Doctorado
  1. Química inorgánica  1.1. Química de coordinación  1.1.1. Teoría del campo de ligandos  1.1.2. Teoría del campo de cristales  1.1.3. Teoría del Orbital Molecular para Compuestos de Coordinación  1.1.4. Estabilidad de los compuestos de coordinación  1.1.5. Espectros electrónicos de compuestos de coordinación  1.1.6. Isomería en Compuestos de Coordinación  1.1.7. Cinética y mecanismo de reacciones de coordinación  1.2. Química Organometálica  1.2.1. Carbonilos Metálicos  1.2.2. Alquilo y arilo metálico  1.2.3. Carbenos de Fischer y Schrock  1.2.4. Añadido Oxidativo y Eliminación Reductiva  1.2.5. Hidruros Metálicos  1.2.6. Catalysis por compuestos organometálicos  1.2.7. Metalocénicos y Complejos Sandwich  1.2.8. CH activation  1.3. Química del estado sólido  1.3.1. Estructuras y redes cristalinas  1.3.2. Teoría de bandas y propiedades eléctricas  1.3.3. Defectos en el cristal  1.3.4. Síntesis de materiales en estado sólido  1.3.5. Propiedades magnéticas y ópticas de los sólidos  1.3.6. Superconductividad  1.3.7. Ionics de estado sólido  1.4. Química bio-inorgánica  1.4.1. Metaloproteínas y enzimas  1.4.2. Transporte y almacenamiento de iones metálicos  1.4.3. El papel de los metales en la medicina  1.4.4. Catalización bioinspirada  1.4.5. Interacciones Metal-ADN  1.4.6. Complejos metálicos en la ciencia médica  1.5. Lantánidos y actínidos  1.5.1. Configuración electrónica y estados de oxidación en lantánidos y actínidos  1.5.2. Propiedades Espectrales y Magnéticas en Lantánidos y Actínidos  1.5.3. Separación y Extracción de Lantánidos y Actínidos  1.5.4. Química de coordinación de los elementos del bloque f  1.6. Main Group Chemistry  1.6.1. Química de los compuestos de boro  1.6.2. Química de los compuestos de silicio y germanio  1.6.3. Química de los Compuestos de Fósforo y Azufre  1.6.4. Química organosilícica  1.6.5. Química de Gases Nobles
  2. Química orgánica  2.1. Mecanismo de reacción  2.1.1. Reacciones de sustitución nucleofílica  2.1.2. Reacciones de adición y sustitución electrofílica  2.1.3. Reacciones de eliminación  2.1.4. Reacciones de reordenamiento  2.1.5. Reacciones radicales  2.1.6. Reacciones Pericíclicas  2.1.7. Reacciones fotoquímicas  2.2. Estereoscópico  2.2.1. Quiralidad y actividad óptica  2.2.2. Análisis estructural  2.2.3. Efectos estereolectrónicos  2.2.4. Síntesis asimétrica  2.2.5. Estereoquímica dinámica  2.3. Química Organometálica en la Síntesis Orgánica  2.3.1. Reactivos de organolitio y organomagnesio  2.3.2. Reacciones de acoplamiento catalizadas por metales de transición  2.3.3. Reacciones catalizadas por paladio  2.3.4. Metátesis de olefinas  2.3.5. Catalización de oro y plata  2.4. Química de productos naturales  2.4.1. Alcaloides y terpenoides  2.4.2. Esteroides y Flavonoides  2.4.3. Síntesis total de productos naturales  2.4.4. Biosíntesis de productos naturales  2.5. Química Supramolecular  2.5.1. Química huésped-invitado  2.5.2. Autoensamblaje y reconocimiento molecular  2.5.3. Catalisis Supramolecular  2.5.4. Máquinas moleculares
  3. Química Física  3.1. T termodinámica  3.1.1. Leyes de la Termodinámica  3.1.2. Potencial Químico y Equilibrio  3.1.3. Termodinámica estadística  3.1.4. Termodinámica de no equilibrio  3.2. Química Cuántica  3.2.1. Ecuación de Schrödinger y sus aplicaciones  3.2.2. Teoría de orbitales moleculares  3.2.3. Teoría del funcional de la densidad  3.2.4. Métodos post-Hartree–Fock  3.3. Cinética química  3.3.1. Teoría de la velocidad de reacción  3.3.2. Mechanism and rate laws  3.3.3. Catalisis y cinética enzimática  3.3.4. Dinámica de reacción  3.4. Espectroscopía y estructura molecular  3.4.1. Espectroscopia Infrarroja  3.4.2. Espectroscopia UV-visible  3.4.3. Espectroscopía de Resonancia Magnética Nuclear  3.4.4. Espectrometría de Masas  3.4.5. Espectroscopía Raman  3.5. Química de Superficies y Coloides  3.5.1. Absorción y Catálisis  3.5.2. Surfactantes y micelas  3.5.3. Estabilidad Coloidal  3.5.4. Nanomateriales e Interfaces
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  6. Biofísica y Química Medicinal  6.1. Descubrimiento y diseño de fármacos  6.2. Cinética enzimática e inhibición  6.3. Enfoque de biología química  6.4. Interacciones proteína-ligando  6.5. Química bioortogonal
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Teoría del campo de ligandos


La teoría del campo de ligandos (LFT) es un concepto en la química de coordinación que ayuda a explicar la estructura y propiedades de los complejos metálicos. Esta teoría es una modificación de la teoría del campo cristalino (CFT), que proporciona información sobre las propiedades magnéticas, el color y la estructura de los complejos de coordinación. La teoría del campo de ligandos incorpora ideas de la teoría de orbitales moleculares, que describen la unión, estructura y niveles de energía de los compuestos de coordinación.

Antecedentes y desarrollo

El desarrollo de la teoría del campo de ligandos comenzó como una extensión y refinamiento de la teoría del campo cristalino previamente desarrollada. CFT se centró principalmente en el efecto de las cargas eléctricas de los ligandos (pares de electrones no enlazantes) en los orbitales d de los iones de metales de transición, lo que lleva a la división de los niveles de energía de los orbitales d. Sin embargo, LFT tiene en cuenta tanto las contribuciones iónicas como las covalentes a la unión metal-ligando.

Comprensión de la teoría del campo cristalino

Antes de profundizar en LFT, es importante entender los conceptos básicos de CFT. En CFT, los ligandos se aproximan como cargas puntuales y el ion metálico central se ve como una esfera positiva. Cuando los ligandos se acercan a un ion metálico, afectan la energía de los orbitales d del ion metálico. Este efecto causa una división de los energías degeneradas de los orbitales d, dando lugar a dos conjuntos: conjuntos t 2g y e g en un complejo octaédrico.

    eg ------ Orbitales d de mayor energía (dx^2-y^2 y dz^2) ↑ | Δ ↓ t2g ------ Orbitales d de menor energía (dxy, dyz, dxz)

Para los complejos tetraédricos, la división es la opuesta:

    t2 ------ Orbitales d de mayor energía (dxy, dyz, dxz) ↑ | Δ ↓ e ------ Orbitales d de menor energía (dx^2-y^2, dz^2)

De la teoría del campo cristalino a la teoría del campo de ligandos

Si bien CFT proporcionó una buena explicación para muchas propiedades, no abordó los aspectos covalentes de la unión metal-ligando. LFT surgió para cerrar esta brecha al incorporar elementos de la teoría de orbitales moleculares, considerando tanto las interacciones de enlace sigma (σ) como las interacciones de enlace pi (π) entre los ligandos y los iones metálicos.

Marco de orbitales moleculares

En LFT, los orbitales moleculares se forman combinando orbitales atómicos tanto del metal como de sus ligandos. Estos pueden visualizarse en los siguientes pasos:

  1. Construcción de orbitals de grupo de ligandos

    Los orbitales atómicos del ligando que se combinan con los orbitales d del metal se consideran como orbitales de grupo de ligandos. Estos orbitales se construyen a partir de orbitales atómicos de ligandos que son simétricos respecto al eje metal-ligando.

  2. Formación de orbitales moleculares

    Los orbitales moleculares se forman por la combinación de estos orbitales de grupo de ligandos con los orbitales del ion metálico. Generalmente, se forman enlaces sigma y pi dependiendo de la orientación y la simetría de los orbitales interactuantes.

  3. Energía y ocupación de electrones

    Los niveles de energía de estos orbitales moleculares dependen de la fuerza de interacción del enlace. Los orbitales moleculares llenos describen el escenario de enlace, que afecta el color y las propiedades magnéticas del compuesto.

Enlace Sigma vs Pi en LFT

Uno de los avances importantes de LFT es la inclusión de ambas interacciones sigma y pi:

  • Enlace sigma - implica la superposición de los orbitales s o p del ligando con los orbitales d del metal. Esto afecta principalmente a los orbitales t 2g en complejos octaédricos. La donación sigma generalmente resulta en un aumento en la energía del orbital debido a que los electrones se colocan en orbitales antienlazantes.

  • Enlace pi - Las interacciones pi pueden involucrar donación pi o retrodonación pi. En la donación pi, los orbitales del ligando llenos donan a los orbitales d vacíos del metal. En la retrodonación pi, los orbitales d llenos del metal se superponen con los orbitales pi* vacíos del ligando. Estas interacciones tienen un efecto profundo en las propiedades del complejo, influyendo en la distribución de electrones y los niveles de energía.

Ejemplos de Diferentes Complejos de Coordinación

Para ilustrar estos conceptos, considere los siguientes ejemplos, que destacan los efectos de diferentes patrones de partición e interacciones de campo de ligandos:

    [Cr(H2O)6]^{3+}: - Complejo Octaédrico - Alta Espín - Ligandos de campo débil (H2O) - Ocupación: t2g^3 eg^0 [Fe(CN)6]^{3-}: - Complejo Octaédrico - Baja Espín - Ligandos de campo fuerte (CN^-) - Ocupación: t2g^5 eg^0

Impacto en las propiedades

Con LFT, obtenemos una comprensión más completa de las diversas propiedades físicas y químicas de los compuestos de coordinación:

Color

Los colores de los compuestos de coordinación surgen de las transiciones d-d, que ocurren entre los orbitales d divididos debido a la energía de absorción de luz incidente. La naturaleza de los ligandos influye fuertemente en estas transiciones. En iones complejos, los ligandos de campo fuerte generalmente absorben longitudes de onda de luz más cortas, lo que resulta en la transmisión de luz en el espectro rojo.

Propiedades Magnéticas

La disposición de los electrones del ion metálico en estados de alta y baja espín afecta directamente las propiedades magnéticas. Los complejos de alta espín (ligandos de campo débil) muestran momentos magnéticos más altos debido a más electrones desapareados. En contraste, los complejos de baja espín (ligandos de campo fuerte) exhiben momentos magnéticos más bajos.

Serie Espectroquímica

La serie espectroquímica clasifica a los ligandos según su fuerza de campo (capacidad para dividir los orbitales d). Algunos ejemplos incluyen:

    I^- < Br^- < S^2- < SCN^- < Cl^- < NO3^- < F^- < OH^- < C2O4^2- < H2O < NCS^- < py < NH3 < en < bipy < phen < NO2^- < PPh3 < CN^- < CO

Los ligandos en el lado izquierdo producen campos débiles y divisiones pequeñas, mientras que los ligandos en el lado derecho producen campos fuertes y divisiones grandes.

Conclusión

La teoría del campo de ligandos desempeña un papel vital en el avance de nuestra comprensión de la química de coordinación. Al proporcionar información sobre las contribuciones iónicas y covalentes y mejorar los modelos simplificados de campo cristalino, LFT explica una amplia gama de propiedades y fenómenos relacionados con los complejos metálicos. Esta comprensión mejora nuestra capacidad para diseñar y usar complejos metálicos en una variedad de aplicaciones que van desde la catálisis hasta la ciencia de materiales.


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