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.

Zeolitas selectoras: Adecuada modificación y aplicación en procesos catalíticos de interés para la industria química pesada, químicos finos y catálisis ambiental

Objetivo General: Desarrollo de sistemas catalíticos (catalizador-tipo de reactor-condiciones operativas, simulación del proceso molecular y microscópico) de interés para la industria química y especialidades. Objetivos Parciales: Objetivo 1: Preparación de catalizadores. Objetivo 2: Simulación y predicción de estructura y actividad catalítica. Objetivo 3: Corroboración por métodos instrumentales y catalíticos. Objetivo 4: Ingeniería de las reacciones catalíticas que se desarrollan dentro de la "mas pequeña planta química conocida" confinada en el interior de los catalizadores (5.5 Å x 5.6 Å x 1.5µm). Objetivo 5: Ingeniería de los procesos catalíticos, por aplicación de métodos de cálculo por computadora. Objetivo 6: Formulación del sistema catalítico adecuado. Objetivo 7: Construcción de un sistema catalítico a escala laboratorio multipropósito. Objetivo 8: Especialización de los recursos humanos en cada tarea especificada. Objetivo 9: Divulgación y transferencia de los resultados. Objetivo 10: Complementación con investigadores de otros organismos nacionales o internacionales.

Transformación de terpenos (a-pineno) por procesos de catálisis heterogénea tendientes a la obtención de derivados con posible actividad biológica

La situación de la pequeña industria química nacional (...) a pesar de contar con una importante capacidad en cuanto a instalaciones y mano de obra especializada, le resulta extremadamente difícil encontrar nichos de producción. Una reactivación del sector podría encontrarse en la producción de Productos Químicos Finos de alto valor agregado y cuyo volumen de producción puede lograrse con pequeñas plantas multifuncionales que no resultan de interés para las grandes industrias químicas. Entre estos productos químicos finos incluyen los derivados de productos naturales, entre ellos los Terpenos obtenibles de especies vegetales muy difundidas en nuestro país. Entre los derivados de terpenos pueden mencionarse productos utilizados por las industrias farmacéutica, de cosméticos y alimenticias. (...) Objetivos generales y específicos El substrato a utilizar es el a-pineno, muy abundante en especies de pinos y citrus. El a-pineno será sometido a transformaciones químicas en las cuales se hará una amplia aplicación de la catálisis heterogénea en reemplazo de los procesos clásicos de síntesis orgánica. (...) Atendiendo a las ventajas que desde el punto de vista operativo reporta el uso de catalizadores heterogéneos, en la medida de lo posible, se intentará un amplio uso de este tipo de catálisis. El doble enlace cíclico del a-pineno puede ser oxidado catalíticamente al epóxido correspondiente y luego isomerizado a canforeno aldehido. La oxidación también puede conducirse de manera tal de producir verbenol y verbenona cuyas estructuras contienen restos de alcohol crotílico y crotonaldehido, que por sus reactividades permiten realizar un numeroso conjunto de reacciones a partir de las cuales se derivan productos de aplicación en las industrias farmacéuticas y de perfumería. También sobre el doble enlace endocíclico es posible realizar una reacción de ciclopropanación que conduce a la producción de derivados con estructura similar a las piretrinas, con probable actividad insecticida.

Estudio de propiedades interfaciales de interés en electroquímica, catálisis heterogénea y corrosión

La estructura y propiedades de la interfase electroquímica son el resultado de las interacciones que se producen entre los distintos componentes de una solución electrolítica y el electrodo metálico. En particular, las interacciones anión/metal han sido objeto de considerable interés en los últimos años gracias al desarrollo de nuevas técnicas que han permitido el estudio tanto in situ como ex situ de las características de este enlace de adsorción. Los iones específicamente adsorbidos modifican la distribución de carga y la estructura de la interfase y consecuentemente influencian los procesos que ocurren en ella. De allí que la comprensión de las interacciones anion/electrodo es de fundamental importancia en relación con procesos electroquímicos de relevancia tales como corrosión, UPD y electrocatálisis. Por ello, hemos encarado el estudio de procesos de adsorción de aniones sobre superficies metálicas desde un punto de vista teórico utilizando métodos mecánico cuánticos. El objetivo general de este proyecto es lograr una comprensión a nivel atómico-molecular de los procesos de adsorción en la interfase metal/vacío y metal/solución. Los estudios de adsorción de aniones tienen como objetivo entender desde un punto de vista molecular la naturaleza de procesos tales como fosfatizado de metales, corrosión, disolución de óxidos, cambios de reactividad por el agregado de aditivos, etc. pues la primera etapa de todos estos procesos siempre involucran la adsorción de aniones sobre la superficie. Por ello es necesario realizar simulaciones realísticas que representen adecuadamente el entorno de la interfase electroquímica. Por lo tanto, para poder entender las interacciones anión/metal en la interfase electroquímica es necesario considerar la adsorción de aniones hidratados sobre superficies metálicas como así también la coadsorción de aniones con moléculas de agua y otros aniones. Este grado de complejidad constituye nuestro objetivo general para poder comprender procesos macroscópicos tales como los de corrosión a nivel molecular. Los objetivos específicos de este proyecto son el estudio de las distintas propiedades del enlace anión/metal tales como la energía de adsorción, la transferencia de carga del anión al metal y relajación del anión como consecuencia del proceso de adsorción. Estas propiedades se investigarán tanto para aniones hidratados como no hidratados en presencia de campos eléctricos aplicados externamente y comparables con los que existen en una interfase electroquímica. Se continuarán los estudios de oxoaniones y ahora se considerará la hidratación de ellos, especialmente sulfato. El objetivo en este caso es comprender la influencia de la capa de hidratación en el enlace anión/metal. También se estudiará la influencia del campo eléctrico en la geometría de adsorción de moléculas de agua. El objetivo en este caso es comprender el mecanismo de disociación del agua por efecto del campo eléctrico en sus productos de descomposición: OH- y H3O+.

Adecuación de catalizadores zeolíticos para su aplicación en síntesis de productos químicos finos y catálisis ambiental

La catálisis es la ciencia estratégica por excelencia ya que de ella depende todo el desarrollo de la industria. Si se analiza toda la química y la petroquímica en el mundo se verá que el impacto de ésta alcanza al 50 % en ahorro de material, energía y disminución de sustancias peligrosas para el ambiente. En catálisis heterogénea se emplean materiales sólidos o productos químicos sólidos que poseen un elevado valor de mercado en función de su especificidad. La preparación de dichos materiales involucra principalmente la química del estado sólido y fenómenos de adhesión, gas-sólido y líquido-sólido. Asimismo, presentan una textura complicada y un área superficial bien desarrollada cuya manufactura implica la química coloidal y varios fenómenos de interfase relacionados con la adición, difusión y procesos de movilidad en los sólidos o en sus superficies. Algunos científicos consideran que hacer un catalizador, además de ser una ciencia, es un arte. En este sentido, preparar catalizadores con elevada actividad, selectividad y prolongada vida útil, requiere incrementar el conocimiento de las bases científicas para el desarrollo de diferentes métodos de preparación así como también atender a la actividad inherente a sus componentes (composición química), la estructura física del catalizador, la resistencia mecánica (estabilidad) y las condiciones operativas de la reacción. En función de lo antedicho, cabe señalar que los objetivos de esta investigación son: adecuar y modificar catalizadores zeolíticos selectores de forma según la necesidad del proceso a encarar; y aplicarlos a reacciones de síntesis de productos químicos finos y especialidades, y a procesos catalíticos que involucren el mejoramiento de la calidad del medio ambiente. Para la realización de este plan de trabajo se estudiará el efecto de las condiciones de intercambio en el desarrollo de catalizadores con funciones activas del tipo protónico, amonio, Zn, Ga, Mn, Ni, PB, Mo, Cu, W. También, se tendrá en cuenta su caracterización fisicoquímica y aplicación en reacciones de química fina y catálisis ambiental, tales como: sustitución de aromática electrofílica de anilina con metanol; transalquilación de naftaleno con mesitileno; oxidación de 2 metil naftaleno hacia 2 metil 1,4 naftoquinona (vitamina K3); transformación de residuos plásticos (polietileno, polipropileno y copolimero etileno-polipropileno) en hidrocarburos aromáticos; relación naturaleza sitio activo y actividad catalítica.

Síntesis y caracterización de complejos moleculares de rutenio que incorporan el ligando Py4lm en su estructura. Aplicación en catálisis de oxidación de agua y de epoxidación de olefinas

El ligando Py4Im contiene 4 grupos piridina y 1 grupo imidazol, y se puede considerar un miembro de la familia de ligandos Py5H2 y de sus derivados Py5R2. Este tipo de ligandos tienen la particularidad de aumentar la estabilidad de los estados de oxidación altos de los metales de la segunda y tercera serie de transición a los que se coordinan y a su vez favorecer cambios de estados de oxidación dielectrónicos. En este trabajo se pretende sintetizar complejos de rutenio que incorporen el ligando Py4Im en su estructura, con el objetivo de utilizar sus propiedades como catalizadores en los procesos de oxidación del agua, a partir de los cuales se produce oxígeno molecular, y también en los procesos de epoxidación de olefinas.

Síntesis de nuevas triarilfosfinas carboxiladas mediante hidrólisis del grupo trifluorometilo. Aplicaciones en catálisis de intercambio de fase y anclaje sobre sílica

En el presente trabajo se describe una nueva familia de ligandos trifenilfosfina con sustituyentes trifluorometilo y ácidos carboxílicos. Se ha desarrollado un procedimiento sintético optimizado para estos compuestos, en el que se parte de derivados fácilmente accesibles y permite obtener las fosfinas con elevada pureza y rendimiento. El procedimiento es, además, fácilmente escalable. Las fosfinas sintetizadas han sido completamente caracterizadas por las técnicas habituales. Uno de los ligandos preparados se ha usado en una prueba preliminar de hidroformilación de alqueno con un catalizador Rh/fosfina, en la que se ha ensayado la recuperación del catalizador mediante intercambio de fase a pH controlado. Otro de los ligando se ha anclado a una sílica mesoporosa comercial, usando la función carboxílica. El material resultante del anclaje se ha caracterizado por medio de análisis elemental y RMN en estado sólido (SSNMR) de 31P y 29Si. El proceso de obtención de estas nuevas fosfinas ha permitido explorar el alcance y limitaciones de la reacción de hidrólisis del grupo trifluorometilo en fosfinas arílicas, mediante el uso de ácido sulfúrico fumante y ácido bórico. Parte de estos resultados han sido depositados como patente (Patente española P201231702, 2012). Por otra parte, la nueva familia de ligando fosfinas descrita en este trabajo será comercializados próximamente por Strem, bajo licencia de la UAB.

De catálisis y cachondeces : de trópicos y entropía

Se trata de un análisis de los conceptos de cultura científica y su consiguiente aplicación en el mundo educativo. Se estudia la importancia de aplicar el humor en las clases de Química, y se concluye con la necesidad de encontrar un nuevo modelo educativo que no aleje al alumno debido a la excesiva especialización en este tipo de campos científicos.

Experiencia de catálisis.

Unidad didáctica que muestra una experiencia química sobre el poder catalítico del platino para oxidar el amoníaco, para realizarse en las clases de laboratorio de cuarto y quinto curso de Bachillerato en el Instituto Femenino de Bilbao.

Inmovilización de complejos organometálicos en soportes sólidos para aplicación en catálisis

La memoria de tesis titulada “Inmovilización de complejos organometálicos en soportes sólidos para aplicación en catálisis” presenta una serie de trabajos encaminados a la obtención de catalizadores híbridos, que sean estables, activos, selectivos y reutilizables en reacciones de hidrogenación e hidroformilación de olefinas. Para ello, se han estudiado diversos métodos para inmovilizar complejos metálicos en materiales carbonosos y sólidos inorgánicos: adsorción física, anclaje por formación de un enlace covalente e intercambio iónico. Estos catalizadores se han usado en las reacciones mencionadas, analizando sus propiedades catalíticas (actividad y selectividad), así como la robustez de los mismos y las posibilidades de reutilización.

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.

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.