Nanopartícules metàl·liques estabilitzades en materials híbrids orgànico-inorgànics. Aplicacions en catàlisi

En el present treball de recerca s’ha reproduït la síntesi de nanopartícules de Rh i Ru estabilitzades en el material híbrid orgànico-inorgànic altament fluorat i s’han realitzat estudis de l’activitat catalítica en les reaccions d’hidrogenacions d’arens i hidròlisi de nitrils respectivament. S’han sintetitzat per primera vegada nanopartícules d’Ir i Os estabilitzades per el material. S’ha assajat l’activitat catàlitica de les nanopartícules d’Ir en la reacció d’alquilació d’amines amb alcohols i la de les nanopartícules d’Os en l’oxidació aeròbica de l’alcohol benzílic i de l’estirè. S’ha sintetitzat un nou monòmer, que mitjançant processos sol-gel ha donat lloc a diversos materials híbrids orgànico-inorgànics i s’han sintetitzat nanopartícules d’Au estabilitzades.

Informe de l'estada de tres mesos: beca 2005-00170

Estudi elaborat a partir d’una estada a la Universitá degli Studi di Roma “La Sapienza”, entre el 15 de setembre i el 15 de desembre del 2005. Utilitzant un nou tipus de macrocicles nitrogenats de 15 baules amb dobles i/o triples enllaços a la seva estructura, es fan proves per tal de funcionalitzar-los aplicant la química d’hidroarilació sota catàlisi per pal.ladi amb la finalitat d’obtenir macrocicles amb un doble enllaç substituït a l’estructura. Paral·lelament, en un segon projecte, s’estudia l’acoblament d’ortoidofenols amb alcohols propargílics - reacció de Sonogashira - sota catàlisi per pal·ladi.

Screening of highly modular sugar-based ligand libraries in the enantioselective C-C coupling reactions

Projecte de recerca elaborat a partir d’una estada a la University of Nottingham, Gran Bretanya, entre març i abril del 2007. Aquest treball s’ha centrat en l’aplicació de compostos derivats de la D-(+)-glucosa, de la D-(+)-fructosa i la D-galactosa com a lligands de catalitzadors homogenis quirals en dos reaccions asimètriques: addició 1,2 a aldehids catalitzada per níquel i addició 1,4 conjugada catalitzada per coure.(veure figura adjunta al final del document). En primer lloc, s’ha estudiat l’aplicació dels compostos L1-L6 a les reaccions d’addició 1,2 a aldehids catalitzades per níquel. S’ha observat que la selectivitat del procés depèn principalment del grup funcional unit a l’esquelet del lligand, de les propietats estèriques del substituent en la funció oxazolina i de l’estructura del substrat. S’ha obtingut fins a un 59% d’excés enantiomèric utilitzant el precursor de catalitzador que conté el lligand L3a. En segon lloc, aquest treball descriu l’aplicació de les tres famílies de compostos (L1-L11) com a lligands en la reacció d’addició 1,4 catalitzada per coure de compostos organometàl•lics a diferents enones amb diferents propietats estèriques. L’ús de les llibreries de compostos fosfit-oxazolina (L1-L5) i fosfit-fosforamidit (L6) han proporcionat bones enantioselectivitats (fins a 80%) en l’addició de reactius de trialquilalumini a diferents enones. En canvi, la llibreria de compostos monofosfit (L7-L11) ha mostrat bones activitats però enantioselectivitats fins a 57%.

Aplicación de ligandotecas quirales para la hidrogenación asimétrica de olefinas y iminas mediante técnicas combinatorias

Proyecto de investigación realizado a partir de una estancia en la Uppsala University entre octubre y noviembre del 2007. El proyecto se ha centrado en la utilización de métodos combinatorios para el cribado de ligandotecas quirales para la hidrogenación asimétrica de olefinas no funcionalizadas y iminas. Concretamente, se han cribado cuatro ligandotecas utilizando un multireactor de 12 reactores independientes con controlador de temperatura, agitación y presión. Este equipo permitió la toma y análisis de las muestras de forma automática por cromatrografía. Las ligandotecas contemplaban una variación sistemática de varios parámetros estructurales y/o electrónicos (módulos), que permitieron correlacionar las variaciones en los módulos con los cambios de actividad y selectividad del catalizador. Esto llevó a optimizar los modulos del ligando y la obtención de resultados excelentes en la hidrogenació asimétrica de diferentes olefinas no funcionalizadas. Los resultados superan a los mejores descritos en la bibliografía en esta reacción con la ventaja añadida del uso de ligandos de bajo coste y fáciles de sintetizar. Este trabajo representa la primera aplicación de ligandos fosfito para hidrogenación asimétrica.

Síntesi i caracterització de complexos polipiridílics de ruteni com a catalitzadors de la reacció d'oxidació de l'aigua

Aquest treball constitueix un estudi sobre els complexos polipiridílics de ruteni i les seves aplicacions en catàlisis oxidativa. Concretament es centren en la reacció d’oxidació de l’aigua per produir oxigen molecular (tot i que també poden ser utilitzats de manera eficient sobre altres substrats). Recull, per tant, la síntesi i caracterització d’alguns lligands nitrogenats tridentats de caràcter facial i/o meridional, així com la seva complexació amb Ru.

Estudis estructurals dels canvis conformacionals de les E3 ubiquitin lligases per RMN

L'estudi a nivell molecular de la ruta de senyalització activada per TGF-B té un impacte notable en el panorama actual donada la seva implicació en processos autoimmunitaris i carcinogènics. D'altra banda, l'elucidació a nivell estructural dels mecanismes moleculars que permeten a les ubiquitin lligases de tipus E3 marcar específicament llurs dianes per a la degradació proteosòmica - entre d'altres - resulta fonamental donada la seva importància pel que fa al control sobre el turnover proteic a nivell intracel•lular. En aquest projecte es pretén elucidar els mecanismes d'activació i catlàlisi de les ubiquitin lligases E3 tipus HECT Smurf1 i Nedd4L al mateix temps que se n'estudia la implicació en la regulació dels agents missatgers de la ruta del TGF-B. Així, la tasca es divideix en tres sub-projectes els quals se centren en a) l'estudi de la interacció d'aquestes lligases amb llurs dianes; b) l'elucidació del mecanisme d'activació i c) del de catàlisi d'aquests enzims. Per tal d'assolir aquests objectius ens servim principalment dels avantatges que ens aporta la Ressonància Magnètica Nuclear i altres tècniques biofísiques, principalment la ITC. Durant el temps que he gaudit de la beca FI, m'he centrat principalment en la preparació de pèptids per SPPS, llur purificació per HPLC i caracterització per MS i RMN. Aquests pèptids representen diferents patrons de fosforilació de certes dianes de les lligases esmentades, de manera que han estat emprats per a l'estudi d'interaccions proteïna-proteïna per ITC i RMN. M'he iniciat doncs en l'ús d'aquestes tècniques. D'altra banda, també he preparat mostres protèiques mitjançant l'ús de sistemes d'expressió bacterians basats en E.coli, incloent l'amplificació i clonació del gen que codifica per la proteïna d'interés així com la seva expressió, purificació i caracterització per MS i RMN.

Síntesi catalítica de nanofibres de carboni a baixa temperatura

La finalitat d'aquest projecte és l'adquisició d'un nou coneixement científic i tecnològic que permeti desenvolupar nous materials a partir de la producció de nanofibres de carboni, que responguin a necessitats de diferents sectors tecnològics i millorin les propietats mecàniques, elèctriques i tèrmiques dels materials existents. En tant això, l’objectiu d’aquest projecte és obtenir una sèrie de mostres de diferents nanofibres de carboni amb propietats controlades. Aquestes estaran generades a partir de diferents paràmetres, com són la temperatura, el temps, el tipus de catalitzador, el tipus de preparació d’aquest i l’aplicació d’un camp magnètic. Un altre dels objectius és realitzar una purificació de les mostres obtingudes. Com també crear diferents compòsits a partir d’una matriu polimèrica termoplàstica d’acrilonitril butadiè estirè (ABS) i nanofibres de carboni, tant purificades com sense purificar, per finalment estudiar les conductivitats elèctriques i tèrmiques dels compòsits elaborats. En aquest estudi s’han emprat materials accessibles comercialment, amb la finalitat d'agilitzar la fase experimental i aconseguir sistemes més fàcilment reproduïbles.

Funcionalització regioselectiva d'una cetona amb metal·lacarborans polianiònics

L’ús de metal·lacarborans en la síntesi de compostos polianiònics amb un alt contingut en bor i amb bons rendiments és un tema d’alt interès i estudi al grup de Síntesi Inorgànica i Catàlisi de l’ICMAB. Els metal·lacarborans presenten diverses aplicacions innovadores com la BNCT (Boron Neutron Capture Therapy),1 tractament d’aigües residuals,2 activitats catalítiques3 i com a agents dopants de membranes polimèriques conductores.4 Amb la perspectiva d’emprar clústers de bor per materials moleculars funcionalitzats, hem iniciat una investigació que busca la síntesi de productes híbrids amb múltiples elements electroactius (metal·lacarborans) i el grup funcional carbonil, que gràcies a la seva reactivitat coneguda ens permetrà aplicar les molècules sintetitzades a futures reaccions i aplicacions. Una de les condicions inicials plantejades en aquesta investigació és l’ús de productes químics assequibles i de gran disponibilitat, per tal de poder assegurar l’obtenció de precursors per a futures aplicacions amb bons rendiments i ràpids de sintetitzar. Per assolir aquest objectiu es van iniciar les investigacions amb la cetona més simple coneguda, l’acetona (CH3-CO-CH3) (pKa = 19.3) com a producte de partida. A partir de la reacció d’aquesta amb una base forta no nucleòfila es genera CH3-COCH2 (-). Si s’aconsegueix prevenir o minimitzar la reacció d’addició aldòlica, l’anió CH3- CO-CH2 (-) pot atacar nucleofílicament al carboni contigu al catió oxoni5 de la molècula de cobaltabisdicarballur dioxanat (cosà dioxanat), [3,3’-Co(8-(OCH2CH2)2-1,2- C2B9H10)(1’,2’-C2B9H11)], generant un derivat del cosà dioxanat que conté un grup carbonil. Aquest procediment pot ser repetit per introduir diverses unitats de metal·lacarborans (cosà, fesà, etc.), tot i que aquest procés presenta una gran dispersió de subproductes, fet que fa baixar el rendiment global i li resta interès. Un procediment molt més efectiu i que dóna un control de la regioselectivitat molt major dels centres electroactius incorporats és la síntesi acetoacètica (pKa H intercarbonílic = 10.7). Múltiples molècules homo i hetero polianiòniques amb metal·lacarborans han estat sintetitzades amb èxit en aquest treball, amb un control regioselectiu molt precís mitjançant aquest mètode sintètic, i caracteritzades per mètodes electroquímics.

Bis-sulfonamides quirals amb simetria C2 com a possibles organocatalitzadors per a l'addició estereoselectiva de nucleòfils a cations N-acilimini

En aquest treball s’ha plantejat estudiar la capacitat de diferents bissulfonamides per promoure, actuant com a àcids Brønsted, l’addició estereoselectiva d’un grup al·lil o un indole a un catió acilimini. Per això, s’han sintetitzat diversos tipus de bis-sulfonamides amb simetria C2, en forma enantiopura, i preparat precursors genèrics de cations N-acilimini. S’han dut a terme reaccions d’al·lilació i d’addició d’indole en diferents condicions i amb les diferents sulfonamides. Es va estudiar la possible estereoselectivitat dels productes d’addició, però en cap cas la presència de les bis-sulfonamides sintetitzades en la reacció ha afectat a l’estereoselectivitat de les addicions.

Nanopartícul·les core-shell estabilitzades en polímer amb propietats calítiques i bactericides medioambientalment segure

Aquest projecte de doctorat és un treball interdisciplinari adreçat a l’obtenció de nous nanocompòsits (NCs) funcionals sintetitzats a partir de materials polimèrics bescanviadors d’ions que són modificats amb nanopartícules metàl•liques (NPMs) de diferent composició. Els materials desenvolupats s’avaluen en funció de dues possibles aplicacions: 1) com a catalitzadors de reaccions orgàniques d’interès actual (NCs basats en pal•ladi) i, 2) la seva dedicació a aplicacions bactericides en el tractament d’aigües domèstiques o industrials (NCs basats en plata). El desenvolupament de nanomaterials és de gran interès a l’actualitat donades les seves especials propietats, l’aprofitament de les quals és la força impulsora per a la fabricació de nous NCs. Les nanopartícules metàl•liques estabilitzades en polímer (Polymer Stabilized Metal Nanoparticles, PSNPM) s’han preparat mitjançant la tècnica in-situ de síntesi intermatricial (Inter-matrix synthesis, IMS) que consisteix en la càrrega seqüencial dels grups funcionals de les matrius polimèriques amb ions metàl•lics, i la seva posterior reducció química dins de la matriu polimèrica de bescanvi iònic. L’estabilització en matrius polimèriques evita l’agregació entre elles (self-aggreagtion), un dels principals problemes coneguts de les NPs. Pel desenvolupament d’aquesta metodologia, s’han emprat diferents tipus de matrius polimèriques de bescanvi iònic: membrana Sulfonated PolyEtherEtherKetone, SPEEK, així com fibres sintètiques basades en polypropilè amb diferents tipus de grups funcionals, que ens permeten el seu ús com a filtres en la desinfecció de solucions aquoses o com a material catalitzador. Durant el projecte s’ha anat avançant en l’optimització del material nanocomposite final per a les aplicacions d’interès, en quant activitat i funcionalitat de les nanopartícules i estabilitat del nanocomposite. Així, s’ha optimitzat la síntesi de NPs estabilitzades en resines de bescanvi iònic, realitzant un screening de diferents tipus de resines i la seva avaluació en aplicacions industrials d’interès.

Avenços en la preparació d'organosíliques derivades de sals d'imidazoli i de prolinsulfonamides

Durant la última dècada l’organocatàlisi ha suscitat molt d’interès en la comunitat científica. Per una banda, els carbens N-heterocíclics (NHC) són capaços de catalitzar un ampli ventall de reaccions (condensacions benzoíniques, condensacions creuades d’enals amb aldehids o imines, reaccions de Stetter, transesterificacions, reaccions de polimerització,...). Aquesta recerca s’ha centrat en processos homogenis. La inmmobilització de l’organocatalitzador a un suport polimèric insoluble en permetría una fàcil separació per filtració, possibilitant el seu reciclatge. Representa un repte científic que reportaría beneficis des del punt de vista econòmic i medi-ambiental. En aquest treball s’han preparat els monòmers sililats 2 i 6 i les organosíliques M1, M2 i M3 pel procés sol-gel, per a ser assajades en un futur com a organocatalitzadors en fase heterogènia. Per una altra banda, les prolinsulfonamides representen la última incorporació a la família dels derivats de prolina i han mostrat molt bons resultats com a organocatalitzadors quirals en fase homogènia en reaccions aldòliques, addicions de Michael, reaccions de Mannich i d’aza-Diels Alder. Per aquest motiu, i tenint en compte les mateixes raons abans esmentades, en aquest treball es va plantejar la síntesi del mònomer sililat 9 per a poder preparar posteriorment la corresponent organosílica mitjançant el procés sol-gel. La preparació del producte 9 no ha estat possible i s’ha canviat l’estratègia sintètica per tal de sintetitzar un altre monòmer sililat, 16, que s’utilitzarà per la preparació del material corresponent. S’ha fet estudis per obtenir un substrat model 17 a fi de trobar les condicions adients de l’acoblament entre N-Cbz-L-prolina i arilsulfonamides.

Desarrollo de un método para acoplar arenos a metalacarboranos

El uso de metalacarboranos en la síntesis de compuestos aril-cobaltobis(dicarballuro) ha despertado un nuevo tema de interés y de estudio en el grupo de Síntesi Inorgànica i Catàlisi del ICMAB-CSIC. Los metalacarboranos presentan diversas aplicaciones innovadoras como la BNCT (Boron Neutron Capture Therapy), el tratamiento de aguas residuales, actividades catalíticas, como agentes dopantes en membranas poliméricas conductoras, y como integrantes en sensores potenciométricos, entre otros. El principal objetivo de este trabajo de investigación ha consistido en desarrollar un método de acoplamiento B–C sobre el anión sándwich [3,3’-Co-(1,2-C2B9H11)2]- para la formación de nuevos derivados aril-cobalto-bis(dicarballuro); éstos se han sintetizado por su posible capacidad fotoactiva. Este acoplamiento transcurre mediante una reacción de sustitución electrófila aromática (SEAr) sobre el anillo aromático o desde la óptica del metalacarborano, mediante una sustitución nucleófila inducida electrofilicamente (EINS). Dicha reacción requiere el uso de un ácido de Lewis como catalizador. El hecho que se haya utilizado AlCl3 como catalizador, hace que la reacción que se desarrolla en este trabajo recuerde de alguna manera a una reacción de Friedel-Crafts, pese a que la reacción está dirigida a la formación de un enlace B–C mediado por un ácido de Lewis. El principal problema de las reacciones de Friedel-Crafts es la elevada cantidad de areno que se precisa para llevar a cabo la reacción, debido a que el disolvente empleado puede actuar como fuente de electrófilos. El procedimiento empleado en nuestro caso utiliza el mesitileno como disolvente, el cual posee un gran impedimento estérico y un alto punto de ebullición. De esta manera, se puede realizar esta reacción utilizando entre 1.5 y 10 equivalentes de areno respecto al cobalto-bis(dicarballuro) sin que el disolvente actúe como reactivo. Se han estudiado y optimizado las condiciones experimentales para que el método sintético que genera el enlace B–C sea lo más universal posible para cualquier tipo de anillo aromático. Se han probado una gran diversidad de anillos aromáticos, desde anillos aromáticos fuertemente activados a los más desactivados, así como anillos aromáticos heterocíclicos. Finalmente, las condiciones de síntesis extraídas de este estudio son muy satisfactorias para los anillos activados probados y para los anillos débilmente desactivados. En cambio, para los arenos fuertemente desactivados, los rendimientos de la reacción han sido bajos. Por otro lado, las pruebas realizadas sobre los anillos heterocíclicos no han sido exitosas y no se ha producido el acoplamiento B–C.

Síntesi de tiourees quirals i el seu ús com a organocatalitzadors

En el present treball de recerca s’ha posat a punt la síntesi d’organocatalitzadors bifuncionals ciclobutànics de tipus tiourea. Amb aquests catalitzadors s’han realitzat proves en reaccions d’addició de malonats a nitroalquens. Amb aquest objectiu i a través d’una metodologia prèviament descrita al grup, s’ha preparat el producte intermedi partint de dicloroetilè i anhídrid maleic. A partir d’aquest compost de partida, l’àcid 1-metoxicarbonil-(1R,2S)-ciclobutan-2-carboxílic,i per reaccions successives, s’han sintetitzat dues tiourees bifuncionals. Aquests catalitzadors han estat assajats en la reacció d’addició d’un malonat a un nitroalquè, obtenint-se bons rendiments i excessos enantiomèrics.

Estudio de una nueva metodología de α-hidroxilación directa de β-cetoésteres catalizada por iterbio

Aquesta memòria recull l'estudi realitzat sobre els paràmetres que influeixen en la α-hidroxilació directa de β-cetoesters catalitzada per metalls amb l'objectiu d'assolir una transformació més eficaç. Es van estudiar els paràmetres com la temperatura, metall, dissolvent, atmosfera, oxidant i additius. Es va estudiar l'abast del la reacció amb els paràmetres optimitzats utilitzant diferents β-cetoesters comercials o sintetitzats prèviament. Es va estudiar l'ee de la reacció utilitzant diferents β-cetoesters i complexos metàl•lics amb lligands quirals mitjançant HPLC.

Preparació d'un organocatalitzador dendrimèric

Els organocatalitzadors, en quantitats subestequiomètriques, són especies orgàniques que permeten accelerar reaccions químiques. Per tal d’aconseguir una química més sostenible, un dels reptes dels científics del nostre temps, és poder recuperar aquests catalitzadors de forma fàcil, tant per poder-los reutilitzar (sobre tot si són cars) com per simplificar els processos de purificació dels productes desitjats. En el treball que es presenta ens hem centrat en la preparació d’un organocatalitzador dendrimèric amb grups cinchonina a la seva superfície. Els derivats de cinchona són barats i comercialment assequibles i a més s’han emprat en moltes reaccions com organocatalitzadors. Els dendrímers, son unes molècules arborescents que poden ser emprades com a suports de catalitzadors. Concretament els dendrímers fosforats són solubles en solvents orgànics convencionals, però es poden precipitar i recuperar fàcilment, afegint grans quantitats de pentà a la mostra. Aquesta propietat els fa uns bons suports fàcilment recuperables per a catalitzadors, que poden actuar en condicions homogènies. Per portar a terme el nostre objectiu, hem hagut de modificat l’estructura de la cinchonina a través del seu grup vinil, utilitzant una reacció radicalària amb un tiol alifàtic. Aquest tiol a més aportava a la seva estructura un grup fenol que ens ha servit per ancorar aquesta molècula a un dendrímer fosforat de primera generació, com es pot veure a la figura. Per optimitzar les condicions de reacció, s’ha utilitzat inicialment una molècula model amb grups funcionals similars als de la superfície del dendrímer que ens interessava. Tots els compostos nous preparats en aquest treball que contenen l’estructura de cinchonina han estat assajats com a catalitzadors en una reacció de Michael. S’ha pogut veure que quan actuen en heterofase els temps de reacció són molt llargs comparats amb la cinchonina model, però quan ho fan en fase homogènia, són molt actius i es poden recuperar de forma pràcticament quantitativa.