Pregrado
  1. Química general  1.1. Introducción a la Química  1.2. Estructura atómica  1.2.1. Partículas subatómicas  1.2.2. Modelo Atómico  1.2.3. Números cuánticos  1.2.4. Configuración Electrónica  1.2.5. Tendencias periódicas  1.2.6. Isotopes and their applications  1.3. Enlace químico  1.3.1. Enlace iónico  1.3.2. Enlaces covalentes  1.3.3. Enlace Metálico  1.3.4. Hibridación  1.3.5. Geometría molecular y teoría VSEPR  1.3.6. Polaridad del enlace y momento dipolar  1.4. Estequiometría  1.4.1. Concepto de mol  1.4.2. Fórmula empírica y molecular  1.4.3. Reactante limitante y reactante en exceso  1.4.4. Porcentaje de Rendimiento y Pureza  1.4.5. Cálculo de dilución  1.5. Estados de la materia  1.5.1. Leyes de los Gases  1.5.2. Materia y Fuerzas Intermoleculares  1.5.3. Estructuras Sólidas y Cristalinas  1.5.4. Diagrama de fases  1.5.5. Plasma y fluido supercrítico  1.6. Reacciones químicas  1.6.1. Tipos de Reacciones Químicas  1.6.2. Balanceo de ecuaciones químicas  1.6.3. Reacciones termoquímicas  1.6.4. Perfiles de energía de reacción  1.7. Soluciones y mezclas  1.7.1. Unidades de concentración  1.7.2. Propiedades del síndrome  1.7.3. Solubilidad y Reglas de Solubilidad  1.7.4. La ley de Henry y la ley de Raoult  1.7.5. Coeficiente de partición  1.8. Equilibrio químico  1.8.1. La ley de acción de masas  1.8.2. El principio de Le Chatelier  1.8.3. Cociente de reacción  1.8.4. Para usar esta calculadora en línea para la constante de equilibrio, ingrese la constante de equilibrio (Eq.) y presione el botón de calcular. Aquí es cómo se puede explicar el cálculo de la constante de equilibrio con los valores de entrada dados -> 0.05 = 0.05/0.  1.8.5. Equilibrio ácido-base  1.9. Ácidos y bases  1.9.1. Definiciones de Arrhenius, Brønsted–Lowry y Lewis  1.9.2. pH y pOH  1.9.3. Titulación ácido-base  1.9.4. Solución Buffer  1.9.5. Indicador ácido-base  1.9.6. Polyprotic Acids and Bases  1.10. Electroquímica  1.10.1. reacciones redox  1.10.2. Celdas Galvánicas y Electrolíticas  1.10.3. Ecuación de Nernst  1.10.4. Electrólisis  1.10.5. Leyes de Faraday de la electrólisis  1.11. Termodinámica  1.11.1. Leyes de la Termodinámica  1.11.2. Entalpía, entropía y energía libre de Gibbs  1.11.3. Espontaneidad de las reacciones  1.11.4. Ciclos termodinámicos (Ley de Hess, ciclo de Carnot)  1.12. Cinética  1.12.1. La ley de velocidad y el orden de reacción  1.12.2. Energía de Activación y Catalizador  1.12.3. Teoría de colisiones  1.12.4. Mecanismo de reacción  1.12.5. Teoría del estado de transición
  2. Química orgánica  2.1. Estructura y relaciones  2.1.1. Hibridación en Compuestos de Carbono  2.1.2. Resonancia y aromatización  2.1.3. Orbitales moleculares  2.1.4. Efectos inductivo y mesomérico  2.2. Hidrocarburos  2.2.1. Hidrocarburos  2.2.2. Alqueno  2.2.3. Alquinos  2.2.4. Compuestos aromáticos  2.2.5. Cicloalcanos y Conformación  2.3. Grupo Funcional  2.3.1. Alcoholes y fenoles  2.3.2. Éteres y epóxidos  2.3.3. Aldehídos y cetonas  2.3.4. Ácidos carboxílicos y derivados  2.3.5. Aminas  2.3.6. Ésteres y amidas  2.3.7. Tioles y sulfuros  2.4. Estereoscópico  2.4.1. Isomería en Estereoquímica  2.4.2. Quiralidad y actividad óptica  2.4.3. Análisis estructural  2.4.4. Diastereómeros y Enantiómeros  2.5.1. Reacciones de sustitución  2.5.2. Reacciones de eliminación  2.5.3. Reacciones de adición  2.5.4. Reacciones radicales  2.5.5. Reacciones de reordenamiento  2.5.6. Reacciones Pericíclicas  2.6. Espectroscopía y análisis estructural  2.6.1. Espectroscopía Infrarroja  2.6.2. Espectroscopía por resonancia magnética nuclear  2.6.3. Espectrometría de masas  2.6.4. Espectroscopia UV-visible  2.6.5. Cristalografía de rayos X  2.7. Química de polímeros  2.7.1. Polímeros de Adición y Condensación  2.7.2. Mecanismo de polimerización  2.7.3. Polímero biodegradable  2.7.4. Polímeros conductores e inteligentes
  3. Química inorgánica  3.1. Química de coordinación  3.1.1. Ligandos y compuestos de coordinación  3.1.2. Teoría del campo cristalino  3.1.3. Teoría de Orbitales Moleculares en Compuestos de Coordinación  3.1.4. Distorsión de Jahn–Taylor  3.2. Química del grupo principal  3.2.1. Metales alcalinos y alcalinotérreos  3.2.2. Halógenos y Gases Nobles  3.2.3. Los metales de transición y sus complejos  3.2.4. Lantánidos y Actínidos  3.3. Solid state chemistry  3.3.1. Redes cristalinas y celdas unitarias  3.3.2. Defectos en sólidos  3.3.3. Propiedades eléctricas y magnéticas  3.3.4. Superconductividad  3.4. Química bioinorgánica  3.4.1. Iones metálicos en biología  3.4.2. Reacciones enzimáticas con metales  3.4.3. Intoxicación por metales y desintoxicación  3.4.4. Metaloproteínas y Metaloenzimas
  4. Química física  4.1. Química Cuántica  4.1.1. Dualidad onda-partícula  4.1.2. Ecuación de Schrödinger  4.1.3. Números Cuánticos y Orbitales  4.1.4. Espectroscopía atómica y molecular  4.2. Mecánica estadística  4.2.1. Distribución de Maxwell–Boltzmann  4.2.2. Funciones de partición  4.2.3. Estadísticas de Bose-Einstein y Fermi-Dirac  4.3. Termodinámica química  4.3.1. Energía Libre de Gibbs  4.3.2. Transición de fase  4.3.3. Eficiencia termodinámica  4.4. Química de superficies  4.4.1. Absorción y Catálisis  4.4.2. Coloides y Emulsiones
  5. Química Analítica  5.1. Métodos clásicos  5.1.1. Análisis Gravimétrico  5.1.2. titrímetro  5.2. Métodos instrumentales  5.2.1. Cromatografía  5.2.2. Espectroscopía  5.2.3. Métodos electroanalíticos  5.2.4. Difracción de rayos X
  6. Química Industrial  6.1. Petroquímica  6.2. Principios de ingeniería química  6.3. Química Verde  6.4. Farmacéuticos y Síntesis de Medicamentos
  7. Bioquímica  7.1. Carbohidratos  7.2. Proteínas y enzimas  7.3. Lípidos y membranas  7.4. Ácidos nucleicos  7.5. Metabolismo y Bioenergética  7.6. Cinética enzimática y mecanismo

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Análisis estructural


El análisis estructural es un concepto importante en la estereoquímica, particularmente en el campo de la química orgánica. Implica el estudio de los diferentes arreglos espaciales de átomos en una molécula que surgen de la rotación alrededor de enlaces simples. Estos diferentes arreglos, o conformaciones, pueden tener efectos significativos en las propiedades físicas y químicas de las moléculas. Este análisis es importante porque nos ayuda a entender el comportamiento de las moléculas en diferentes ambientes, las rutas estereoquímicas que prefieren y su reactividad química. Antes de pasar a moléculas más complejas, el tipo más simple de análisis estructural puede explicarse utilizando el etano como modelo.

Conceptos básicos

Antes de profundizar en el análisis conformacional, es necesario entender algunos conceptos básicos:

  • Conformación: La conformación es un arreglo específico de átomos en una molécula que puede cambiarse a otros arreglos mediante la rotación alrededor de enlaces simples.
  • Ángulo diedro: El ángulo entre dos planos que se intersectan, que, en el contexto del análisis conformacional, suele estar entre átomos o grupos enlazados a átomos de carbono adyacentes.

Isómeros conformacionales del etano

El etano, C_2H_6, es la molécula más simple para estudiar en el análisis conformacional. La molécula puede rotar libremente alrededor del enlace simple carbono-carbono, formando diferentes conformaciones.

        HH
         ,
          CC
         ,
        HH

En el etano, las dos conformaciones más importantes son las conformaciones alternadas y eclipsadas:

Conformación alternada

En la conformación alternada, los átomos de hidrógeno en un carbono están ubicados a la máxima distancia de los átomos de hidrógeno en el carbono adyacente. Esta conformación es energéticamente favorable porque minimiza las interacciones repulsivas electrón-electrón entre los átomos de hidrógeno.

Estructura asumida

En la forma eclipsada, los átomos de hidrógeno en un carbono se alinean directamente con los átomos de hidrógeno en el carbono opuesto. Esto resulta en un aumento de la repulsión entre las nubes de electrones, haciendo que la forma eclipsada tenga mayor energía y sea menos estable que las formas alternadas.

Diagrama de energía potencial

El diagrama de energía potencial puede utilizarse para mostrar los cambios de energía que ocurren cuando el etano rota alrededor de un enlace carbono-carbono. Como un modelo describe los cambios conformacionales en el etano de alternado a eclipsado y de regreso, el diagrama se asemeja a una onda:

    energía __ __
                  ,
                  ,
    |_____________|_________|__________ ángulo diedro
      0° (60° - alternado) 120° 180° (240° - alternado) 300° 360°

El diagrama muestra un mínimo en las estructuras alternadas y un máximo en las estructuras eclipsadas. La diferencia de energía entre estas estructuras suele ser pequeña, pero lo suficientemente significativa como para afectar la reactividad química y las propiedades.

Análisis conformacional del butano (C4H10)

El butano es otra molécula que a menudo se utiliza para ilustrar el análisis conformacional. Es más complejo que el etano debido a la presencia de un enlace carbono-carbono adicional. Considere la rotación alrededor del enlace simple central (el enlace C2-C3):

        HH
         ,
          CC
         ,
        C–C
         ,
          HH

Simulación anti y gauche

Las dos formas más importantes del butano son las formas anti y gauche:

Anti: La conformación anti ocurre cuando los dos grupos metilo en átomos de carbono adyacentes están separados 180 grados. Esta es la conformación en silla con menor energía.

Gauche: La conformación gauche ocurre cuando los grupos metilo están separados 60 grados. Esta conformación tiene mayor energía que la anti debido a la repulsión estérica entre los dos grupos metilo.

Perfil de energía del butano

El perfil de energía de la rotación del butano alrededor del enlace central puede representarse de manera similar a la del etano, pero con picos y valles adicionales.

    energía ______
              ,
            ,
    ,
     0° 60° Gauche 120° 180° Anti 240° 300° Gauche 360°

En este perfil, la conformación anti es el estado de menor energía, mientras que la conformación eclipsada asociada con los grupos metilo es la más alta.

Flexibilidad molecular y reactividad

El análisis estructural de moléculas como el etano y el butano destaca cómo la rotación alrededor de enlaces simples puede llevar a diferentes arreglos espaciales. Esta flexibilidad es una característica fundamental de las moléculas orgánicas y afecta su reactividad e interacciones con otras moléculas. Por ejemplo:

  • Selectividad enzimática: Muchas enzimas son selectivas hacia estructuras específicas de sustratos, reconociendo solo ciertos arreglos espaciales que se ajustan precisamente a su sitio activo.
  • Rutas de reacción: Algunas estructuras pueden ser más reactivas que otras, facilitando la reacción a lo largo de una ruta específica.

Análisis conformacional en ciclohexano

El ciclohexano proporciona un ejemplo único de análisis conformacional. No exhibe simples rotaciones alrededor de enlaces simples debido a su estructura cíclica, pero puede adoptar diferentes estructuras dependiendo del plegado del anillo. La estructura más estable es la estructura en silla. Aquí hay un ejemplo:

       HH
        ,
         CC
        ,
       CC
      ,
     h---h h---h

Formas silla, bote y bote doblado

  • Conformación silla: En la conformación silla, los átomos de carbono están ordenados de tal manera que se minimiza la interferencia estérica.
  • Estructura de bote: La estructura de bote tiene algunas interacciones asumidas y tensiones estáticas.
  • Conformación de bote doblado: Una conformación intermedia entre la conformación silla y la de bote, con menos tensión que la conformación de bote pura.

Posiciones ecuatoriales y axiales: En la conformación silla, los sustituyentes en el anillo de ciclohexano pueden ocupar posiciones ecuatoriales o axiales. Las posiciones ecuatoriales son generalmente más estables debido a la menor interferencia estérica.

Importancia del análisis conformacional

El análisis estructural es importante para una comprensión más profunda de la química orgánica. Proporciona información sobre cómo las moléculas se comportan bajo diferentes condiciones y cómo adoptan diferentes formas y estructuras. Este conocimiento es aplicable a:

  • Diseño molecular: Al entender las conformaciones preferidas, los químicos pueden diseñar moléculas con propiedades específicas para su uso en farmacéuticos, materiales y en la industria.
  • Predicción de resultados de reacciones: Los mecanismos de reacción pueden entenderse y predecirse mejor al estudiar cómo la estructura de los reactivos afecta a su reactividad.
  • Estereoquímica: Los resultados estereoquímicos de las reacciones pueden verse significativamente afectados por las preferencias conformacionales, facilitando la síntesis de moléculas con la estereoquímica deseada.

A través de un cuidadoso análisis análogo, los químicos pueden volverse expertos en predecir y controlar el comportamiento de las moléculas, lo que finalmente lleva a innovaciones en una variedad de disciplinas científicas.


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