Generación y reacciones en fase gaseosa de radicales pequeños de interés en los procesos de deposición de silicio y derivados y en la química atmosférica

Los radicales libres juegan un papel importante como intermediarios en muchas reacciones químicas, como aquéllas involucradas en la combustión, en la atmósfera y en el espacio interestelar. El interés en los radicales libres ha crecido como resultado de la aplicación de las técnicas láser. (...) (...) Otra razón es su importante rol en la química de la atmósfera en relación a los problemas ambientales y su papel en los procesos de oxidación de moléculas orgánicas, en la química de la combustión y en la química atmosférica. Por esto es importante medir los coeficientes de velocidad para estas reacciones y comprender los mecanismos de reacción involucrados. (...) La aplicación de láseres al procesamiento de materiales para producir polvos y recubrimientos cerámicos de utilidad en microelectrónica, medicina, etc., ofrece una nueva tecnología con ventajas respecto de los métodos convencionales. SiH4 y sus derivados reciben atención debido a su importancia en la industria de los semiconductores. Sin embargo hay poca información disponible sobre los procesos químicos elementales de esta molécula. (...) En síntesis, es necesario conocer la reactividad y la cinética de los radicales del Si facilitará, a los fines de facilitar la construcción de mecanismos de deposición; el depósito de películas muy finas de Si y sus derivados a partir de distintos tipos de precursores en fase gaseosa, es de vital importancia en la tecnología moderna. (...) El proyecto comprende el estudio de las fluorescencias infrarroja y visible producidas por las especies generadas por la descomposición de silano (SiH4) por irradiación láser en fase gaseosa. Se estudia la generación de radicales, principalmente SiH2 y SiH3, a partir de precursores adecuados y sus reacciones con el objeto de obtener parámetros cinéticos y mecanismos de reacción que contribuyan al modelado de los procesos de deposición de metales y semiconductores. Se completará el montaje y calibración de un sistema de fotólisis pulsada con detección por fluorescencia de resonancia en flujo lento para el estudio de reacciones de átomos y radicales pequeños con compuesos de interés atmosférico.

Estudio de reacciones de reducción y oxidación por transferencia electrónica: Mecanismo y reactividad de especies intermediarias

El objetivo general de este trabajo es aportar nuevos conocimientos en el campo de las reacciones que ocurren por transferencia electrónica (TE) e involucran radicales, radicales aniones y cationes como intermediarios, desde un punto de vista del mecanismo de reacción, reactividad de especies reaccionantes y posibles aplicaciones en síntesis. Se realizará un estudio cuantitativo de las reacciones de reducción de halogenuros alifáticos no activados por TE fotoinducida con aniones. Se determinará el mecanismo de esta reducción (...) y el rendimiento cuántico de la reacción, así como su variación con la longitud de onda. Se realizará el estudio con diferentes haloalcanos (...) y diferentes carbaniones. La oxidación biológica de compuestos organozufrados es muy conocida, sin embargo el mecanismo de estas reacciones sólo en muy pocos casos ha sido estudiado. Las oxidaciones pueden ser de dos electrones o por TE de un electrón formado radical catión centrado en azufre. El estudio de diferentes pasos de reacción de estos radicales cationes, (especialmente alfa-deprotonación o fragmentación del enlace C-S en competencia con S-oxidación), es de utilidad para comprobar su mediación en una dada reacción. De esta manera se continuará con el estudio de reacciones de TE fotoasistida entre sulfuros cíclicos (tiiranos sustituídos) y aceptores de electrones como tetranitrometano, determinando la distribución de productos en función de la estructura del tiirano así como los pasos de reacción de los radicales cationes de azufre así formados. En forma anexa se realizan estudios de sulfenilación de compuestos con metilenos activos. Se conoce que los compuestos carbonílicos sulfenilados en posición alfa son versátiles intermediarios sintéticos. Hemos encontrado un nuevo y fácil método de obtención del alfa-feniltiocetonas en condiciones suaves y con excelentes rendimientos, a partir del enolato de la cetona y la N-feniltiocaprolactama en DMSO a 25º C y en 10 minutos. Se continuará con el estudio del alcance de estas reacciones de sulfenilación determinando: la regioespecificidad de la reacción con cetonas asimétricas; la sulfenilación de cetonas derivadas de productos naturales; la reacción con otros carbaniones derivados de ésteres, lactonas, amidas, lactamas, nitrilos, aldehídos, etc.; así como el empleo de otros agentes sulfenilantes tales como N-alquiltiocaprolactama y N-feniltioftalimida.

Modificación funcional de la reactividad pre y postnatal hacia el alcohol

El proyecto se genera a partir de estudios previos realizados en este laboratorio en relación con la interacción alcohol-ontogenia temprana. El plan ha sido concebido a fin de aportar información acerca de: a) procesamiento fetal de claves orosensoriales de estímulos biológicos prenatales (líquido amniótico) y de similar estímulo contaminado con etanol. Incluye esta línea el análisis de capacidades reforzantes del psicotrópico en función de la experiencia intrauterina con el agente tóxico; b) efectos de la intoxicación aguda con alcohol sobre aprendizajes asociativos durante el transcurso ontogenético. Esta línea encuentra su origen en estudios previos que sugieren efectos diferenciales en el desarrollo del organismo. Cuatro trabajos básicos han sido programados con la finalidad de especificar posibles mecanismos que subyacen a déficits en la consolidación y/o evocación de información adquirida bajo el estado tóxico en infantes y periadolescentes; c) modulación de la reactividad y apetencia etílica a través de procesos de lactancia con el contaminante etílico. Estudios de éste y otros laboratorios sugieren la discriminación del alcohol por parte del infante cuando la droga contamina la leche materna. Estudios dosis-respuesta han sido diseñados para la determinación de distribución del fármaco en el nutriente infantil, percepción del lactante y efectos sobre patrones de reconocimiento y aceptación posterior del alcohol. Las tres líneas de trabajo se articulan sobre la necesidad de comprender efectos y mecanismos originados por el temprano contacto con el alcohol.

Estudios de sistemas organizados con aplicaciones en nanoquímica, síntesis orgánica y en reactividad. Studies of organized systems with applications in nanochemistry, organic synthesis and reactivity.

El objetivo general de este proyecto es el estudio de distintos tipos de sistemas organizados, conocer los factores que determinan la forma de organización y las consecuencias que ésta tiene sobre la reactividad de moléculas que se encuentran en ese entorno organizado. Se pretende realizar, desde la fisicoquímica y la síntesis orgánica, aportes a áreas multidisciplinarias como la nanociencia y la nanotecnología. Se sintetizarán ciclodextrinas anfifílicas y se estudiará su comportamiento en solución y en interfases, sus propiedades de agregación y morfología. Se estudiará también la termodinámica de los procesos y la capacidad catalítica de estas ciclodextrinas anfifílicas en superficies bidimensionales en reacciones de hidrólisis de ésteres. Las ciclodextrinas anfifílicas sintetizadas en el laboratorio se utilizarán también en mezclas con otros surfactantes, con el objetivo de generar medios eficientes respecto a la solubilización y extracción de contaminantes orgánicos desde suelos. Se espera encontrar sistemas que presenten efectos sinérgicos. Se determinará el efecto de la formación de complejos con ciclodextrina sobre las propiedades fisicoquímicas y la reactividad de pesticidas de amplio uso en agricultura, en particular de compuestos organofosforados. Se investigarán ciclodextrinas que permitan controlar la liberación del agroquímico y se realizarán estudios de la reactividad de los pesticidas en solución y en medios que simulen el suelo determinando si la inclusión en las ciclodextrinas modifica la velocidad de descomposición. En la búsqueda de nuevos sistemas microheterogéneos se sintetizarán surfactantes gémini con una cadena hidrocarbonada y una perfluorada y se determinarán sus propiedades. Luego de su caracterización, estos surfactantes se aplicarán en estudios de reactividad de compuestos insolubles en agua.Se estudiará la formación de complejos de ciclodextrina con metales de transición y los mismos se utilizarán como catalizadores en reacciones de oxidación de sulfuros y de alquenos en medios acuosos y no acuosos buscando condiciones donde se logre inducción quiral. Se sintetizarán compuestos azufrados polifuncionales con los cuales se modificarán superficies de nanopartículas por quimioadsorción de los mismos. Dado que se pretende obtener compuestos con propiedades específicas que dependen de su estructura, se llevará a cabo el modelado computacional de las distintas moléculas en estudio, ya que esto podría aportar datos relevantes acerca de qué modificaciones estructurales podrían intensificar la propiedad o propiedades buscadas. En una etapa posterior se correlacionarán las propiedades predichas a través de cálculos teóricos con las observadas experimentalmente, lo que intrínsecamente conlleva a un mayor conocimiento del sistema.Los estudios propuestos en este proyecto permitirán avanzar en la comprensión de los factores supramoleculares que controlan y modulan la interacción de ligandos con sus receptores en interfases y la ocurrencia de reacciones hidrolíticas en interfases autoorganizadas.

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 y caracterización de la composición química de compuestos orgánicos volátiles (COVs) en Plantas Medicinales y Aromáticas

Se realizará el estudio y caracterización química de la fracción orgánica volátil (COVs) presente en plantas Medicinales y Aromáticas. Dicho estudio se llevará a cabo mediante la utilización de la Microextracción en Fase Sólida (SPME) y posterior análisis cuali-cuantitativo por Cromatografía Gaseosa adosada a un Espectrómetro de Masas (GC-MS). Mediante el estudio y caracterización de los compuestos orgánicos volátiles presentes, se tratará de establecer similitudes y diferencias en especímenes de flora autóctona perteneciente al mismo género pero de diferentes especies. Además de esto, se tratarán de establecer las mejores condiciones de conservación y almacenamiento de aquellas plantas aromáticas que posean importancia económica reconocida (estabilidad de los COVs responsables de las características aromáticas, durante el proceso de conservación y almacenamiento). Por otra parte, se realizará la formación de recursos humanos en el área de la química orgánica analítica.

Modificación funcional de la reactividad pre y postnatal hacia el alcohol

Los efectos teratológicos de la exposición etílica durante el desarrollo embrionario y fetal han sido reconocidos y sistematizados a nivel diagnóstico desde 1973. Entre los principales efectos derivados de exposición etílica prenatal se cuentan: retraso en el crecimiento pre y postnatal, malformaciones faciales, anormalidades en el desarrollo del sistema nervioso central, deficiencias atencionales e hiperactividad. El consumo de alcohol durante la gestación es considerado como la primera causa prevenible de retraso mental en el mundo occidental. El período de lactancia representa otra fuente potencial de exposición etílica. (...) El objetivo general de este equipo de investigación se centra en el análisis de las consecuencias de una experiencia temprana con etanol sobre la posterior reactividad prenatal e infantil hacia la droga y/o sobre posteriores patrones de detección, discriminación e ingesta de alcohol. (...) (...) Este proyecto se subdivide en tres líneas de investigación. La primera de ellas contempla el análisis de capacidades de aprendizaje asociativo en el feto de rata a término. Específicamente se indagará sobre la asociabilidad entre las claves quimiosensoriales alojadas en el líquido amniótico y el estado de intoxicación aguda fetal generado por la administración intragástrica de dosis moderadas de alcohol a nivel materno. La retención de este proceso asociativo y/o de memorias relativas a atributos orosensoriales del fármaco y de eventuales estímulos condicionales se realizará postnatalmente mediante esquemas de habituación y deshabituación comportamental frente a dichas claves. Una segunda línea de estudios contempla el análisis de cambios en la reactividad infantil frente al etanol en función de la exposición crónica al psicotrópico cuando el mismo se encuentra presente en el contenido lácteo materno. El estudio ahonda en el establecimiento de memorias específicas respecto al fármaco y la posible modulación de las mismas a través de la disrupción de la conducta materna por el estado de intoxicación etílico. Finalmente el proyecto estipula la continuidad de investigaciones en referencia a la acción disruptiva del etanol sobre el aprendizaje asociativo infantil. El estudio sugerido se centra sobre la posibilidad de reactivar memorias afectadas por el estado tóxico del infante en el momento de evocación de las mismas. Se pretende generar un cuerpo de información conducente a establecer si el estado tóxico altera el proceso evocativo por aristas hedónicas específicas de dicho estado que compitan con el aprendizaje original.

Antígenos y epitopes del Trypanosoma cruzi asociados con la evolución de la infección con este protozoario

Este proyecto se propone realizar un estudio de antígenos y epitopes del Trypanosoma cruzi comprometidos en la evolución de la infección con este protozoario. Se aprovechará la información obtenida anteriormente sobre protección y/o patogénesis inducida en ratón con antígenos acídicos liberados por las formas infectivas del parásito (tripomastigotes) designados exoantígenos (Eas) u obtenidos del citosol de epimastigotes, designados FIII y FIV. A los fines de avanzar en la identificación de epitopes comprometidos en los fenómenos estudiados, se realizarán en paralelo estudios con los antígenos mencionados y antígenos químicamente definidos que demostraron reactividad cruzada con ellos, como cruzipaína y péptidos sintéticos. El esquema experimental comprende, Tema 1: El estudio de la presencia de células mononucleares capaces de ser estimuladas por los distintos antígenos mencionados en pacientes con enfermedad de Chagas pertenecientes a diferentes grupos clínicos. Tema 2: El análisis, en ratones inmunizados, de la capacidad de los antígenos seleccionados para inducir respuestas inmunes humorales y celulares con efectos protectores o patogénicos. Se estudiará la especificidad de los anticuerpos y células inducidas por la inmunización. Se caracterizarán las poblaciones celulares según sus marcadores de membranas y las citoquinas liberadas en cultivo. Estudios histológicos e inmunocitoquímicos permitirán evaluar el daño tisular y las células comprometidas. Tema 3: Investigar la presencia de Cruzipaína entre los exoantígenos liberados por el parásito. La información obtenida, además de brindar conocimientos básicos en el tema y contribuir a la formación de recursos humanos, informará sobre el rol de los antígenos ensayados en la inmunomodulación hacia una respuesta protectora o patogénica.

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.

Química láser: Transferencia de energía

El propósito general de este proyecto es el de desarrollar investigaciones experimentales y teóricas en la dinámica de las reacciones químicas, de importancia en los procesos atmosféricos (baja temperatura) y de combustión (alta temperatura), con especial énfasis en los aspectos relativos a la relajación colisional de la energía, en especies simples y en moléculas de van der Waals. Con este propósito se estudiarán las reacciones físicas y químicas de especies excitadas, en tiempo real, en función del grado de excitación y de la presión y naturaleza de los gases desactivantes. En particular, se tratará de correlacionar la cantidad de energía transferida por colisión con parámetros moleculares, basándose en la dinámica de estos procesos. Los objetivos parciales pueden clasificarse de la siguiente manera: 1) Cálculos teóricos de la relajación colisional de moléculas diatómicas excitadas vibracionalmente, con gases colisionantes mono y diatómicos. 2) Cálculos teóricos de la relajación colisional de moléculas poliatómicas, excitadas vibracionalmente, con gases monoatómicos, en función del grado de excitación rotacional. 3) Cálculos teóricos de la relajación colisional de moléculas de van der Waals, excitadas vibracionalmente, con gases monoatómicos. 4) Generación de radicales libres del tip CFxCly, con x+y=3, por descomposición multifotónica IR de precursores adecuados y estudio de sus reacciones con diversos sustratos. Por ejemplo, se estudiará la reacción de radicales CF3 con NO2. 5) Estudio de la relajación colisional de moléculas excitadas vibracionalmente por mediciones de la intensidad de fluorescencia IR, resuelta en el tiempo. 6) Instalación y puesta en funcionamiento de un aparato de haces moleculares. 7) Generación y estudio de los procesos de relajación y reactividades de moléculas de van der Waals.

Estudio fisicoquímico de superficies sólidas en medio acuoso: Aplicaciones electroanalíticas y electrocatalíticas

De acuerdo a los objetivos y al plan de trabajo presentados, las actividades a realizar en el período de tres años que comprende este proyecto pueden ser resumidas en dos líneas de trabajo principales. En primera medida, en lo que a estudios fisicoquímicos de sistemas coloidales se refiere, los trabajos se centralizarán en la caracterización de la estructura y propiedades reactivas de la interfaz óxido metálico-solución acuosa. Es de particular interés la caracterización de la superficie de estos materiales, la individualización de los sitios superficiales y el efecto que la reactividad posee en el desarrollo de cargas y potencial eléctrico a través de la interfaz, en la disolución y corrosión de los mismos, en la capacidad adsortiva de la superficie y en los fenómenos que controlan la estabilidad, floculación y agregación de partículas tanto en sistemas sintéticos como naturales (suelos). Así mismo, se realizarán estudios de mecanismos de precipitación, envejecimiento y disolución de diferentes óxidos metálicos con el objeto de predecir y controlar sus propiedades. Además de la utilización de diversas técnicas experimentales de caracterización de sólidos, interfaces y suspensiones, se plantea describir los fenómenos a través de modelos matemáticos con el objeto de lograr un mejor "manejo" de los diferentes sistemas. Por otra parte, se analizará el comportamiento de celdas para baterías con electrodos de Ni (OH)2 y plomo con el objeto de mejorar su rendimiento. Se estudiará además la influencia de los distintos parámetros experimentales, tales como electrolito, aditivos, etc. Finalmente, con respecto a los electrodos químicamente modificados, se continuará con el estudio de diversas condiciones experimentales para la obtención de sensores electroquímicos. Paralelamente se comenzará con el desarrollo de biosensores electroquímicos, así como con el estudio de las propiedades electroquímicas de los electrodos antes mencionados.

Regulación supramolecular de la dinámica de biomembranas por Esfingolípidos y Fosfolípidos

Los cambios que ocurren durante el funcionamiento (normal o patológico) de biomembranas resultan de alteraciones de interacciones moleculares dinámicas. Éstas involucran a fenómenos supramoleculares críticos (cambios de fase, electrostáticos y topológicos) que regulan la organización, estabilidad, expresión y metabolismo de lípidos y proteínas de membrana. Para conocer los factores físico-químicos que controlan el comportamiento de biomembranas se deben utilizar técnicas que permitan un control preciso de la organización molecular. (...) Objetivos generales y específicos: El propósito a largo plazo de las investigaciones es establecer las bases moleculares y supramoleculares por las cuales interacciones entre esfingolípidos, fosfolípidos y sus derivados regulan la organización, reconocimiento y reactividad de biomembranas. Al presente se estudia: I) Control supramolecular de la catálisis enzimática interfacial por enzimas fosfohidrolíticas que median la transducción de señales a nivel de membrana. II) Modulación de la estabilidad de biomembranas por cambios críticos de composición de la interfase, interacciones y transiciones topológicas. III) Caracterización y transferencia a soportes sólidos y líquidos de capas monomoleculares de organización intermolecular controlada, formadas con membranas neuronales y gliales.

Sustitución radical nucleofílica en sistemas aromáticos: Desarrollo sintético en nuevos sistemas

Con el desarrollo de este Proyecto se piensa aumentar los conocimientos sobre reacciones de sustitución nucleofílica que ocurren por el mecanismo de SRN1, tanto desde el punto de vista mecanístico como sintético. Proseguiremos con la síntesis y el estudio de la reactividad de halobicicloalcanos (mono o polisustituidos) frente a nucleófilos, para conocer la influencia de la energía de tensión sobre la reactividad de esta familia de compuestos. Se observará si es posible la Transferencia Electrónica intramolecular por la presencia no sólo de grupos aceptores de electrones sino también por la generación de un radical anión próximo al grupo saliente. En el mecanismo de SRN1 la mayoría de las reacciones no ocurren espontáneamente, sino que tienen que ser catalizadas para la formación de radicales aniones o radicales, que entran en las etapas de propagación de este mecanismo. Es nuestro interés el desarrollo del uso de I2Sm para iniciar reacciones de SRN1 en aquellos sistemas que no inician por fotoestimulación, o no ocurren por existir un corte en la cadena de propagación. Por modificaciones de los centros nucleófilos o por cambios de grupos funcionales se variará la reactividad o la selectividad de los mismos frente a radicales.