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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Espectroscopía de Resonancia Magnética Nuclear


La espectroscopía de resonancia magnética nuclear, a menudo abreviada como espectroscopía RMN, es una herramienta analítica poderosa utilizada en química para determinar la estructura de las moléculas, comprender la dinámica molecular y obtener información cuantitativa y cualitativa sobre las muestras. Tiene una sensibilidad única al entorno local de núcleos específicos, lo que la hace excepcionalmente valiosa para elucidar la estructura molecular.

Fundamentos de la RMN

La espectroscopía RMN se basa en las propiedades magnéticas de ciertos núcleos atómicos. No todos los núcleos atómicos son adecuados para RMN. El criterio principal es que el núcleo debe tener un momento magnético intrínseco, que generalmente ocurre cuando el núcleo tiene spin distinto de cero. Un ejemplo importante es el núcleo de hidrógeno (^1H), que está abundantemente presente en compuestos orgánicos y tiene un spin de 1/2.

Cuando un núcleo con spin se coloca en un campo magnético externo, experimenta una fuerza que tiende a alinearlo con el campo. Sin embargo, debido a la mecánica cuántica, el núcleo solo puede tomar ciertas orientaciones respecto al campo magnético. La orientación más favorable energéticamente es paralela al campo magnético.

Núcleos con spin 1/2: H (^1H), C (^13C), N (^15N), P (^31P)

Cómo funciona la RMN

Cuando se coloca en un campo magnético, los núcleos pueden absorber energía y transicionar entre diferentes estados de spin. La frecuencia de energía requerida para esta transición cae en la región de radiofrecuencia del espectro electromagnético.

Esta frecuencia de resonancia, designada como ω, es proporcional a la intensidad del campo magnético aplicado y las propiedades magnéticas del núcleo. Matemáticamente, se puede expresar como:

ω=γB₀

Donde ω es la frecuencia angular, γ es la relación giromagnética y B₀ es la intensidad del campo magnético.

Herramientas y técnicas

Un espectrómetro RMN consiste en varios componentes principales: un imán fuerte para aplicar el campo magnético, un transmisor de radiofrecuencia para excitar la muestra, un receptor para detectar las señales de radiofrecuencia emitidas y una computadora para procesar los datos.

Preparación de la muestra

La muestra generalmente se disuelve en un solvente que no interfiera con el espectro RMN. Solventes deuterados, como el cloroformo deuterado (CDCl₃) o el agua deuterada (D₂O), son comúnmente utilizados porque no contienen protones que de otro modo darían lugar a señales fuertes.

Experimentos de RMN

La muestra se coloca en un campo magnético. Luego se aplican pulsos de radiofrecuencia. Estos pulsos excitan los núcleos, que transicionan a estados de mayor energía. A medida que los núcleos excitados regresan a sus estados de menor energía, emiten radiación de radiofrecuencia. El detector captura esta señal emitida.

Recolección de datos

Las señales emitidas se llaman decaimientos de inducción libre (FID), que se recogen a lo largo del tiempo. El FID es una onda sinusoidal compleja en decadencia, y su análisis forma la base del espectro RMN.

Interpretación de espectros de RMN

Los datos obtenidos de un experimento de RMN a menudo se representan como un gráfico de frecuencia contra intensidad. Los espectros ricos en características permiten un análisis profundo de las estructuras moleculares.

Desplazamiento químico

La posición de la señal en el espectro de ^1H o ^13C RMN se conoce como el desplazamiento químico. Proporciona información sobre el ambiente electrónico alrededor del núcleo. Los desplazamientos químicos se expresan en partes por millón (ppm) y se calculan en relación con un compuesto de referencia estándar, generalmente tetrasilano de metilo (TMS).

Acoplamiento spin-spin

Los núcleos en las moléculas afectan los entornos magnéticos de los demás, lo que lleva a interacciones denominadas acoplamiento spin-spin. Estas interacciones resultan en que la señal de RMN se divida en múltiples picos, llamados multipletes. La distancia entre estos picos divididos se conoce como constante de acoplamiento, expresada en hercios (Hz).

Integración

El área bajo una señal de RMN es proporcional al número de núcleos que contribuyen a esa señal. Esta información es importante para determinar el número relativo de átomos de hidrógeno en diferentes entornos químicos dentro de la molécula.

Ejemplo - Etanol

Consideremos el espectro de RMN del etanol (CH₃CH₂OH). El espectro consta de tres señales principales:

  • Un triplete correspondiente al grupo metilo (CH₃) debido al acoplamiento con el protón metileno adyacente.
  • Un cuarteto para el grupo metileno (CH₂), debido al acoplamiento del grupo metilo con tres protones.
  • Un único pico para el grupo hidroxilo (OH), que a menudo se amplía debido al rápido intercambio de protones.

Tecnologías avanzadas y aplicaciones

La espectroscopía RMN se ha expandido más allá de la RMN tradicional de ^1H y ^13C para incluir RMN bidimensional (2D), RMN multinuclear y RMN en estado sólido. Estas técnicas proporcionan una visión aún más profunda de la estructura y la dinámica molecular.

RMN 2D

Las técnicas de RMN bidimensional, como COSY (espectroscopía de correlación) y HSQC (coherencia cuántica de un solo núcleo heteronuclear), se utilizan para comprender la conectividad molecular compleja y las relaciones espaciales dentro de las moléculas. En RMN 2D, los datos se trazan en dos ejes, generalmente frecuencia frente a frecuencia, lo que proporciona información sobre interacciones protón-protón, carbono-protón y otras.

RMN Poliatómica

La espectroscopía RMN no se limita al hidrógeno y al carbono. También puede estudiar otros núcleos tales como ^15N, ^19F, ^29Si, y ^31P, cada uno de los cuales proporciona perspectivas únicas sobre el entorno y la estructura de la molécula.

Veamos ^31P RMN como un ejemplo:

  • Útil en el estudio de ligandos organofosfato y fosfina.
  • Puede proporcionar información sobre cambios químicos del fósforo, y acoplamiento fósforo-hidrógeno o fósforo-carbono.

RMN en estado sólido

En RMN en estado sólido, las muestras están en forma sólida en lugar de en solución. Esta técnica es particularmente beneficiosa para estudiar materiales tales como polímeros, proteínas y biosólidos que son difíciles de observar en solución.

Las características de la RMN en estado sólido incluyen:

  • Producción en ángulo mágico (MAS) para promediar interacciones anisotrópicas.
  • Técnicas de polarización cruzada (CP) para ampliación de señales.

Aplicaciones de la espectroscopía RMN

La espectroscopía RMN se utiliza ampliamente en diversos campos de la investigación y la industria.

Química orgánica e inorgánica

La RMN es una herramienta primaria para elucidar estructuras moleculares, confirmar compuestos sintéticos y descubrir mecanismos de reacción. También proporciona importante información sobre estereoquímica e isómeros.

Bioquímica y biología molecular

La espectroscopía RMN se utiliza para estudiar la forma y la dinámica de interacción de proteínas, ácidos nucleicos y biomoléculas complejas en solución. Es invaluable en el descubrimiento y diseño de fármacos.

Imagen médica - MRI

Un tipo de RMN utilizado en imagen médica se conoce como imagen por resonancia magnética (MRI). En MRI, radiofrecuencias e imanes fuertes crean imágenes detalladas de órganos y tejidos, que son útiles para diagnósticos e investigación médica.

Desafíos y consideraciones en la RMN

La espectroscopía RMN, a pesar de sus fuertes capacidades, presenta desafíos:

  • Sensibilidad: Algunos núcleos pueden proporcionar señales débiles que requieren concentraciones más altas o tiempos de almacenamiento más prolongados.
  • Costo y tamaño del equipo: Los espectrómetros de RMN de campo alto son costosos y ocupan mucho espacio en el laboratorio.
  • Interpretación de datos: Sacar conclusiones precisas de espectros complejos requiere un analista capacitado.

A pesar de estos desafíos, la espectroscopía RMN sigue siendo una herramienta importante en el arsenal de los químicos. Su capacidad para proporcionar información detallada sobre la estructura y la dinámica de sistemas moleculares la hace indispensable en la investigación y la industria.


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