmentación es único para cada compuesto y resulta en un espectro que contiene múltiples picos. Cada pico representa iones de diferentes relaciones masa-carga (m/z), proporcionando una "huella digital" útil para la identificación de compuestos.

Ionización y proceso de fisión

En espectrometría de masas, la ionización es el primer paso importante en la creación de fragmentos. Los métodos comunes de ionización incluyen ionización por electrones (EI), ionización química (CI), ionización por electrospray (ESI) y desorción/ionización por láser asistida por matriz (MALDI). La ionización por electrones es uno de los métodos más tradicionales y aún ampliamente utilizados debido a su eficiencia en la creación de patrones de fragmentación.

En la ionización por electrones, electrones de alta energía chocan con moléculas, expulsando un electrón de la molécula y formando un ion cargado positivamente (catión radical):

    a + e⁻ → a⁺ + 2e⁻

Este catión radical a menudo está en un estado excitado, lo que provoca una mayor fragmentación en un intento de estabilizar la molécula. Cada enlace fragmentado resulta en la formación de diferentes iones fragmentados que contribuyen al patrón de fragmentación.

Tipos de fragmentación

Ruptura de enlace simple

Este tipo de fragmentación implica la ruptura de un solo enlace en la molécula, resultando en la formación de dos fragmentos: uno cargado y uno neutro. Por ejemplo, considere la fragmentación del butano:

    CH3-CH2-CH2-CH3⁺ → CH3⁺ + CH3-CH2-CH2·

Aquí, el enlace entre los dos átomos de carbono se rompe, produciendo un fragmento cargado y un radical neutro.

CH3-CH2-CH2-CH3⁺ → CH3⁺ + CH3-CH2-CH2·

Reordenamiento

Los reordenamientos implican la reorganización estructural del ion antes de la fragmentación. El reordenamiento de McLafferty es un ejemplo bien conocido, en particular en compuestos que contienen carbonilos. En este proceso, el hidrógeno gamma se transfiere al oxígeno del carbonilo, seguido de una escisión:

    R-CH2-CH2-C(=O)-R' → R-CH2-CH=O + R'

Esto resulta en la formación de un alqueno y un fragmento neutro.

R-CH2-CH=O + R'

Pérdida de pequeñas moléculas

Otro patrón común de fragmentación implica la pérdida de pequeñas moléculas neutras como agua, amoníaco o metanol. Por ejemplo, en los alcoholes, la fragmentación puede seguir este camino:

    2H2O

Como resultado, el pico correspondiente al ion R⁺ aparece en el espectro de masas y se resta la masa de la molécula de agua de la masa de la molécula original.

Interpretación de los patrones de fragmentación

La interpretación de los patrones de fragmentación puede ser compleja. Lo principal es entender qué enlaces posibles pueden romperse y cómo estos se relacionan con la estructura molecular. Los analistas a menudo buscan ciertos picos característicos, tales como:

  • Pico de ion molecular ([M]⁺): La relación masa-carga indica la molécula ionizada intacta.
  • Pico base: El pico de mayor intensidad en el espectro, que representa el ion fragmento más estable.
  • Picos que corresponden a fragmentos comunes, como CH3⁺ (masa 15), OH⁺ (masa 17), etc.

Estudio de caso: Análisis de fragmentación de un compuesto orgánico

Analicemos un compuesto aromático simple como el benceno usando espectrometría de masas. El patrón de fragmentación esperado incluye:

  • Pico de ion molecular: El ion benceno intacto aparece como el pico de ion molecular C6H6⁺.
  • Fisión de enlaces simples: La ruptura de enlaces carbono-carbono conduce a la formación de iones fragmentados de menor masa.

La interpretación de los patrones implica considerar posibles estructuras y razonar sobre las masas de los iones resultantes.

C6H6⁺ patrón

Por qué importan los patrones de fragmentación

Comprender los patrones de fragmentación es esencial por varias razones:

  1. Elucidación estructural: La fragmentación proporciona pistas sobre la estructura de una molécula, lo cual es especialmente útil para moléculas orgánicas complejas.
  2. Identificación de compuestos: Cada compuesto tiene un patrón característico, que puede compararse con espectros conocidos para su identificación.
  3. Comprensión del comportamiento químico: Los estudios sobre fragmentación son fundamentales para comprender cómo se descomponen las moléculas en diferentes condiciones, lo que es útil en áreas como estudios de desintegración y estabilidad.

Desafíos y limitaciones

Uno de los principales desafíos en la interpretación de los patrones de fragmentación es la complejidad y el número de posibles fragmentos que pueden surgir de una sola molécula. Además, los isómeros pueden producir espectros muy similares, complicando la identificación precisa. La determinación estructural inequívoca a menudo requiere el uso de técnicas complementarias como la RMN o la espectroscopía IR.

Tecnologías avanzadas

Técnicas avanzadas de espectrometría de masas, como la espectrometría de masas en tándem (MS/MS), ayudan a superar algunas de las limitaciones del análisis básico de fragmentación. En MS/MS, los iones se fragmentan aún más después de la separación inicial, permitiendo un análisis estructural más detallado.

En general, la espectrometría de masas ofrece un poder inigualable en el análisis estructural, y comprender los patrones de fragmentación es una piedra angular de la química analítica. Al dominar este campo, los químicos pueden obtener información sobre la estructura y el comportamiento molecular, lo cual puede tener aplicaciones en la investigación, la industria y más allá.


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