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
  4. Química analítica  4.1. Cromatografía  4.1.1. Cromatografía de Gases  4.1.2. Cromatografía Líquida de Alta Eficiencia  4.1.3. Cromatografía en Capa Fina  4.1.4. Cromatografía iónica  4.2. Técnicas electroanalíticas  4.2.1. Voltametría y Polarografía  4.2.2. Conductometría y potenciometría  4.2.3. Colometría  4.3. Métodos Espectroscópicos  4.3.1. Espectroscopía de absorción atómica  4.3.2. Espectroscopía de Fluorescencia  4.3.3. Difracción de rayos X  4.3.4. Espectroscopía de resonancia paramagnética electrónica  4.4. Quimiometría  4.4.1. Procesamiento de datos y métodos estadísticos  4.4.2. Análisis multidisciplinario  4.4.3. Aprendizaje Automático en Química Analítica
  5. Química Teórica y Computacional  5.1. Simulación de dinámica molecular  5.2. Métodos de química cuántica  5.3. Diseño de fármacos computacional  5.4. Aprendizaje automático en química  5.5. Dinámica molecular ab initio
  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
  7. Química de materiales  7.1. Química de polímeros  7.1.1. Mecanismo de polimerización  7.1.2. Polímeros Funcionales  7.1.3. Polímero Biodegradable  7.1.4. Polímeros conductores y semiconductores  7.2. Nanoquímica  7.2.1. Nanopartículas y nanoestructuras  7.2.2. Nanomateriales basados en carbono  7.2.3. Quantum dots  7.3. Química Energética y Ambiental  7.3.1. Química de Baterías y Pilas de Combustible  7.3.2. Química verde y materiales sostenibles  7.3.3. Fotocatálisis

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Máquinas moleculares


Las máquinas moleculares son estructuras complejas compuestas por un grupo de moléculas que trabajan juntas para realizar una función específica, al igual que las máquinas macroscópicas. El estudio de estas máquinas involucra conceptos de la química supramolecular, una rama de la química que se centra en el estudio de las fuerzas intermoleculares y los ensamblajes que forman. Este fascinante campo combina aspectos de la química, la biología y la física para diseñar estructuras moleculares funcionales que pueden imitar el funcionamiento de máquinas convencionales.

Introducción a la química supramolecular

La química supramolecular a menudo se describe como "química más allá de la molécula". Mientras que la química tradicional se centra en los enlaces entre átomos, la química supramolecular trata con las interacciones no covalentes entre moléculas. Estas interacciones incluyen enlaces de hidrógeno, coordinación metálica, fuerzas hidrofóbicas, fuerzas de van der Waals y efectos electrostáticos.

Conceptos clave

  • Química huésped-invitado: Esto involucra la interacción de dos o más moléculas, donde una actúa como anfitrión y la otra como invitada. Ejemplos típicos incluyen éteres corona que se enlazan con metales alcalinos y ciclodextrinas que capturan pequeñas moléculas orgánicas. Las interacciones huésped-invitado son fundamentales para la construcción de máquinas moleculares.
  • Autoensamblaje: Las moléculas se organizan en arquitecturas estructuradas y funcionales sin ninguna guía externa. Este fenómeno es importante para el desarrollo de máquinas moleculares porque permite que las estructuras complejas se formen espontáneamente.

Comprender las máquinas moleculares

Las máquinas moleculares son capaces de realizar trabajo cuando se les proporciona una entrada de energía. Estas funciones pueden incluir movimiento, cambio, transporte de moléculas y control de reacciones químicas. Similar a la forma en que los motores y las cintas transportadoras funcionan en el mundo macroscópico, las máquinas moleculares funcionan a escala nanométrica.

Tipos de máquinas moleculares

Se han desarrollado muchos tipos de máquinas moleculares. Aquí hay algunos ejemplos:

  • Rotaxanos: Estos están compuestos por un anillo atrapado en un eje molecular, donde el anillo puede rotar a lo largo del eje. La estructura impide que el anillo se desmonte, convirtiendo la energía externa en movimiento mecánico.
  • Catenanos: Estos contienen dos o más anillos entrelazados que pueden rotar uno en relación con el otro. Una representación química de muestra: 
    [R1]>[R2]
  • Motores moleculares: Estas moléculas experimentan rotación o movimiento direccional cuando se aplica energía. Un ejemplo de esto es la rotación unidireccional impulsada por la luz de los rotaxanos.
  • Dispositivos de cambio: Algunas moléculas pueden alternar entre estados dependiendo de estímulos externos como la luz, el pH o señales electroquímicas. Su capacidad para cambiar de estado les permite realizar acciones específicas.

Ejemplos de máquinas moleculares

1. Motor molecular

Un simple motor molecular lineal se mueve después de ser expuesto a la luz. La estructura del motor es similar a un conjunto de engranajes. Una vez que la luz incide en la molécula, absorbe energía e induce los cambios geométricos necesarios, resultando en movimiento.

2. Rotaxano

Los rotaxanos son máquinas moleculares que consisten en una "rueda" o anillo atrapado en un "husillo". La síntesis de rotaxanos a menudo implica enhebrar un anillo molecular en un husillo en presencia de grupos finales especialmente diseñados, o "tapones", que impiden que el anillo se deslice.

Los tapones en cada extremo aseguran que el anillo permanezca estacionario, permitiendo que se deslice a lo largo del eje cuando se añade energía. Los rotaxanos se han utilizado para crear elevadores moleculares, músculos y máquinas que mueven objetos.

Aplicaciones de las máquinas moleculares

El desarrollo de máquinas moleculares ha traído resultados prometedores en varios campos. Estas pueden aplicarse en la administración de fármacos, la ciencia de materiales, la nanotecnología y el almacenamiento de información. Algunas de estas aplicaciones son las siguientes:

  • Administración de fármacos: Las máquinas moleculares pueden llevar medicamentos a áreas específicas del cuerpo humano. Una vez que llegan al sitio objetivo, pueden liberar moléculas de fármaco en respuesta a estímulos específicos.
  • Nanotecnología: Las máquinas moleculares son esenciales para el avance de la nanotecnología al proporcionar soluciones para crear dispositivos a escala nanométrica. Pueden ayudar a controlar el movimiento de partes dentro de estos dispositivos.
  • Almacenamiento de datos: La demanda de almacenamiento de datos está aumentando cada año en todo el mundo. Las máquinas moleculares pueden proporcionar nuevas formas de almacenar información encendiendo y apagando interruptores a escala nanométrica.

Desafíos en el desarrollo de máquinas moleculares

A pesar de su potencial, el desarrollo de máquinas moleculares enfrenta varios desafíos:

  • Eficiencia energética: Un desafío importante es encontrar formas de convertir eficientemente la energía química o lumínica en trabajo mecánico a nivel molecular.
  • Control de precisión: Diseñar sistemas que puedan controlar precisamente la función de estas máquinas sigue siendo un desafío ambicioso.
  • Escalabilidad: Traducir la complejidad de las máquinas moleculares en aplicaciones prácticas requiere tecnologías que puedan ampliarse para la producción a gran escala.

Conclusión

Las máquinas moleculares representan la convergencia de la química y la innovación tecnológica. Operan a escala nanométrica pero tienen un enorme potencial para revolucionar la tecnología y la medicina. A medida que los investigadores avanzan en la comprensión y aprovechamiento de estas máquinas, podrían impactar profundamente la capacidad de la humanidad para interactuar y manipular materiales en las escalas más pequeñas.

El campo aún es nuevo y hay mucho por descubrir. La exploración de máquinas moleculares en la química supramolecular representa una frontera con un rico potencial para la creatividad y la innovación en la resolución de algunos de los desafíos científicos más importantes del mundo.


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