Reaccions químiques. 'Reacciones químicas'.

Crédito variable de Química (Ciencias Experimentales) para ESO. Se pretende familiarizar al alumnado a los cambios químicos (propiedades de las reacciones, medidas, observación, reconocimiento de algunas reacciones y previsiones). El crédito contribuye a obtener algunos de los objetivos generales de etapa. Se ofrece material completo para el profesorado y el alumnado.

Avantpassats de plata

Treball de recerca realitzat per una alumna d'ensenyament secundari i guardonat amb un Premi CIRIT per fomentar l'esperit científic del Jovent l'any 2009. El treball es centra en conèixer la complexitat d’un estudi fotogràfic del s. XIX: l’estudi Napoleón. Per entendre tots els aspectes que implicava fer una fotografia en aquest estudi comença explicant com es van desenvolupar i descobrir les diferents tècniques fotogràfiques, després presenta l’estat de la fotografia a la Catalunya del s. XIX. El nucli del treball té diferents aspectes: per una banda s’investiga la història dels fundadors d’un dels estudis més importants a la Barcelona del s. XIX, per l’altra presenta com eren les sales, els decorats, els clients, la tipografia, les càmeres .... i per últim, porta a la pràctica tot allò necessari per a transformar un paper blanc en una fotografia fent servir els mètodes de l’època. Podríem dir que el treball es desenvolupa en tres àmbits: el primer sobre els fonaments tècnics i històrics de la fotografia, les fonts utilitzades per realitzar aquest apartat han estat fonamentalment bibliogràfiques; el segon fa referència a l’estudi fotogràfic dels Napoleón, en aquest cas, a part de les fonts bibliogràfiques, també ha estat de vital importància la informació aportada per un descendent de la família i finalment s’explica els procediments que es van fer servir per obtenir imatges durant el segle s.XIX i les reaccions químiques en les quals es fonamenten. Aporta també una part experimental que dóna un caire artístic i novedós al treball.

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.

Estudi de la formació de polifluorocarbamats: una reacció radicalària?

Aquesta memòria es centra en l’estudi de la reacció de fenilisocianat amb alcohols, fluorats i no fluorats, per preparar carbamats (o uretans). La creixent importància de materials fluorats juntament amb la gran versatilitat dels poliuretans fan aquesta reacció molt atractiva. S’ha estudiat especialment la reacció de fenilisocianat amb TFE (2,2,2-trifluoroetanol) comparant-la amb la corresponent amb EtOH. En el cas de la reacció amb TFE s’ha pogut veure la gran influència de factors com el dissolvent i la concentració. Al veure la inesperada acceleració que experimentava la reacció amb TFE a mida que es feia en condicions més diluïdes, s’ha estudiat l’efecte de l’addició d’un radical scavenger, observant l’existència d’un mecanisme radicalari alternatiu al polar. A partir d’aquests resultats s’ha proposat un mecanisme radicalari en cadena per la reacció del fenilisocianat amb TFE. A més, s’ha estudiat l’efecte del coure(I) com a activador de la reacció de fenilisocianat amb alcohols, fluorats i no fluorats, menys reactius. S’ha demostrat que part del seu efecte és degut a les seves propietats redox, en concret a la seva capacitat de transferència d’un electró i s’ha fet una altra proposta mecanística per aquesta reacció.

Electrochemically promoted carbon-halide bond cleavage in 4-nitrobenzyl halides

This manuscript reports the study of the carbon-halide bond cleavage in 4-nitrobenzyl halides, taking special attention to the iodide and fluoride derivatives. The electrochemical reduction mechanism has been disclosed for both compounds by terms of cyclic voltammetry and controlled potential electrolysis. In the case of 4-nitrobenzyl iodide, a first one electron irreversible wave leads to the corresponding 4-nitrobenzyl radical and iodide. However, in the case of 4-nitrobenzyl fluoride, a first one-electron reversible wave appears at –1.02 vs. SCE followed by one electron irreversible wave. In this second electron transfer process, the cleavage of the C-F bond is taking place, so the bond cleavage reaction occurs at the dianion level. To disclose and understand the electrochemical reduction mechanisms that allows to obtain important thermodynamic and kinetic data that would help in the understanding of C-X bond cleavage. This type of bond dissociation reactions are involved in the metabolism pathways of the human body.

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.

Full Exploration of the Diels–Alder Cycloaddition on Metallofullerenes M3N@C80 (M=Sc, Lu, Gd): The D5h versus Ih Isomer and the Influence of the Metal Cluster

In this work a detailed investigation of the exohedral reactivity of the most important and abundant endohedral metallofullerene (EMF) is provided, that is, Sc3N@Ih-C80 and its D5h counterpart Sc3N@D5h-C80, and the (bio)chemically relevant lutetium- and gadolinium-based M3N@Ih/D5h-C80 EMFs (M=Sc, Lu, Gd). In particular, we analyze the thermodynamics and kinetics of the Diels–Alder cycloaddition of s-cis-1,3-butadiene on all the different bonds of the Ih-C80 and D5h-C80 cages and their endohedral derivatives. First, we discuss the thermodynamic and kinetic aspects of the cycloaddition reaction on the hollow fullerenes and the two isomers of Sc3N@C80. Afterwards, the effect of the nature of the metal nitride is analyzed in detail. In general, our BP86/TZP//BP86/DZP calculations indicate that [5,6] bonds are more reactive than [6,6] bonds for the two isomers. The [5,6] bond D5h-b, which is the most similar to the unique [5,6] bond type in the icosahedral cage, Ih-a, is the most reactive bond in M3N@D5h-C80 regardless of M. Sc3N@C80 and Lu3N@C80 give similar results; the regioselectivity is, however, significantly reduced for the larger and more electropositive M=Gd, as previously found in similar metallofullerenes. Calculations also show that the D5h isomer is more reactive from the kinetic point of view than the Ih one in all cases which is in good agreement with experiments

Critical thoughts on computing atom condensed Fukui functions

Different procedures to obtain atom condensed Fukui functions are described. It is shown how the resulting values may differ depending on the exact approach to atom condensed Fukui functions. The condensed Fukui function can be computed using either the fragment of molecular response approach or the response of molecular fragment approach. The two approaches are nonequivalent; only the latter approach corresponds in general with a population difference expression. The Mulliken approach does not depend on the approach taken but has some computational drawbacks. The different resulting expressions are tested for a wide set of molecules. In practice one must make seemingly arbitrary choices about how to compute condensed Fukui functions, which suggests questioning the role of these indicators in conceptual density-functional theory

Are the maximum hardness and minimum polarizability principles always obeyed in nontotally symmetric vibrations?

An overview is given on a study which showed that not only in chemical reactions but also in the favorable case of nontotally symmetric vibrations where the chemical and external potentials keep approximately constant, the generalized maximum hardness principle (GMHP) and generalized minimum polarizability principle (GMPP) may not be obeyed. A method that allows an accurate determination of the nontotally symmetric molecular distortions with more marked GMPP or anti-GMPP character through diagonalization of the polarizability Hessian matrix is introduced

Relations among several nuclear and electronic density functional reactivity indexes

A set of connections among several nuclear and electronic indexes of reactivity in the framework of the conceptual Density Functional Theory by using an expansion ofthe energy functional in terms of the total number of electrons and the normal coordinates within a canonical ensemble was derived. The relations obtained provided explicit links between important quantities related to the chemical reactivity of a system. This paper particularly demonstrates that the derivative of the electronic energy with respect to the external potential of a system in its equilibrium geometry was equal to the negative of the nuclear repulsion derivative with respect to the external potential

Exploring unfrequent events with accelerated molecular dynamics simulations: from photochemistry to drug design

La meva incorporació al grup de recerca del Prof. McCammon (University of California San Diego) en qualitat d’investigador post doctoral amb una beca Beatriu de Pinós, va tenir lloc el passat 1 de desembre de 2010; on vaig dur a terme les meves tasques de recerca fins al darrer 1 d’abril de 2012. El Prof. McCammon és un referent mundial en l’aplicació de simulacions de dinàmica molecular (MD) en sistemes biològics d’interès humà. La contribució més important del Prof. McCammon en la simulació de sistemes biològics és el desenvolupament del mètode de dinàmiques moleculars accelerades (AMD). Les simulacions MD convencionals, les quals estan limitades a l’escala de temps del nanosegon (~10-9s), no son adients per l’estudi de sistemes biològics rellevants a escales de temps mes llargues (μs, ms...). AMD permet explorar fenòmens moleculars poc freqüents però que son clau per l’enteniment de molts sistemes biològics; fenòmens que no podrien ser observats d’un altre manera. Durant la meva estada a la “University of California San Diego”, vaig treballar en diferent aplicacions de les simulacions AMD, incloent fotoquímica i disseny de fàrmacs per ordinador. Concretament, primer vaig desenvolupar amb èxit una combinació dels mètodes AMD i simulacions Car-Parrinello per millorar l’exploració de camins de desactivació (interseccions còniques) en reaccions químiques fotoactivades. En segon lloc, vaig aplicar tècniques estadístiques (Replica Exchange) amb AMD en la descripció d’interaccions proteïna-lligand. Finalment, vaig dur a terme un estudi de disseny de fàrmacs per ordinador en la proteïna-G Rho (involucrada en el desenvolupament de càncer humà) combinant anàlisis estructurals i simulacions AMD. Els projectes en els quals he participat han estat publicats (o estan encara en procés de revisió) en diferents revistes científiques, i han estat presentats en diferents congressos internacionals. La memòria inclosa a continuació conté més detalls de cada projecte esmentat.

Síntesis de dendrímeros fosforados funcionalizados con quinina y su utilización como organocatalizadores soportados

En este trabajo nos hemos propuesto preparar organocatalizadores dendriméricos conteniendo en superficie un compuesto del pool chiral, como es la quinina. Ésta es un alcaloide derivado de la familia de la cinchona que presenta la ventaja de ser barato, comercialmente asequible y que ha demostrado ser un buen organocatalizador en varias reacciones químicas. Para llevar a cabo el objetivo propuesto, se preparó un compuesto derivado de la quinina a través de una modificación del grupo vinilo, el cual presentaba un grupo fenol en su estructura que sirvió para el posterior anclaje de la molécula resultante a los dendrímeros fosforados de primera y cuarta generación.

Evidence of chemical reactions in the hydroxyapatite laser ablation plume with a water atmosphere

The expansion dynamics of the ablation plume generated by KrF laser irradiation of hydroxyapatite targets in a 0.1 mbar water atmosphere has been studied by fast intensified charge coupled device imaging with the aid of optical bandpass filters. The aim of the filters is to isolate the emission of a single species, which allows separate analysis of its expansion. Images obtained without a filter revealed two emissive components in the plume, which expand at different velocities for delay times of up to 1.1 ¿s. The dynamics of the first component is similar to that of a spherical shock wave, whereas the second component, smaller than the first, expands at constant velocity. Images obtained through a 520 nm filter show that the luminous intensity distribution and evolution of emissive atomic calcium is almost identical to those of the first component of the total emission and that there is no contribution from this species to the emission from the second component of the plume. The analysis through a 780 nm filter reveals that atomic oxygen partially diffuses into the water atmosphere and that there is a contribution from this species to the emission from the second component. The last species studied here, calcium oxide, was analyzed by means of a 600 nm filter. The images revealed an intensity pattern more complex than those from the atomic species. Calcium oxide also contributes to the emission from the second component. Finally, all the experiments were repeated in a Ne atmosphere. Comparison of the images revealed chemical reactions between the first component of the plume and the water atmosphere.

Performance Analysis of Two Quantum Reaction Dynamics Codes: Time-Dependent and Time-Independent Strategies

The computer simulation of reaction dynamics has nowadays reached a remarkable degree of accuracy. Triatomic elementary reactions are rigorously studied with great detail on a straightforward basis using a considerable variety of Quantum Dynamics computational tools available to the scientific community. In our contribution we compare the performance of two quantum scattering codes in the computation of reaction cross sections of a triatomic benchmark reaction such as the gas phase reaction Ne + H2+ %12. NeH++ H. The computational codes are selected as representative of time-dependent (Real Wave Packet [ ]) and time-independent (ABC [ ]) methodologies. The main conclusion to be drawn from our study is that both strategies are, to a great extent, not competing but rather complementary. While time-dependent calculations advantages with respect to the energy range that can be covered in a single simulation, time-independent approaches offer much more detailed information from each single energy calculation. Further details such as the calculation of reactivity at very low collision energies or the computational effort related to account for the Coriolis couplings are analyzed in this paper.

Fmoc-2-Mercaptobenzothiazole (MBT), for the Introduction of the Fmoc Moiety Free of Side-Reactions

A double side-reaction, consisting in the formation of Fmoc--Ala-OH and Fmoc--Ala-AA-OH, during the preparation of Fmoc protected amino acids (Fmoc-AA-OH) with Fmoc-OSu is discussed. Furthermore, the new Fmoc-2-MBT reagent is proposed for avoiding these side-reactions as well as the formation of the Fmoc-dipeptides (Fmoc-AA-AA-OH) and even tripeptides, which is another important side-reaction when chloroformates such as Fmoc-Cl is used for the protection of the -amino function of the amino acids.