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
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Reacciones fotoquímicas


Las reacciones fotoquímicas son reacciones químicas que ocurren en presencia de luz, generalmente involucrando la absorción de fotones. Estas reacciones desempeñan un papel importante en una variedad de procesos químicos y biológicos, y son importantes en muchas áreas diferentes de la química, incluida la química orgánica.

Una reacción fotoquímica comienza cuando una molécula absorbe un cuanto de luz, a menudo representado como un fotón, y se excita de su estado fundamental a un estado de energía más alto. Este estado excitado puede hacer que la molécula participe en reacciones que normalmente no haría.

Mecanismo de las reacciones fotoquímicas

Cuando una molécula absorbe luz, se mueve de un estado de energía más bajo (estado fundamental) a un estado de energía más alto (estado excitado). Este proceso puede resumirse usando una ecuación simple:

reactivo + hν → reactivo excitado

Aquí, hν denota la energía del fotón de luz absorbido. El reactivo excitado puede someterse a varios procesos posibles:

  1. Emisión: La molécula puede volver a su estado fundamental emitiendo un fotón, un proceso conocido como fluorescencia o fosforescencia.
  2. Fragmentación: La molécula excitada puede dividirse en dos o más fragmentos.
  3. Reordenamiento: La molécula puede someterse a un reordenamiento estructural resultando en la formación de nuevos productos.
  4. Reacción con otra molécula: La molécula excitada puede reaccionar con otra molécula para formar nuevos productos.

Ejemplo: fotosíntesis

Una de las reacciones fotoquímicas más conocidas es la fotosíntesis, el proceso mediante el cual las plantas, algas y algunas bacterias convierten la energía lumínica en energía química almacenada en glucosa:

6 CO 2 + 6 H 2 O + energía lumínica → C 6 H 12 O 6 + 6 O 2

En este proceso, la clorofila absorbe luz y excita electrones que ayudan a convertir el dióxido de carbono y el agua en glucosa y oxígeno.

Tipos de estados excitados

Las moléculas pueden tener una variedad de estados excitados, principalmente estados singlete y triplete, determinados por el espín de los electrones.

Estados singlete y triplete

Estado singlete: En este estado, los espines de los electrones en el estado excitado están emparejados.

Estado singlete Estado fundamental

Estado triplete: Aquí los espines de los electrones están desapareados, y debido a su estructura es generalmente más bajo en energía que el estado singlete.

Estado triplete Estado singlete

La transición del estado singlete al estado triplete se conoce como cruce intersistema. Las reacciones en el estado triplete suelen ser más lentas que las reacciones en el estado singlete, pero pueden proceder por diferentes rutas.

Cinética de las reacciones fotoquímicas

La cinética de las reacciones fotoquímicas puede ser compleja debido a la participación de estados excitados. Estas reacciones son generalmente más rápidas que las reacciones térmicas porque involucran estados intermedios altamente reactivos.

Leyes de velocidad: Las velocidades de las reacciones fotoquímicas están afectadas por muchos factores, incluyendo la intensidad de la luz, la concentración de los reactivos y la presencia de cualquier extintor o inhibidor que pueda interactuar con los estados excitados.

Rendimiento cuántico

Un concepto importante en las reacciones fotoquímicas es el rendimiento cuántico, que mide el número de moléculas que reaccionan por fotón de luz absorbido. El rendimiento cuántico puede ayudar a determinar la eficiencia de una reacción fotoquímica.

Rendimiento cuántico (Φ) = (número de moléculas que reaccionan) / (número de fotones absorbidos)

Aplicaciones de las reacciones fotoquímicas

Las reacciones fotoquímicas tienen numerosas aplicaciones en diversos campos, incluyendo medicina, ciencia de materiales y estudios ambientales.

Fotoquímica en medicina

En medicina, las reacciones fotoquímicas son utilizadas en la terapia fotodinámica (PDT) para tratar ciertos tipos de cáncer. En este tratamiento, un agente fotosensibilizador se activa por la luz para generar especies reactivas de oxígeno que atacan y destruyen las células cancerosas.

Fotoquímica ambiental

Las reacciones fotoquímicas desempeñan un papel vital en la degradación de contaminantes en el ambiente, resultando en la desintegración de compuestos dañinos en presencia de la luz solar.

Reacciones fotoquímicas comunes en química orgánica

En química orgánica, se estudian comúnmente varias reacciones fotoquímicas, incluyendo isomerización, dimerización y diversas reacciones de adición.

Isomerización

La isomerización fotoquímica involucra la conversión de una molécula de una forma isomérica a otra tras la absorción de luz.

Ejemplo: cis-2-buteno (expuesto a la luz) → trans-2-buteno

Dimerización

La dimerización es un proceso en el cual dos moléculas se combinan para formar un dímero. En fotoquímica, puede ser inducido por luz UV.

Ejemplo: 2 moléculas de antraceno (luz UV) → dímero de antraceno

[2+2] Cicloadición

Las cicloadiciones [2+2] son una clase de reacciones donde dos alquenos o alquinos reaccionan en presencia de luz para formar productos de ciclobutano.

Ejemplo: 2 moléculas de etileno (luz UV) → ciclobutano

Explorando diagramas de energía

Los diagramas de energía pueden ayudar a visualizar las transiciones del estado fundamental al estado excitado y las posibles rutas de reacción.

Estado fundamental Estado excitado

En la figura anterior, vemos un perfil de energía con el estado fundamental y el estado excitado, mostrando el cambio de energía durante la reacción fotoquímica.

Conclusión

Las reacciones fotoquímicas son esenciales en la química orgánica y otros campos científicos debido a sus propiedades y aplicaciones únicas. Comprender los mecanismos, la cinética y las aplicaciones de estas reacciones puede proporcionar una visión de su enorme potencial y relevancia.


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