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.

Interacciones moleculares débiles en medios homogéneos y heterogéneos: Implicancias en mecanismos de reacción. Aplicaciones analíticas y en síntesis orgánica

Se realiza un estudio sistemático de interacciones moleculares en particular específicas, como puente de hidrógeno y electrón-donor-aceptor (EDA). Se estudian en principio moléculas sencillas (modelos), para luego aplicar los resultados a sistemas complejos de interés biológico y macromoléculas de interés analítico y tecnológico. Se busca detectar y cuantificar interacciones no-específicas. El efecto de estas interacciones se estudia tanto en medio homogéneo como en sistemas organizados: micelas y microemulsiones. Interesa establecer la influencia que ejerce el medio micelar sobre las distintas interacciones y la localización de los solutos en el sistema. Se estudiarán preferentemente micelas inversas. Esto permite no sólo conocer la influencia del medio organizado en las propiedades espectroscópicas y catalíticas del soluto sino también las propiedades de estos medios tan peculiares que en muchos aspectos mimetizan los naturales. Además interesa sensar la polaridad en el microentorno micelar a través del estudio espectroscópico con moléculas prueba. Estos estudios se extienden a la elucidación de mecanismos de reacción donde los complejos EDA se postulan como intermediarios. En particular interesan reacciones de sustitución nucleofílica aromática en solventes apróticos y con agregado de surfactantes. También se estudian las implicancias cinéticas del uso de catálisis por transferencia orgánica para optimizar rendimientos. Por otro, se estudian los aspectos mecanísticos de reacciones de sustitución nucleofílica aromática que involucran sustratos aromáticos activados por complejación con metales de transición y sus posibles aplicaciones en síntesis.

Sistemas supramoleculares autoensamblados con proyección a la Química Sustentable y sus aplicaciones en síntesis y reacciones de transferencia de electrones.

Este proyecto combina una serie de líneas de trabajo que, en esencia, estudian interacciones moleculares débiles y propiedades fisicoquímicas de diversos solutos en distintos medios. En todos los casos se procura comprender los factores que determinan la interacción de un soluto con su medio ya sea homogéneo o heterogéneo y aplicar estos conocimientos a diversos procesos, fundamentalmente en medios supramoleculares auto-organizados. Los medios supramoleculares que se estudian son: micelas inversas con agua u otros solventes polares sustitutos confinados en su corazón polar y vesículas. En este proyecto se desarrollan métodos que optimizan la detección de diferentes tipos de interacciones no-covalentes con distintas moléculas pruebas en los diferentes medios y, a partir de esto obtener aplicaciones diversas. Se trata de comprender los factores que determinan la solubilización, ubicación y/o reactividad de las moléculas pruebas en diferentes sitios del medio supramolecular y de esta manera obtener información acerca de las diferentes interacciones específicas en cada sitio del sistema supramolecular, lo cual es fundamental para el reconocimiento molecular ("inteligencia"). En definitiva estos estudios están orientados a: i) entender la adaptabilidad de nuevos sistemas supramoleculares para utilizar los resultados en el diseño de métodos de síntesis, electrosíntesis y catálisis dentro de los principios de la química sostenible o química verde y en la prevención a problemas de impacto ambiental tal como la remediación de aguas contaminadas por hidrocarburos y la degradación de pesticidas utilizando estrategias no convencionales; ii) la comprensión de fenómenos de transferencia de carga en sistemas auto-organizados y membranas biológicas; iii) el desarrollo de nuevos métodos de detección electroquímicos para compuestos de interés biológico, en medicina, alimentos y farmacología. También, dentro de los objetivos hay una componente muy fuerte de formación de recursos humanos como se aprecia en el número de becarios ya incorporados y a incorporar. La integración de estos conocimientos multidisciplinarios crea un ámbito sumamente beneficioso para la formación de doctorandos tan necesarios para el país ya que tendrán la oportunidad de participar en temas de investigación variados, relacionados con disciplinas diferentes, lo que sin duda será un valor añadido en su formación.

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.

Propiedades estructurales y dinámicas de organizaciones supramoleculares de interés biológico: Estudios por Resonancia Magnética

En este proyecto se estudian propiedades estructurales y dinámicas de fluídos complejos, en particular de organizaciones como micelas, vesículas, fases hexagonales, etc. Se pretende profundizar en el conocimiento de diversos aspectos de las membranas biológicas y de proteínas que contienen metales de transición usando sistemas modelo simple. Nuestra aproximación experimental al problema involucra esencialmente el uso de la Resonancia Magnética Nuclear de fosfóro-31, hidrógeno, deuterio y carbono-13 y de Resonancia Paramegnética Electrónica usando marcadores de espín. Se realizan también estudios complementarios de áreas moleculares y presiones de colapso en capas monomoleculares y análisis térmico diferencial. (...) Objetivos generales y específicos: El objetivo del proyecto es contribuir a un mejor entendimiento de las complejas membranas biológicas y del funcionamiento de proteínas que contienen metales de transición estudiando propiedades estructurales y dinámicas y transiciones de fase en organizaciones moleculares más simples. Se estudiará la existencia de transiciones de fase liotrópicas y termotrópicas y el efecto de perturbantes sobre la dinámica molecular en los sistemas seleccionados. En el sistema Zn(d,l-histidina)2.5H2O hemos iniciado varias mediciones de RMN de 1H y 2H en función de temperatura que revelan movimientos cuyas energías de activación hemos calculado. Sin embargo, no hemos logrado hasta el momento determinar unívocamente el tipo de movimiento y los átomos involucrados. Es para esto que pretendemos realizar estudios de RMN en otros núcleos tales como 13C, 14N y 15N e iniciar mediciones más finas de tiempos de relajación spin-spin T2 y spin-red T1 en 1H y 2H y en los núcleos mencionados en función de temperatura. Asimismo, se continuará la caracterización de bicapas y otras fases formadas por fosfolípidos de origen natural a los cuales se agregan gangliósidos y/o colesterol. Se aprovecha que el 31P (de abundancia natural 100%) tiene spin nuclear ½ y que la forma de línea de resonancia, una vez cancelada la interacción dipolar magnética con los hidrógenos, provee a través del corrimiento químico del 31P información del entorno del mismo y así de la organización molecular. Complementariamente, los resultados de RPE nos permitirán conocer la dinámica de la zona hidrofóbica de los agregados y diferenciar micelas de vesículas pequeñas. Esta información no es accesible a partir de mediciones de 31P-RMN.

Fluctuaciones de orden local en sistemas moleculares

Existe actualmente un interés muy difundido por los fluidos anisotrópicos (cristales líquidos, polímeros) debido a la gran cantidad de aplicaciones que se pueden realizar con ellos (por ejemplo en la fabricación de displays, en medicina, biología, etc.). Su estudio también planea interesantes problemas desde un punto de vista de la física fundamental. Sin embargo, a pesar de esto es muy poco lo que se conoce acerca de la dinámica molecular, y el problema está abierto. Las técnicas más apropiadas en este campo son el estudio de las propiedades dieléctricas y la RMN (relajación spin-red). En esta última, hay una gran actividad en el campo experimental con el desarrollo de numerosas técnicas nuevas. Sin embargo, desde el punto de vista de la teoría de la relajación se continúa utilizando aproximaciones semiclásicas. Entonces, es necesario revisar las hipótesis fundamentales de la teoría de la RMN con el fin de extender su campo de aplicación a problemas complejos como los que plantean los fluidos anistrópicos. El propósito general de esta línea de trabajo es el de extender la teoría semiclásica de relajación nuclear en RMN para incluir la naturaleza cuántica del fenómeno. Al cabo de esta investigación se espera poder describir la relajación del orden dipolar en mesofaces ordenadas como los cristales líquidos, ferrofluídos, etc. (...) Al cabo de este período se espera avanzar en las siguientes tareas: 1. Contar con una ecuación maestra para la matriz densidad de spin lo suficientemente general para incluir los efectos mencionados, pero que a la vez permita la comparación con los resultados experimentales. Dejando de lado las suposiciones clásicas de alta temperatura y orden débil, y en el marco de la suposición de temperatura de spin, se estudiará una expansión de la ecuación maestra en inversas de las temperaturas de la red y de spin. Conservando términos de orden mayor que lineal (aproximación clásica) e introduciendo las interacciones spin-spin durante el tiempo de correlación de la red (memoria microscópica) se analizará la dependencia con la frecuencia de Larmor de T1D y T1Z. Las interacciones spin-spin se introducirán mediante un método perturbativo de operadores. 2. Comprender la razón física de la diferencia de comportamiento con la frecuencia de Larmor de los parámetros T1D y T1Z. 3. Generalizar el análisis para aplicarlo al tiempo de relajación spin-red en el sistema rotante T1r.

Electroquímica de sustancias orgánicas, mecanismos y electrosíntesis: Producción y aplicación de electrodos modificados

En este trabajo se trata de elucidar los procesos de oxidación-reducción electroquímica de compuestos orgánico aromáticos. Interesan los productos de reacción y el manejo de las variables externas para lograr la optimización de los que sean de interés. Estos estudios se realizan en medios homogéneos y además en medios bifásicos. Así se estudian procesos de electrodos con sustancias orgánicas en sistemas bifásicos líquido-líquido. Interesan conocer los mecanismos de fotoelectroquímica de moléculas biomiméticas tales como carotenos y porfirinas, principalmente en lo referente a la producción de fotocorriente. También se estudian procesos relacionados a la preparación y obtención de electrodos modificados por sustancias orgánicas poliméricas y electrodos sensores como los de metal-óxido y polímero orgánico-metal polidisperso. Objetivos generales y específicos: Los estudios electroquímicos con sustancias orgánicas comprenden una amplia gama de posibilidades. En este proyecto se estudian procesos de electrodo de diversas sustancias orgánicas donde se trata de dilucidar los mecanismos de los procesos redox en general. En lo particular se estudia el comportamiento electroquímico y fotoelectroquímico de sustancias biomiméticas como son los compuestos carotenoides y porfirinas. Interesa fundamentalmente la producción de fotocorriente obtenidas a través de la fotoexcitación. Se propone analizar la sensibilización de semiconductores (SnO2) por medio de moléculas biomiméticas. Estas últimas actúan como aceptor primario de energía radiante y transfieren un hueco o un electrón desde el estado excitado a las bandas de energía del semiconductor base. También se estudian procesos relacionados con la preparación y obtención de electrodos modificados por sustancias orgánicas poliméricas. En este laboratorio ya se han obtenido varios tipos de polímeros y en este proyecto se propone someterlos a condiciones extremas de potencial y a medios agresivos a fin de determinar este tipo de propiedades. Una de las aplicaciones inmediatas de estos electrodos es utilizarlos como sensores electroquímicos para diversas sustancias orgánicas. Por otro lado se estudian procesos electroquímicos en interfaces líquido/ líquido, pseudofaces (micelas) además de medios homogéneos. Como reacción modelo se utiliza nitración de naftaleno.

Síntesis y propiedades fisicoquímicas de estructuras moleculares fotoactivas derivadas de macrociclos tetrapirrólicos y fullereno C60

En el presente plan se diseñaran y sintetizaran nuevas estructuras moleculares derivadas de macrociclos tetrapirrólicos y fullereno C60. Posteriormente, se evaluarán sus propiedades fisicoquímicas y fotodinámicas con el fin de utilizarlos como fotosensibilizadores en la inactivación fotodinámica (PDI) de microorganismos. La síntesis de porfirinas se realizará por la condensación de dipirrometanos, sustituidos en la posición meso, con una mezcla binaria de benzaldehídos catalizada por ácido. Los grupos sustituyentes serán seleccionados de acuerdo a las características del macrociclo pirrólico que se desee obtener. Otra familia de compuestos con propiedades interesantes como fotosensibilizadores son los derivados de fullereno C60, los cuales serán sintetizados mediante la cicloadición 1,3-dipolar entre la función aldehído del sustituyente elegido y el fullereno C60, en presencia de N-metilglicina.Una alternativa interesante de nuevos compuestos para ser evaluados como agentes fotodinámicos son las díadas constituidas por estructuras con diferentes características dadora y aceptora de electrones, tal como porfirina-C60. Estas macromoléculas, son capaces de formar estados de separación de carga fotoinducido, lo que permite no sólo inactivar microorganismos en presencia de oxígeno, sino también en condiciones anóxicas dependiendo del microentorno en el cual se encuentre. La actividad fotodinámica de los nuevos agentes fototerapéuticos será evaluada medios homogéneos y en sistemas microheterogéneos, tales como micelas y ciclodextrinas conteniendo sustratos biológicamente activos. Estos estudios permitirán seleccionar los posibles sensibilizadores para ser aplicados en la PDI. Por lo tanto, el proyecto propone la acción combinada de un fotosensibilizador efectivo, activado por la luz visible en el medio biológico, para producir especies reactivas de oxígeno, las cuales causan un efecto citotóxico que conduce a la muerte celular.