Fotoquímica y fotofísica: Procesos de fotooxidación

Este proyecto comprende diferentes áreas o tópicos del saber los cuales se enumerarán divididos en los siguientes subtemas: A) Fotoquímica de compuestos carbonílicos perhalogenaso, fotooxidación en fase gaseosa; B) Fotoquímica y fotofísica láser de compuestos de coordinación; C) Reacciones de moléculas excitadas con especies de interés biológico. Subtema A: En nuestro laboratorio se ha estudiado la fotólisis de compuestos perhalogenados en fase gaseosa tales como CF3COF (fluoruro de perfluoroacetilo), CF3COCl (cloruro de perfluoroacetilo). Particularmente, se han determinado rendimientos cuánticos de descomposición, como así también se han propuesto probables mecanismos de reacción para cada una de ellas. Como próximo objetivo pretendemos continuar tales estudios y para esto se procederá al estudio de la fotooxidación de halogenuros de perfluoroacilo con el fin de aportar datos concretos sobre el mecanismo de tales reacciones. Subtema B: Este proyecto se orienta al estudio de procesos fotoquímicos y fotofísicos en fase condensada de compuestos de coordinación de metales de transición. Estos compuestos presentan un amplio campo de estudio desde dos puntos de vista: 1) desde el práctico, se orienta al desarrollo de posibles esquemas para la conversión y almacenamiento de la energía solar y 2) desde el teórico, nos permite chequear la validez de las teorías de transferencia de electrones de esfera externa sobre un amplio rango de cambios de energías libres como para obtener parámetros cinéticos confiables. En tal sentido se continuará con el estudio del efecto del medio: solvente, temperatura, pH, fuerza iónica, etc., sobre las reacciones de quenching del estado excitado de las especies Cr(phen)33+, Cr (bpy)+ 33+ y sus homólogos sustituidos por distintos fenoles desactivantes. También se estudiará a partir de compuestos minerales de interés regional tales como los derivados del U(VI) (U3O8 2+, (UO2)2 (OH)22+, etc.) cuyo mecanismo de desactivación permanece incierto. Subtema C: Las moléculas electrónicamente excitadas cumplen un importante rol en los sistemas biológicos al estar involucradas en mecanismos de transferencia electrónica y procesos oxidativos. En nuestro laboratorio, se han realizado estudios de procesos de fotooxidación de indoles por oxígeno singlete en medios no acuosos y nuestro objetivo es continuar el estudio de estos procesos en complejos entre ciclodextrinas y derivados indólicos y fenólicos y posteriormente se estudiará el efecto del medio: solvente, temperatura, pH, etc. y las reacciones de fotooxidación de los derivados indólicos y fenólicos en presencia de ciclodextrinas. Paralelamente, se continuará estudiando la interacción del oxígeno singlete con derivados indólicos utilizando los métodos MINDO/3, MNDO, AMI y PM3. Los objetivos del proyecto apuntan a consolidar grupos de investigación en área de la investigación básica con la finalidad de generar recursos humanos, nuevos conocimientos y su posible transferencia a otras áreas del conocimiento.

Fotoquímica de moléculas de interés biológico y/o tecnológico. Estudios en medios homogéneos y microheterogéneos

Se estudiará, desde el punto de vista cinético, mecanístico y de identificación de fotoproductos, la fotoquímica de compuestos de interés biológico y/o tecnológico. En particular se estudiarán los procesos de degradación directa y fotoinducida de vitaminas y aromatizantes. Además se investigará sobre la fotoquímica y fotofísica de moléculas fotocrómicas con posibles aplicaciones como memorias ópticas o interruptores moleculares y se comenzará con el desarrollo de nanodispositivos fluorescentes destinados a la detección y cuantificación de especies reactivas de oxígeno. En todos los casos se hará especial énfasis en la elaboración de generalizaciones, basadas en relaciones estructura-reactividad, para familias o grupos de compuestos relacionados, que adviertan acerca de probables procesos fotoquímicos. Estos procesos pueden deberse a absorción lumínica directa por parte del sustrato o bien a reacciones fotosensibilizadas (ante fotoirradiación con luz natural medioambiental) en las que el receptor primario de la luz es un compuesto acompañante, que directa o indirectamente produce especies reactivas que afectan al sustrato en cuestión. Una variante de este segundo proceso es que el mismo sustrato actúe como fotosensibilizador. Los estudios se realizarán en medios homogéneos y microheterogéneos, con el fin, en el segundo caso, de modelar determinados medioambientes de reacción para los diferentes sustratos, o bien de modificar o proveer nuevas propiedades a los compuestos de interés.

Mecanismos de catálisis por formación de complejos de inclusión

Se deteminará el efecto de la formación de complejos de inclusión con alfa, beta y gamma ciclodextrina sobre la velocidad de las siguientes reacciones: a) Reacciones de isomerización térmica y fotoquímica de azobencenos. Estudio de los intermediarios involucrados. b) Se determinará la capacidad de formar monocapas y agregados de perflouroalquil amidas. c) Reacciones de hidrólisis de amidas donde la naturaleza del sutrato y del nucleófilo determinan la estructura del o de los complejos formados con lo cual se modificará la reactividad. d) Hidrólisis de perfluoroalquil esteres de distinto largo de cadena. Se estudiará la interacción entre antibióticos macrocíclicos y compuestos orgánicos. Se utilizará la formación de complejos de inclusión para incrementar los límites de detección de pesticidas y fármacos. Se sintetizarán derivados de ciclodextrina (glicolípidos) y se determinará su capacidad para formar complejos y para catalizar reacciones que requieren de más de un grupo funcional. Se estudiará la isomerización de 1-olefinas a 2-olefinas. Objetivos: a) Obtener información referida a la naturaleza de las fuerzas intermoleculares que determinan el cambio en la velocidad de reacciones que ocurren en sistemas microheterogéneos. En este sentido, es de especial interés determinar en qué medida es posible modificar la selectividad de una reacción como consecuencia de la inclusión de sustratos y/o reactivos en la cavidad de las ciclodextrinas y sus posibles aplicaciones a síntesis selectiva. b) Determinar en qué medida los antibióticos de la familia de los macrólidos pueden comportarse como receptores supramoleculares.

Procesos fotofísicos y fotoquímicos en sistemas organizados

Se estudiará el comportamiento de moléculas sonda aromáticas flourescentes en micelas inversas de AOT y BHDC y en soluciones de polielectrolitos y mezclas de polielectrolitos y detergentes. Se espera obtener información sobre la estructura de los sistemas microheterogéneos y cómo esta estructura afecta la formación de iones radicales obtenidos a partir de reacciones entre moléculas sonda y moléculas donoras o aceptoras de electrones. Las técnicas a emplear incluyen espectroscopía de absorción y emisión, láser flash fotólisis, flourescencia pulsada por láseres y time correlated single photon counting. Objetivos generales y específicos: 1. Fotofísica y fotoquímica en micelas inversas. 1.1. Exciplejos en micelas inversas. 1.2. Rendimientos de estados electrónicos triplete en micelas inversas. 1.3. Comportamiento de ftalocianinas y porfirinas en micelas inversas. 2. Soluciones de polielectrolitos y mezclas de polielectrolitos con detergentes. 2.1. Reacciones fotoinducidas. 2.2. Comportamiento de derivados de porfirinas y ftalocianinas. 3. Montaje de la técnica de Time Correlated Single Photn Counting. 4. Montaje de un equipo adicional de laser flash fotólisis. 5. Síntesis de derivados solubles en agua de porfirinas y ftalocianinas.

Estudio Cinético de Reacciones de Transferencia de átomo de cloro de haloalcanos con radicales asimétricos: Análisis comparativo con cálculos semiempíricos

El objetivo es aportar parámetros cinéticos de interés en la Fotoquímica de la Atmósferica, relacionada con la comprensión de los procesos de abstracción de átomo de cloro de halometanos, con radicales asimétricos del tipo C2FxCly (donde x + y = 5). La fuente de radicales (ICF2CFECl Y ICF2CFC12) son ioduros asimétricos sintetizados y purificados con cromatografía gaseosa y caracterizado por espectroscopía IR, UV y espectrometría de masa. Se utiliza un sistema de medición para reacciones competitivas en la determinación de las constantes de velocidad, con análisis de los productos mediante cromatografía gaseosa. Se calcularán además algunas funciones termodinámicas de los radicales involucrados y de los procesos de transferencia de átomo de cloro de las reacciones directas e inversas. Los factores experimentales son reproducidos por el método de Benson. Para explicar la correlación entre las energías de activación, estructura electrónica y geometría del estado de transición se utilizarán métodos ab-initio y semiempíricos que pueden dar una explicación satisfactoria de los valores experimentales.

Procesos fotoinducidos de transferencia de electrones

Se trata de estudiar la cinética de reacciones fotoquímicas de transferencia de electrones entre moléculas orgánicas en solución. Se medirá la cinética de formación y desaparición de estados electrónicos excitados y especies reactivas (iones radicales) mediante las técnicas de fluorescencia resuelta en el tiempo y de láser flash fotólisis. Se pondrá énfasis en el estudio de los efectos específicos del solvente sobre la reactividad de los estados excitados y sobre la eficiencia cuántica del proceso de separación de cargas. Objetivos generales y específicos: Se trata de obtener información sobre las constantes cinéticas de los distintos pasos del mecanismo de los procesos de transferencia de electrones desde y hacia estados excitados y formular los modelos teóricos que permitan explicar el efecto del medio (solvente, sales, etc.) sobre estos parámetros. El proyecto consta de cuatro etapas: Tema 1: Efectos de estructura molecular y solvente sobre la cinética de reacciones de transferencia de electrones entre estados electrónicos excitados de compuestos orgánicos (hidrocarburos aromáticos policíclicos, aminas aromáticas, etc.) y nitroaromáticos, clorobencenos y quinonas como aceptores y aminas como donores. Tema 2: Efectos de estructura molecular y del medio sobre la eficiencia cuántica del proceso de separación de cargas. Tema 3: Fotoquímica de colorantes, con especial énfasis en las reacciones de transferencia de electrones desde colorantes excitados a aminas alifáticas. Tema 4: Implementación de la técnica de espectroscopía optoacústica resuelta en el tiempo y su aplicación a reacciones de transferencia de electrones.

Estudio fotoquímico y por impacto electrónico de especies adsorbidas sobre superficies sólidas

La mayoría de la investigación en ciencia de superficie fue y es realizada mediante activación térmica de procesos químicos elementales que ocurren en la superficie como: la quimisorción, migración superficial, reacción en la superficie, desorción y difusión hacia o desde el interior del sólido. Esta área es natural a los químicos quienes a menudo están interesados en procesos térmicamente activados. Otra forma de activación de procesos superficiales implica la excitación electrónica de especies que se encuentran en la superficie mediante el uso de fotones, electrones o bombardeo iónico. En estos casos se tiene la oportunidad de iniciar procesos de alta energía que son inaccesibles térmicamente, de tal manera que como resultado de la excitación electrónica son expulsadas diferentes especies desde la superficie. Éstas, que son a menudo fragmentos de las moléculas originales, pueden ser recapturadas en la superficie, sufrir reacciones secundarias con otras especies superficiales, formar "clusters" que abandonan la superficie, emitir radiación, ionizarse, etc. Todo este conjunto de eventos originados por excitaciones electrónicas es conocido bajo el nombre de Diet (Desorption Induced by electronic transitions). El interés principal del presente proyecto abarca dos áreas de investigación: I) Fotoquímica heterogénea de especies reservorias de interés atmosférico. Estudio fotoquímico del CINO3, adsorbido sobre hielo. II) ESD (Electron stimulated desorption): Estudio de desorción estimulada por impacto electrónico de moléculas inorgánicas sencillas adsorbidas sobre metales de transición. El objetivo general del presente proyecto es el estudio de procesos de desorción inducidos por excitaciones electrónicas. Dentro de este tema se incluyen la fotoquímica superficial, la excitación con electrones de energía controlada, el estudio de reacciones catalíticas y el análisis de superficies en general utilizando ambientes de alto y ultra alto vacío. I) El objetivo específico aquí es el estudio de la fotólisis heterogénea de especies atmosféricas reservorias, como CINO3, adsorbidas sobre hielo. II) En este caso el objetivo es comenzar un estudio de ESD de moléculas sencillas adsorbidas sobre sustratos metálicos de transición monocristalinos y/o policristalinos.