La química de espín es un subcampo de la química y la física , ubicado en la intersección de la cinética química , la fotoquímica , la resonancia magnética y la química de radicales libres , que se ocupa de los efectos magnéticos y de espín en las reacciones químicas. La química de espín se refiere a fenómenos como la polarización nuclear dinámica inducida químicamente (CIDNP), la polarización electrónica inducida químicamente (CIDEP), los efectos de los isótopos magnéticos en las reacciones químicas, y se presume que es clave en el mecanismo subyacente de la magnetorrecepción aviar [1] y la conciencia [ 2].
Mecanismo de par de radicales
El mecanismo de pares de radicales explica cómo un campo magnético puede afectar la cinética de reacción al afectar la dinámica de espín de los electrones. Demostrado más comúnmente en reacciones de compuestos orgánicos que involucran radicales intermedios, un campo magnético puede acelerar una reacción al disminuir la frecuencia de reacciones inversas.
Historia
El mecanismo del par de radicales surgió como una explicación para CIDNP y CIDEP y fue propuesto en 1969 por Closs; Kaptein y Oosterhoff. [3]
Radicales y pares de radicales
![](http://wikiimg.tojsiabtv.com/wikipedia/commons/thumb/a/a3/Hydrocarboxyl_radical.svg/145px-Hydrocarboxyl_radical.svg.png)
Un radical es una molécula con un número impar de electrones y se induce de diversas formas, incluida la radiación ultravioleta. Una quemadura solar se debe en gran parte a la formación de radicales a partir de esta radiación. El par de radicales, sin embargo, no son simplemente dos radicales. Esto se debe a que los pares de radicales (específicamente los singletes) están entrelazados cuánticamente , incluso como moléculas separadas. [1] Más fundamental para el mecanismo de pares de radicales, sin embargo, es el hecho de que los electrones de pares de radicales tienen espín, abreviatura de momento angular de espín , lo que le da a cada radical separado un momento magnético . Por lo tanto, los campos magnéticos pueden alterar los estados de espín.
Estados de espín singlete y triplete
El par de radicales se caracteriza como triplete o singlete por el estado de giro de los dos electrones solitarios, emparejados. La relación de espín es tal que los dos electrones desapareados, uno en cada molécula de radical, pueden tener espín opuesto (singlete; anticorrelacionado) o el mismo espín (triplete; correlacionado). El estado singlete se llama así porque solo hay una forma en que los espines de los electrones se anticorrelacionan (S), mientras que el estado triplete se llama así porque el espín del electrón puede estar correlacionado de tres formas diferentes, denotadas T +1 , T 0 , y T- 1 .
Cinética de reacción e interacción Zeeman
Los estados de espín se relacionan con los mecanismos de reacción químicos y bioquímicos porque los enlaces solo se pueden formar entre dos electrones de espín opuesto ( reglas de Hund ). A veces, cuando un enlace se rompe de una manera particular, por ejemplo, cuando son golpeados por fotones, cada electrón en el enlace se reubica en cada molécula respectiva y se forma un par de radicales. Además, el espín de cada electrón previamente involucrado en el enlace se conserva, [1] [3] lo que significa que el par de radicales ahora formado es un singlete (cada electrón tiene espín opuesto, como en el enlace de origen). Como tal, la reacción inversa, es decir, la formación de un enlace, llamada recombinación, se produce fácilmente. El mecanismo de pares de radicales explica cómo los campos magnéticos externos pueden prevenir la recombinación de pares de radicales con las interacciones de Zeeman , la interacción entre el espín y un campo magnético externo, y muestra cómo una mayor ocurrencia del estado triplete acelera las reacciones radicales porque los tripletes solo pueden proceder a productos. , y los singletes están en equilibrio con los reactivos así como con los productos. [1] [3] [4]
Las interacciones de Zeeman pueden "invertir" sólo uno de los espines del electrón del radical si el par de radicales es anisotrópico , convirtiendo así los pares de radicales singlete en tripletes. [1]
![](http://wikiimg.tojsiabtv.com/wikipedia/commons/thumb/f/f9/Spin_Chemistry_RPM.png/367px-Spin_Chemistry_RPM.png)
La interacción Zeeman es una interacción entre el espín y el campo magnético externo,
y viene dada por la ecuación,
dónde es la energía de la interacción Zeeman ,es la frecuencia de Larmor , es el campo magnético externo, es el magneton de Bohr ,es la constante de Planck , yes el factor g de un electrón libre, 2.002319, que es ligeramente diferente en diferentes radicales. [1]
Es común ver la interacción Zeeman formulada de otras formas. [4]
Interacciones hiperfinas
Las interacciones hiperfinas , los campos magnéticos internos de los isótopos magnéticos locales, también juegan un papel importante en la dinámica de espín de los pares de radicales. [1] [3] [4]
Interacciones Zeeman y magnetorrecepción
Debido a que la interacción Zeeman es una función del campo magnético y la frecuencia de Larmor, puede obstruirse o amplificarse alterando el magnético externo o la frecuencia de Larmor con instrumentos experimentales que generan campos oscilantes. Esto es interesante porque las aves migratorias pierden sus habilidades de navegación en condiciones similares donde la interacción Zeeman se obstruye en pares radicales. [1]
enlaces externos
Referencias
- ^ a b c d e f g h Hore, PJ; Mouritsen, Henrik (1 de enero de 2016). "El mecanismo de magnetorrecepción de pares radicales" . Revisión anual de biofísica . 45 (1): 299–344. doi : 10.1146 / annurev-biophys-032116-094545 . PMID 27216936 .
- ^ Smith, J .; Zadeh Haghighi, H .; Salahub, D .; Simon, C. (2021). "Los pares de radicales pueden desempeñar un papel en la anestesia general inducida por xenón" . Sci. Rep . 11 (1): 6287. doi : 10.1038 / s41598-021-85673-w . PMC 7973516 . PMID 33737599 .
- ^ a b c d Vyushkova, Maria (abril de 2011). "Principios básicos y aplicaciones de la química de espín" (PDF) . www.nd.edu . Universidad de Notre Dame . Consultado el 5 de diciembre de 2016 .
- ^ a b c "HP de Hisaharu Hayashi : Introducción a la química dinámica del giro" . www015.upp.so-net.ne.jp . Consultado el 5 de diciembre de 2016 .