3.19 Facultad de Química

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Mecanismos de muerte celular inducidos por acción de la luz visible y fotosensibilizadores flavínicos en disolución e incorporados en nanopartículas sililadas para aplicación en terapia fotodinámica
(2017) Muñoz Figueroa, Marcelo Alejandro; Edwards M., Ana M.; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Química
La terapia fotodinámica (PDT) se ha convertido en una alternativa terapéutica eficiente frente a los tratamientos convencionales para el cáncer. Requiere el uso de un sensibilizador fotoquímico y luz visible para inducir muerte celular pese a que los mecanismos por los cuales se induce una muerte celular programada son multifactoriales, siendo la localización intracelular del fotosensibilizador una característica esencial. La riboflavina es un sensibilizador fotoquímico endógeno, siendo a la vez un compuesto que está presente en todos los organismos aeróbicos como precursor de los cofactores de todas las flavoenzimas conocidas. Para esta función biológica se requiere cantidades catalíticas del compuesto, las que son insuficientes para provocar los efectos requeridos en terapia fotodinámica. Para aumentar la incorporación a sistemas biológicos en nuestro laboratorio se ha esterificado los cuatro grupos hidroxilo de la cadena ribitil y se ha obtenido derivados hidrofóbicos que mantienen las propiedades fotofísicas y fotoquímicas del fotosensibilizador. En esta tesis, he estudiado los mecanismos de muerte celular inducidos por acción de la luz visible y fotosensibilizadores flavínicos en células humanas de leucemia HL-60, y en células de carcinoma de útero HeLa, que crecen adheridas al sustrato formando una mono capa. Se demostró que la acción conjunta de la luz visible y fotosensibilizadores flavínicos induce muerte celular programada por apoptosis y también por autofagia, utilizando microscopía electrónica de transmisión, citometría de flujo, microscopía de fluorescencia utilizando marcadores de lisosomas, en conjunto con inhibidores de autofagia. Estos mecanismos presentan la ventaja de no provocar inflamación lo que disminuye los efectos secundarios de una terapia. Con el objetivo de mejorar la fotoestabilidad y la incorporación de la riboflavina se estudió la posibilidad de incorporarla a nanopartículas. Para poder incorporar el fotosensibilizador en forma estable se preparó un derivado tetrasililado de la riboflavina, el que mantiene sus propiedades fotofísicas, fotoquímicas. En una primera etapa se sintetizó nanopartículas magnéticas que fueron caracterizadas por microscopía electrónica de transmisión. El fotosensibilizador fue incorporado haciendo reaccionar el compuesto tetrasililado con una capa de sílica con la que se recubrió la nanopartícula magnética. Se sintetizó nanopartículas de silicio, a las que se unió covalentemente el compuesto sililado de riboflavina. Las nanopartículas resultaron fotoactivas e producen efectos foto-tóxicos en células HL-60 cuando se irradian con luz azulin-vitro.
Complejos biosupramoleculares de derivados hidrofóbicos de azul de toluidina con cucurbit[7]urilo y albúmina de suero humano, y su efecto fototóxico en células tumorales cultivadas in vitro
(2018) Robinson Duggon, José Luis; Fuentealba Patiño, Denis Alberto; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Química
En el contexto de la terapia fotodinámica del cáncer, en este trabajo se prepararon derivados hidrofóbicos del fotosensibilizador azul de toluidina con ácidos grasos para incrementar su hidrofobicidad y así aumentar su afinidad con la proteína albúmina de suero humano y de igual manera mejorar su incorporación a células tumorales cultivadas in vitro. La investigación se centró en la caracterización de los complejos de inclusión del azul de toluidina y susderivados hidrofóbicos con el macrociclo cucurbit[7]urilo (CB[7]), los aductos del fotosensibilizador y sus derivados hidrofóbicos con la proteína albúmina de suero humano (HSA) y los complejos biosupramoleculares constituidos de los tres componentes. Los resultados obtenidos demuestran que la longitud de la cadena hidrocarbonada tiene un efecto en asociación tanto con el CB[7] como con la HSA. Se pudo evidenciar que la encapsulación genera más oxígeno singlete que las moléculas solas. Por medio de microscopía de fluorescencia se determinó la localización subcelular de los fotosensibilizadores y se pudo observar que independientemente del sistema de transporte utilizado el azul de toluidina y los derivados hidrofóbicos se localizan preferentemente en las mitocondrias y en menor medida en otros organelos como el Retículo Endoplasmático y/o el Aparato de Golgi. Los experimentos de fototoxicidad en las células tumorales cultivadas in vitro, demostraron que mientras que para el derivado hidrofóbico del azul de toluidina con ácido mirístico independiente del sistema de transporte utilizado el efecto fototóxico es similar, sin embargo para el azul de toluidina tanto el complejo biosupramolecular como el aducto de inclusión con HSA presentaron una fototoxicidad considerablemente más altas que el azul de toluidina solo y su complejo de inclusión correspondiente. Los resultados muestran el potencial de los complejos biosupramoleculares en terapia fotodinámica.
Activación de dióxido de carbono mediante complejos binucleares de s-indaceno utilizando metales de transición como renio, rodio, iridio y rutenio
(2018) Urbina Ghinelli, Claudia; Chávez Madariaga, Ivonne; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Química
La activación del CO2 a través de su coordinación a un complejo de un metal de transición, puede facilitar su reducción al radical CO2- que por posterior reacción puede dar origen a variados productos tales CO, CO2 -2, CO3 -2, CH4, CH3OH y en algunos casos a C2O4 -2, dependiendo de las características del complejo respectivo. De toda esta gama de productos, el más preciado es el oxalato por la formación del enlace C-C. Ya que la obtención de este compuesto requiere de la dimerización del radical CO2, que implica un ordenamiento espacial que lleve a los metales a estar lo más cerca posible. En esta tesis se estudió, por un lado, la reacción de CO2 con complejos binucleares del tipo syn [LM-sIc-ML], (L=ligando auxiliar, M= Rh, Ru, Ir, Re, s-Ic=1,5-dihidro-2,6-Dietil-4,8-dimetil-s-indaceno), y por el otro, la preparación de un nuevo ligando, 1(4,8)-[2,6-dietil-1,5-dihidro-sindaceno]cicloundecafano a partir del [10]paraciclofano, con el propósito de obtener exclusivamente complejos syn. No obstante que la síntesis del [10]paraciclofano fue exitosa, la síntesis del nuevo ligando no se pudo llevar a cabo debido a los bajos rendimientos del [10]paraciclofano. Se sintetizaron y caracterizaron los complejos Cp*Ru-s-Ic-RhCOD ([Ru-Rh]) y [(CO)3Re-s-Ic-Re(CO)3]([Re-Re]) de [(COD)Rh-s-Ic-Rh(COD)] ([Rh-Rh]), [(COD)Irs-Ic-Ir(COD)] ([Ir-Ir]) y [Cl(COD)Ru-s-Ic-Ru(COD)Cl] ([Ru-Ru]). De estos complejos, los derivados Rh-Rh y Ru-Rh habían sido sintetizados anteriormente. Los derivados de ([Rh-Rh]), ([Ir-Ir]) y ([Ru-Ru]) se obtuvieron como mezcla de isómeros. Estos se separaron en base a la diferencia de solubilidad. Los complejos [Re-Re] y [Ru-Rh] se obtuvieron solo como el confórmero anti. Todos los compuestos fueron caracterizados por de FT-IR, 1 H-RMN y 13C-RMN, UV-Vis Cuando se burbujeó CO2 a los complejos sintetizados se observan nuevas señales tanto en IR, 1 H-RMN y 13C-RMN indicando la posible coordinación del CO2. En espectros de absorción electrónica UV-Vis desaparecen las bandas de transferencia de carga desde los ligandos ancilares hacia el fragmento M-sIc, mostrando un posible mecanismo de reacción en el cual el COD pasa a ser un ligando saliente y el metal entonces coordina CO. La caracterización de estos sistemas por cromatografía gaseosa a los que se dejó bajo atmósfera de CO2 en presencia de un medio ácido detecta metanol como producto principal. Los productos de reacción de los complejos Re-Re y Ru-Rh en ausencia de protones, fueron estudiados por cromatografía gaseosa asociado a espectros de masa. Por medio de inyección directa se pudieron detectar, señales que han sido identificadas como CO, metanol, formaldehído y formiato. En ninguna de las reacciones estudiadas se pudo detectar oxalato.
Electrodos de pasta de carbón modificados con sales de bajo punto de fusión, del tipo bis(trifluorometilsulfonil)imida de N-ferrocenil N'alquil imidazolio, y su aplicación en la detección electroquímica de dopamina
(2018) Díaz Navarro, Carlos Patricio; Díaz Navarro, Carlos Patricio; Isaacs Casanova, Mauricio; Isaacs Casanova, Mauricio; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Química
La motivación de esta tesis fue el diseño de un nuevo electrodo de pasta de carbón, modificado con sales derivadas del ferroceno de bajo punto de fusión, para desarrollar un nuevo método de detección electroquímica de dopamina, y promover su implementación en lugar del método de centelleo. Esta investigación se realizó en tres etapas, la primera correspondió a la síntesis de las sales propuestas, bis (trifluorometil-sulfonil) imida de N, ferrocenilmetil N, N, N-trimetilamonio (Fc1) y bis (trifluorometil-sulfonil) imida de N’, N bis(ferrocenil-metil) imidazolio (Fc2), las cuales fueron sintetizadas con la guía de los doctores Patricio Iturriaga (Universidad de la Frontera), Guillermo Ferraudi y Alexander G. Lappin (Notre Dame University). Los compuestos organometálicos fueron sintetizados y caracterizados mediante técnicas de análisis estructural como la espectrometría de masas, la resonancia magnética nuclear de protones 1H-RMN, la espectroscopia de Infrarrojo IR, la Difracción de rayos X y el análisis elemental. La segunda etapa del proyecto correspondió a la caracterización electroquímica de las sales sintetizadas, y la fabricación de los electrodos de pasta de carbón modificados con las mismas. Éstos fueron evaluados mediante técnicas electroquímicas como voltametría cíclica, voltametría de onda cuadrada, espectroscopia de impedancia electroquímica, cronocoulombimetría y microscopia de barrido electroquímico. Se determinaron las propiedades fisicoquímicas de los electrodos y se evaluó su calidad y estabilidad como sensores electroquímicos, y se evaluaron los resultados de los microelectrodos de pasta de carbón en la detección electroquímica de dopamina. Finalmente en la tercera etapa se estableció un protocolo de detección electroquímica de dopamina utilizando los nuevos microelectrodos, se determinó que el sensor más eficiente para la detección de dopamina, en buffer de Krebs (solución utilizada para cultivo neuronal), fue el electrodo fabricado con una mezcla de aglutinante 15 % p/p Fc1 y un 85 % p/p de aceite de parafina, éste obtuvo la mejor relación señal/ruido y el menor límite de detección (0,05 µM), de esta manera, se propuso este electrodo para la aplicación final de este proyecto y promoverlo para reemplazar los métodos actualmente utilizados.
Oxidación de caseínas inducida por radicales peroxilo y procesos fotoquímicos sensibilizados por riboflavina
(2018) Fuentes Lemus, Eduardo Felipe; López Alarcón, Camilo Ignacio; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Química
En la leche entera, la coexistencia de la riboflavina (RF, vitamina B2), los lípidos y las proteínas constituye un escenario favorable para los procesos de oxidación. En particular la exposición a la luz visible u otros factores conducen la generación del estado excitado triplete de la RF (3RF) y de los radicales peroxilo (ROO•). Ambas especies son capaces de inducir la oxidación de las caseínas (las principales proteínas lácteas) mediante reacciones que no solo llevan a la oxidación de la cadena lateral de aminoácidos (Trp, Tyr, Met, e His) sino que también pueden derivar en el entrecruzamiento y/o la fragmentación proteica. La etiología de éstas modificaciones es de actual investigación, en especial el entrecruzamiento mediado por reacciones radical-radical que lleva a la formación de enlaces diTrp. Se espera que este tipo de reacciones estén favorecidas por la elevada flexibilidad de las caseínas, siendo la fuente oxidativa, la dosis de radicales libres y los aminoácidos involucrados determinantes en las modificaciones oxidativas. Para dilucidar estos aspectos, en la presente tesis se estudiaron los cambios en la estructura y composición de la α- y la β-caseína inducidos por el 3RF y los ROO• (generados por la termólisis de AAPH (2,2'-azobis (2-metilpropionamidina) dihidrocloruro). Las muestras fueron analizadas mediante electroforesis, inmunoblot, fluorescencia y cromatografía líquida. La exposición de las caseínas al AAPH y procesos sensibilizados por el 3RF dio como resultado un extenso consumo de monómeros y altos niveles de agregación proteica. El Trp y la Tyr fueron consumidos eficientemente, con niveles de diTyr y diTrp dependientes de la naturaleza del oxidante y la presencia del O2. El entrecruzamiento de las caseínas sensibilizado por el 3RF fue exclusivamente asociado a diTyr ydiTrp bajo una atmósfera de N2. En presencia del O2 rutas alternativas de entrecruzamiento fueron evidenciadas. En contraste, con los ROO•, el principal mecanismo de entrecruzamiento fue la reacción de los grupos carbonilo con los residuos de Lys.
Síntesis y caracterización de compuestos del tipo ciclofano como posibles building blocks para la obtención de complejos organometálicos con potencial capacidad de activación de CO2
(2019) Castillo Suzarte, Francisco Javier; Chávez Madariaga, Ivonne; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Química
Este trabajo de tesis está enfocado hacia la síntesis y caracterización de compuestos del tipo ciclofano, con una parte aromática y una cadena alifática, fuera de plano, que bloquee uno de los planos del compuesto, con el fin de obtener complejos metálicos con potencial actividad para la reducción de CO2. En primera instancia se realizaron cálculos computacionales para establecer el largo de la cadena carbonada fuera de plano, para obtener un impedimento estérico óptimo en el ligando final, sin afectar la aromaticidad del anillo central. Este estudio dio como resultado que la longitud óptima correspondería a entre 9 y 11 átomos para la cadena alifática fuera de plano. A partir de estos resultados se sintetizó 1(1,4)-bencenocicloundecafano y 2,11- dioxa-1(1,4)-bencenocicloundecafano, obteniéndose ambos en bajo rendimiento, con una alta pureza, en donde todos los compuestos intermediarios fueron caracterizados por técnicas espectroscópicas convencionales. Por otra parte, se sintetizó bromuro oleico a partir de un producto natural barato y abundante, en un intento de preparar 1(1,5)-(2,6-di[R1]-4,8-di[R2]-3,7-dihidro-s-indaceno), lo cual no fue posible debido a diversas reacciones colaterales secundarias en el último paso. Por último, se sintetizó una familia de compuestos del tipo azaciclofanos, en donde se pudieron obtener tres de los cuatro compuestos propuestos. Se realizaron estudios más detallados sobre PDCMD debido a las características presentadas en su síntesis. Diferentes espectroscopias demostraron que este ligando cambia su estructura propuesta, pero manteniendo las características buscadas, por lo que fue utilizado en la síntesis de complejos mono y bimetálicos derivados de cobre. Estos complejos fueron estudiados electroquímicamente, dando como resultado preliminar una disminución en el potencial de reducción del CO2, e incluso demostraron que frente a una electrocatálisis son capaces de transformarlo en oxalato, resultado estudiado mediante espectroscopia IR, Raman y 13C RMN.
Síntesis, caracterización y propiedades dieléctricas de nuevos polímeros conteniendo grupos polarizables
(2019) Bonardd Salvador, Sebastián Ignacio; Leiva Campusano, Ángel; Kortaberria, Galder.; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Química
Este proyecto de investigación se enmarca en la síntesis y caracterización de nuevos materiales dieléctricos del tipo dipolar glass polymer, los cuales corresponden a materiales poliméricos amorfos que contienen en su estructura grupos funcionales de elevado momento dipolar y con el mayor valor posible de temperatura de transición vítrea (Tg), para evitar la aparición de fenómenos disipativos a las temperaturas de trabajo del material. Se sintetizaron homopolímeros del tipo polimetacrilato y, por primera vez, poliitaconatos conteniendo como entidades dipolares grupos sulfonas y nitrilos. Todos estos materiales exhibieron valores de constante dieléctrica (ε’r) por sobre el promedio para polímeros convencionales. Además, se obtuvieron valores de factores de pérdidas (Tan(δ)) inferiores a 0,02, permitiéndoles ser considerados como materiales con bajas pérdidas energéticas. Por otra parte, la posibilidad de llevar a cabo una doble modificación sobre la estructura monomérica de los poliitaconatos, permitió evaluar el efecto sobre las propiedades dieléctricas que genera la adición de una segunda entidad dipolar o una estructura que incremente el valor de Tg del material. También se sintetizaron nuevos copolímeros conteniendo unidades metacrílicas (con grupos sulfona o nitrilo) y unidades N-vinil-2-pirrolidona, obteniéndose materiales con valores de constante dieléctrica (ε’r) por sobre el promedio para polímeros convencionales y bajos factores de pérdidas. Además, mostraron valores de Tg superiores al de los polimetacrilatos, retrasando la aparición de fenómenos disipativos en la escala de temperatura. Finalmente, utilizando materiales obtenidos a partir de desechos industriales, se prepararon mezclas poliméricas en formato de películas flexibles con propiedades dieléctricas mejoradas. Intentando aportar al desarrollo de una electrónica flexible y responsable con el medio ambiente.
Estudio de la conversión catalítica de CO2 sobre estructuras organometálicas
(2019) Guzmán Ángel, Daniela; Toro Labbé, Alejandro; Gutiérrez Oliva, Soledad; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Química
Los últimos análisis realizados en el marco del programa de la Vigilancia de la Atmósfera Global (VAG) de la Organización Meteorológica Mundial (OMM) muestran el gran aumento en los últimos años de las fracciones molares mundiales del dióxido de carbono (CO2), metano (CH4) y óxido nitroso (N2O), niveles que evidencian el cambio climático.[1] Actualmente se han estudiado diversas vías para disminuir la concentración de estos gases, la más importante es la creación de nuevas normativas que restrinjan las emisiones, además de la utilización, adsorción y almacenamiento de estas moléculas.[2, 3] El uso de nuevos materiales porosos para la captura y almacenamiento de CO2, CH4 y N2O ha tomado gran interés en los últimos años. Uno de estos nuevos materiales son los llamados metal-organic frameworks (MOFs). Los MOFs son una nueva clase de material poroso cristalino que presenta propiedades únicas, incluyendo gran área superficial, alta porosidad, y baja densidad cristalina además de gran estabilidad térmica y química.[4–6] Este material consiste en clusters metálicos u óxidos metálicos conectados con puentes orgánicos y son sintetizados mediante técnicas de auto-ensamblaje.[3] En años recientes, los MOFs han demostrado ser candidatos prometedores para el almacenamiento de gases y en procesos catalíticos como sustrato debido a su flexibilidad, estructura de poros y la variedad que se puede obtener mediante el cambio de los centros metálicos o los puentes orgánicos.[7] La utilización de CO2 y CH4, principalmente, como fuente de carbón para la síntesis de productos químicos valiosos, ha presentado gran interés en la industria química ya que son moléculas abundantes y de bajo costo. La hidrogenación catalítica de CO2 es considerada una de las vías más prometedoras para convertir esta molécula, ya que puede proveer una gran variedad de compuestos útiles.[8] El ácido fórmico (HCOOH) es uno de los compuestos que ha recibido atención ya que tiene numerosas aplicaciones en las industrias de alimento, agricultura, cuero y caucho.[9] Esta reacción permite así reducir la concentración de CO2 en la atmósfera. Otra forma de reducir el CO2 es hidratarlo para formar ácido carbónico (H2CO3).[10] En este último contexto, se proponen estrategias para mejorar la conversión de CO2, mediante el diseño de nuevas superficies catalíticas, nuevos MOFs generados vía funcionalización de los puentes orgánicos.[11] Los cambios serán estudiados y analizados mediante cálculos mecano-cuánticos, principalmente utilizando la Teoría de Funcionales de la Densidad (DFT), y descriptores que ayudarán a dilucidar el mecanismo de reacción y los eventos químicos involucrados a lo largo de ésta.[12, 13]
Agregados co-poliméricos anfifílicos en solución acuosa como portadores de nanopartículas de cobre
(2019) Bossel López, Esteban Andree; Leiva Campusano, Ángel; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Química
Los agregados de copolímeros en bloque anfifílicos en suspensión presentan, dentro de sus características, la capacidad de adsorber o encapsular otros componentes más pequeños que son incompatibles con el medio de solución. Esta propiedad permite transportar compuestos para fines específicos, siendo de interés para este trabajo la incorporación de nanopartículas de cobre y sus óxidos dentro de la matriz de agregado de copolímeros en bloque, para una futura aplicación como un producto fungicida o bactericida para la protección de alimentos. Las nanopartículas de cobre presentan los problemas de inestabilidad en suspensión, tendiendo a aglomerarse o a oxidarse en medio acuoso, cambiando su tamaño de partícula. Para poder disminuir este efecto, se utilizan compuestos que son estables en suspensión y que tengan la capacidad de estabilizar gracias a su estructura a partículas metálicas pequeñas, este es el caso de los copolímeros en bloque anfifílicos. En este trabajo se sintetizaron y caracterizaron copolímeros en bloque anfifílicos de poli(óxido de etileno) con poli(ϵ-caprolactona) y de poli(vinil pirrolidona) con poli (ϵcaprolactona) en estructuras de dibloque y tribloque, para estudiar el proceso de formación de agregados. Por otro lado, se sintetizaron y caracterizaron nanopartículas de cobre, nanopartículas de óxido de cobre (I) y nanopartículas de óxido de cobre (II), para finalmente incluirlas en los agregados de copolímeros en bloque. Las caracterizaciones se llevaron a cabo utilizando técnicas de DLS, TEM, Potencial Z, UV-Vis y Fluorescencia, según el sistema a caracterizar. Para la mayoría de los casos, los agregados presentaron morfologías micelares esféricas, y sólo en casos de baja estabilidad se pierde esta morfología debido a fenómenos de aglomeración. Al realizar la adición de nanopartículas al sistema de agregados de copolímeros en bloque, se observó que se desestabiliza el agregado perdiendo su morfología. Se determinó que existe una interacción entre las nanopartículas metálicas y los agregados generando un sistema, aludiendo a la característica de portador del agregado copolímérico. Los sistemas que presentaron mayor estabilidad fueron los que contenían agregados de copolímeros de Pol(vinil pirrolidona) con poli(ϵ-caprolactona) en formatos de dibloques. De acuerdo a lo anterior, el uso de copolímeros dibloques con carácter más hidrofóbico vendrían a solucionar las carencias de estabilidad, tanto morfológicamente como en suspensión, que presentan los sistemas más hidrofílicos, además de, la adsorción de nanopartículas metálicas en su estructura sin desestabilizar el sistema. Estos sistemas más estables permitirían las posibles funcionalizaciones para un uso futuro como producto industrial de carácter biodegradable, en el combate contra hongos y bacterias, por ejemplo en agricultura, sin comprometer a la flora y fauna del medio.
Diseño, síntesis, estudios de acoplamiento molecular y evaluación biológica de nuevos compuestos inhibidores de la vía de señalización Hedgehog.
(2019) Zárate Méndez, Ana María; Salas Sánchez, Cristián Osvaldo; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Química
Debido a que la activación aberrante de la vía de señalización Hedgehog (Hh) está relacionada con procesos de carcinogénesis, la inhibición de Hh ha surgido como una herramienta para el tratamiento de una amplia gama de cánceres humanos, donde el receptor Smoothened (Smo) ha sido el principal blanco terapéutico. El primer antagonista comercial de Smo vismodegib (GDC0449/Erivedge®), fue aprobado el año 2012 por la FDA para el tratamiento del carcinoma de células basales en etapas avanzadas de la enfermedad. Sin embargo, en los últimos años, han surgido mutaciones en Smo que confieren resistencia al tratamiento. Por esta razón, el desarrollo de nuevos antagonistas de Smo representa un desafío importante para la terapia del cáncer. Desde el punto de vista químico, una de las características comunes que presentan los inhibidores de Hh o antagonistas de Smo, es la presencia de un sistema heterocíclico como núcleo. Por ello, a partir de diversas evidencias reportadas en bibliografía y trabajos previos de nuestro grupo de investigación, en esta tesis se diseñaron, sintetizaron y evaluaron biológicamente un conjunto de nuevas purinas 2,6,9-trisustituidas como potenciales agentes antitumorales. De un total de 49 compuestos sintetizados, fueron seleccionados aquellos que presentaron el mejor perfil de potencia y selectividad en modelos de cáncer in vitro. Así, los compuestos 4r, 4s, 11a, 14g y 14j reportaron valores de IC50 en el rango de 1.2 a 40 µM en ensayos de viabilidad celular en un amplio panel de líneas celulares neoplásicas humanas, donde la apoptosis, fue el principal tipo de muerte celular observada para estos derivados, siendo estadísticamente más significativo el efecto producido por el compuesto 4s que además fue capaz de reprimir la expresión génica de Hh. Adicionalmente, ensayos de desplazamiento con Bodipy-Ciclopamina, estudios de genes reporteros (Gli-luciferasa) y estudios de la expresión génica mediante qRT-PCR, lograron identificar 4s como un nuevo antagonista de Smo. Estudios de acoplamiento molecular confirman que este derivado de purina se une al dominio transmembrana de Smo al igual que los antagonistas Smo aprobados clínicamente. Finalmente, en estudios in vivo, utilizando un modelo animal de ratón C57BL/6, el compuesto 4s vehiculizado en nanopartículas de fosfolípidos, mostró tener un efecto antitumoral en células B16F10 de melanoma murino (dependiente de Hh) al reducir la reincidencia tumoral y metástasis del tumor primario en única dosis de 1.5 mg de aplicación subcutánea. A partir de todo el trabajo realizado en esta tesis, se concluye que 4s es un prometedor agente antagonista de Smo, con un perfil citotóxico selectivo por células neoplásicas vs células no neoplásicas y con un notorio efecto antitumoral capaz de afectar específicamente el crecimiento y reincidencia de tumores dependientes de la vía Hh.Debido a que la activación aberrante de la vía de señalización Hedgehog (Hh) está relacionada con procesos de carcinogénesis, la inhibición de Hh ha surgido como una herramienta para el tratamiento de una amplia gama de cánceres humanos, donde el receptor Smoothened (Smo) ha sido el principal blanco terapéutico. El primer antagonista comercial de Smo vismodegib (GDC0449/Erivedge®), fue aprobado el año 2012 por la FDA para el tratamiento del carcinoma de células basales en etapas avanzadas de la enfermedad. Sin embargo, en los últimos años, han surgido mutaciones en Smo que confieren resistencia al tratamiento. Por esta razón, el desarrollo de nuevos antagonistas de Smo representa un desafío importante para la terapia del cáncer. Desde el punto de vista químico, una de las características comunes que presentan los inhibidores de Hh o antagonistas de Smo, es la presencia de un sistema heterocíclico como núcleo. Por ello, a partir de diversas evidencias reportadas en bibliografía y trabajos previos de nuestro grupo de investigación, en esta tesis se diseñaron, sintetizaron y evaluaron biológicamente un conjunto de nuevas purinas 2,6,9-trisustituidas como potenciales agentes antitumorales. De un total de 49 compuestos sintetizados, fueron seleccionados aquellos que presentaron el mejor perfil de potencia y selectividad en modelos de cáncer in vitro. Así, los compuestos 4r, 4s, 11a, 14g y 14j reportaron valores de IC50 en el rango de 1.2 a 40 µM en ensayos de viabilidad celular en un amplio panel de líneas celulares neoplásicas humanas, donde la apoptosis, fue el principal tipo de muerte celular observada para estos derivados, siendo estadísticamente más significativo el efecto producido por el compuesto 4s que además fue capaz de reprimir la expresión génica de Hh. Adicionalmente, ensayos de desplazamiento con Bodipy-Ciclopamina, estudios de genes reporteros (Gli-luciferasa) y estudios de la expresión génica mediante qRT-PCR, lograron identificar 4s como un nuevo antagonista de Smo. Estudios de acoplamiento molecular confirman que este derivado de purina se une al dominio transmembrana de Smo al igual que los antagonistas Smo aprobados clínicamente. Finalmente, en estudios in vivo, utilizando un modelo animal de ratón C57BL/6, el compuesto 4s vehiculizado en nanopartículas de fosfolípidos, mostró tener un efecto antitumoral en células B16F10 de melanoma murino (dependiente de Hh) al reducir la reincidencia tumoral y metástasis del tumor primario en única dosis de 1.5 mg de aplicación subcutánea. A partir de todo el trabajo realizado en esta tesis, se concluye que 4s es un prometedor agente antagonista de Smo, con un perfil citotóxico selectivo por células neoplásicas vs células no neoplásicas y con un notorio efecto antitumoral capaz de afectar específicamente el crecimiento y reincidencia de tumores dependientes de la vía Hh.Debido a que la activación aberrante de la vía de señalización Hedgehog (Hh) está relacionada con procesos de carcinogénesis, la inhibición de Hh ha surgido como una herramienta para el tratamiento de una amplia gama de cánceres humanos, donde el receptor Smoothened (Smo) ha sido el principal blanco terapéutico. El primer antagonista comercial de Smo vismodegib (GDC0449/Erivedge®), fue aprobado el año 2012 por la FDA para el tratamiento del carcinoma de células basales en etapas avanzadas de la enfermedad. Sin embargo, en los últimos años, han surgido mutaciones en Smo que confieren resistencia al tratamiento. Por esta razón, el desarrollo de nuevos antagonistas de Smo representa un desafío importante para la terapia del cáncer. Desde el punto de vista químico, una de las características comunes que presentan los inhibidores de Hh o antagonistas de Smo, es la presencia de un sistema heterocíclico como núcleo. Por ello, a partir de diversas evidencias reportadas en bibliografía y trabajos previos de nuestro grupo de investigación, en esta tesis se diseñaron, sintetizaron y evaluaron biológicamente un conjunto de nuevas purinas 2,6,9-trisustituidas como potenciales agentes antitumorales. De un total de 49 compuestos sintetizados, fueron seleccionados aquellos que presentaron el mejor perfil de potencia y selectividad en modelos de cáncer in vitro. Así, los compuestos 4r, 4s, 11a, 14g y 14j reportaron valores de IC50 en el rango de 1.2 a 40 µM en ensayos de viabilidad celular en un amplio panel de líneas celulares neoplásicas humanas, donde la apoptosis, fue el principal tipo de muerte celular observada para estos derivados, siendo estadísticamente más significativo el efecto producido por el compuesto 4s que además fue capaz de reprimir la expresión génica de Hh. Adicionalmente, ensayos de desplazamiento con Bodipy-Ciclopamina, estudios de genes reporteros (Gli-luciferasa) y estudios de la expresión génica mediante qRT-PCR, lograron identificar 4s como un nuevo antagonista de Smo. Estudios de acoplamiento molecular confirman que este derivado de purina se une al dominio transmembrana de Smo al igual que los antagonistas Smo aprobados clínicamente. Finalmente, en estudios in vivo, utilizando un modelo animal de ratón C57BL/6, el compuesto 4s vehiculizado en nanopartículas de fosfolípidos, mostró tener un efecto antitumoral en células B16F10 de melanoma murino (dependiente de Hh) al reducir la reincidencia tumoral y metástasis del tumor primario en única dosis de 1.5 mg de aplicación subcutánea. A partir de todo el trabajo realizado en esta tesis, se concluye que 4s es un prometedor agente antagonista de Smo, con un perfil citotóxico selectivo por células neoplásicas vs células no neoplásicas y con un notorio efecto antitumoral capaz de afectar específicamente el crecimiento y reincidencia de tumores dependientes de la vía Hh.
Estudio teórico de formación molecular sobre superficies de PaHs con aplicaciones en reacciones del medio interestelar.
(2019) Barrales Martínez, César Camilo; Gutiérrez Oliva, Soledad; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Química
En el presente trabajo de tesis se estudió, a nivel teórico, el proceso de formación de las moléculas H2, CO, O2 y H2O sobre superficies de hidrocarburos aromáticos policíclicos, las cuales, se postula que están presentes tanto en la tierra como en el espacio exterior. Se ha postulado que éstos son parte de granos de polvo presentes en una región del espacio conocida como medio interestelar. Las superficies de estas moléculas han mostrado ser óptimas para llevar a cabo el proceso de adsorción de átomos y moléculas en el medio donde se encuentren. Por este motivo, se estudió el proceso de formación de estas moléculas por medio de sucesivas reacciones de adsorción de átomos de H, C y O sobre estas superficies. Desde la perspectiva de la química teórica y computacional, se analizaron diferentes mecanismos, donde el cálculo de la energía de activación de cada proceso (adsorción y desorción) es clave para la determinación de la validez de éstos. Para un análisis detallado del mecanismo de reacción involucrado en los procesos de formación molecular se utilizó el modelo de Fuerza de Reacción y el de Activation Strain Model, los cuales, fueron capaces de identificar los factores que están gobernando cada reacción en estudio. Con estos datos, se calculó la constante de velocidad del proceso de formación de H2 sobre la superficie de diferentes PAHs, el cual, fue comparado con el valor propuesto previamente para el proceso y se concluyó que las reacciones libres de energía de activación serían claves para la formación de estas moléculas en condiciones interestelares con la constante de velocidad propuesta.
Síntesis de nanocompositos polietileno/óxido de grafeno reducido utilizando complejos de Ni (II) soportados sobre óxido de grafeno reducido modificado químicamente con ácidos de Lewis
(2019) Correa Alfaro, Sebastián; Rojas Guerrero, René; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Química
En complejos métalicos de transición tardía, el pre-catalizador puede ser activado usando reactivos en cantidades estequiométricas. El potente ácido de Lewis B(C6F5)3 se puede adicionar a aquellos pre-catalizadores que contengan funcionalidades básicas de Lewis en la estructura del ligando capaces de interactuar con ácidos de Lewis. Probablemente los sistemas más importantes activados con B(C6F5)3 son los catalizadores -iminocarboxamida y -ciano--cetoiminato de níquel. Estos catalizadores son similares a otras familias de catalizadores basados en metales de transición, sin embargo, presentan una diferencia crucial. La presencia de los grupos funcionales carboxamida y nitrilo, respectivamente en la estructura del ligando permite, a través de estos grupos la interacción con ácidos de Lewis presentes en el medio de reacción, resultando en un incremento de la actividad catalítica. Pero más importante, esta interacción permitió desarrollar una metodología sencilla para la heterogenización de catalizadores sobre ácidos de Lewis sólidos o superficies modificadas con ácidos de Lewis. Una de las ventajas de la utilización de catalizadores soportados, es que permite el desarrollo de nuevos materiales con propiedades únicas, como son los nanocompositos. Dentro de todos los materiales inorgánicos conocidos, el grafeno destaca debido a que presenta excelentes popiedades que lo hacen interesante ya sea como soporte o como nanoreforzante. Tradicionalmente, los nanocompositos grafeno/polietileno se han sintetizado utilizando MAO como co-catalizador, junto con un catalizador metaloceno o postmetaloceno. Sin embargo, el anclaje de un ácido de Lewis como B(C6F5)3 en la superficie de grafeno y la subsecuente generación de un sitio ácido de Lewis heterogéneo capaz de activar remotamente catalizadores post-metalocénicos basados en níquel, no ha sido explorada hasta ahora. En este trabajo de investigación, se desarrolló un nuevo sitio ácido de Lewis heterogéneo, denominado rGO-O-B(C6F5)2. Proveniente de la reacción entre los grupos hidroxi presentes en la superficie de grafeno con B(C6F5)3, asumiendo la posibilidad de una interacción remota entre la unidad -O-B(C6F5)2 con grupos básicos de Lewis presentes en la estructura de compuestos organometálicos. De esta manera, los complejos -iminocarboxamida y -ciano--cetoiminato de níquel fueron heterogenizados sobre rGO-O-B(C6F5)2, los sistemas catalíticos resultantes fueron altamente activos hacia la polimerización de etileno in situ permitiendo la obtención de nuevos materiales nanocompuestos grafeno/polietileno con propiedades únicas.
Diseño, síntesis y evaluación biológica de isosteros derivados de L-butionina sulfoximina y naftoquinonas con potencial actividad tripanosomicida
(2019) Thomas Riveros, Pablo Ignacio; Salas Sánchez, Cristián Osvaldo; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Química
El “mal de Chagas” es una de las tantas enfermedades endémicas presentes en el continente americano que es transmitido por el parásito Trypanosoma cruzi. Cada año mueren millones de personas a causa de ésta y otro número no menor, está en riesgo de contraerla. Los tratamientos existentes son escasos y poco eficientes, siendo sólo dos fármacos, nifurtimox y benznidazol, los utilizados. Sin embargo, debido a los efectos adversos y la baja efectividad en la etapa crónica de la enfermedad, se hace necesario la búsqueda de nuevas alternativas quimioterapéuticas. Dentro de algunas nuevas estrategias terapéuticas, es interesante reconsiderar el papel que tiene la L-butionina sulfoximina (L-BSO) en mamíferos y parásitos. Este compuesto es capaz de inhibir la síntesis de glutatión y por consecuencia la detripanotión (T(SH)2), un componente clave dentro de los mecanismos de defensa que posee T. cruzi frente al estrés oxidativo. Por esta razón, la combinación de LBSO con agentes que induzcan formación de especies reactivas de oxígeno (ROS), como nifurtimox y benznidazol, ha sido considerado como un posible tratamiento más eficaz en el manejo de esta patología. En paralelo, en los últimos años, se han reportado un conjunto de quinonas heterocíclicas que poseen efecto tripanosomicida, muchos ellos de mejor potencia que los fármacos de referencia. En función de lo anterior, esta tesis de doctorado se propuso aportar nuevas moléculas con potencial actividad tripanosomicida, que apunten a dos estrategias farmacológicas. Por un lado, nuevos análogos de L-BSO, que sean más eficaces en la disminución de los niveles de T(SH)2 y, por otra parte, nuevas quinonas heterocíclicas de mayor potencia que las estudiadas en nuestro grupo de investigación. Los principales resultados de esta tesis indican que, algunos de los análogos de LBSO sintetizados, lograron preliminarmente una disminución en los niveles deT(SH)2 en epimastigote de T. cruzi, principalmente los compuestos 6b y 20a. Estos efectos fueron observados a concentraciones cinco veces menor que L-BSO. Por otro lado, los derivados de quinonas 33a y 33b, mostraron los mayores efectos tripanosomicidas en epimastigote de T. cruzi, (IC50 = 1,72 y 6,04 M, respectivamente), comparados con nifurtimox (IC50 = 21,05 M). Además, ambos compuestos mostraron ser más selectivos hacia T. cruzi que células Vero, especialmente IV (Índice de selectividad: 32) e igualmente eficaces en la formatripomastigote del parásito. Finalmente, a partir de la información estructural de los compuestos más activos, se propusieron algunas modificaciones químicas para obtener una nueva familia de quinonas, de las cuales se destaca la molécula 41b.Este derivado resultó ser un potente agente tripanosomicida en la formatripomastigote (IC50 = 0,349 ± 0,089 M) y con una alta selectividad hacia T. cruzi comparado con células RAW (IS = 84). Este último, se considera el resultado más significativo de esta tesis, lo cual valida la hipótesis acerca de aquellas características farmacofóricas que debe poseer un compuesto con núcleo de quinonas para poseer actividad tripanosomicida y selectividad. Con estos resultados, es posible plantear que serían muy útiles estudios de potenciación entre nifurtimox o benznidazol con los análogos de L-BSO o las 2-aminoarilquinonas.
Metodologías para la degradación de pesticidas organofosforados (OPs) en medio acuoso y líquidos iónicos funcionalizados
(2019) Morales Oyarzún, Javiera Ignacia; Pavez Guerrero, Paulina Isabel; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Química
Los pesticidas organofosforados se usan ampliamente en el mundo para el control de plagas. Sin embargo, también resultan tóxicos para el ser humano debido a que su actividad es inespecífica y a su alta bioacumulación. Por esto, se busca una rápida y efectiva degradación de éstos. Los procesos existentes hoy en día suelen no ser tan eficaces, debido a que son costosos, requieren condiciones muy específicas de reacción, uso de disolventes orgánicos tóxicos o largos tiempos son necesarios para su degradación. En este contexto, en este trabajo de tesis se propusieron dos alternativas a las metodologías tradicionales de degradación, i) el uso de líquidos iónicos (LIs) como reemplazo a los disolventes orgánicos convencionales, y ii) uso de procesos oxidativos avanzados, reportados como procesos de oxidación de contaminantes de manera más limpia y efectiva. Con respecto a la primera propuesta, se sintetizaron y caracterizaron nueve líquidos iónicos, utilizando 1-butil-3-metil imidazolio como catión y diferentes aminoácidos (AA) como anión, formando LIs del tipo [Bmim][AA] y cuatro líquidos iónicos próticos (PILs), utilizando diferentes ácidos orgánicos como anión. Para ambos tipos de LIs se determinaron parámetros de disolventes y se analizó su uso como medio de reacción en la degradación de un pesticida organofosforado como el Paraoxón®. Los resultados arrojaron que los LIs se comportaron de manera dual frente a la degradación, ya que la reacción ocurrió sin un agente externo como nucleófilo. De esta manera, los LIs actuaron tanto como nucleófilo y como medio de reacción. Además, se obtuvo un aumento considerable en la velocidad de degradación, en comparación con la velocidad reportada en LIs convencionales. Por otro lado, dentro de la segunda propuesta, en esta tesis se evaluó la oxidación del pesticida Paraoxón®, a partir de la generación de un catión radical de una especie de porfirina de Fe(III), en presencia de H2O2. En este caso, se utilizaron varias técnicas analíticas para identificar la existencia de productos de oxidación. Finalmente, se obtuvieron productos con un bajo porcentaje de conversión. Esto, principalmente debido a la poca estabilidad del sistema propuesto y probablemente por la elección del ligando del complejo de Fe(III).
Síntesis, caracterización y estudio electroquímico y fotofísico de complejos de Cu(I) para su utilización como materiales híbridos en la transformación de dióxido de carbono
(2019) Martínez Ahumada, Natalia del Pilar; Isaacs Casanova, Mauricio; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Química
Se ha demostrado que la concentración de dióxido de carbono (CO2) en la atmósfera ha aumentado drásticamente desde que se estableció la denominada Revolución Industrial. Este incremento, ha afectado la temperatura en la Tierra, fenómeno conocido como calentamiento global. Utilizar CO2 como un material de inicio para generar productos de interés industrial es atractivo y sostenible, ya que de esta forma el CO2 puede ser reciclado. Activar químicamente a la molécula de CO2 y posteriormente transformarla en productos conlleva un alto costo energético, el cuál podría ser disminuido con la asistencia de un catalizador. Compuestos de coordinación de varios metales de transición se han utilizado como catalizadores en la reducción electroquímica y fotoquímica de CO2 llevándola a cabo a un menor sobrepotencial. Esta tesis propone el uso de complejos de Cu(I) como alternativa de catalizador para la transformación de CO2. Para ello, se sintetizó un set de 7 complejos de Cu(I) con ligandos polipiridínicos (NN) y fosfínicos (PP), los cuales se utilizaron como electrocatalizadores y fotocatalizadores en la transformación de CO2, tanto de forma homogénea como heterogénea. Monóxido de carbono (CO), metanol (CH3OH) y reacciones paralelas de inserción de CO2, se encontraron como productos de la transformación de CO2. Además, se estudió los equilibrios químicos en solución que presentaron algunos de los complejos de Cu(I) utilizados, y la capacidad que mostraron de generar complejos estables a través de interacciones supramoleculares, cuya presencia ocasionó la modificación de las propiedades electroquímicas y espectroscópicas respecto al complejo inicial.
Estudio electro y fotoelectrocatalítico de pastas basadas en materiales carbonosos, líquidos iónicos y porfirinas, actividad frente a la reducción de oxígeno, evolución de hidrógeno y oxidación de ácido gálico.
(2020) Gidi Chomalí, Leyla Denisse; Ramírez Jofré, Galo; Aguirre, María Jesús; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Química
Las técnicas electroquímicas permiten desarrollar electrodos eficientes frente a reacciones de interés energético y medioambiental con potencial uso en energías renovables, como en el caso de la reacción de reducción de oxígeno (ORR) y la reacción de evolución de hidrógeno (HER). Ambas reacciones pueden participar en sistemas de generación de energía eléctrica limpia y sustentable, otorgando vías catalíticas más favorables. Estas técnicas electroquímicas también permiten estudiar sensores activos frente a algunos analitos de interés en el área de alimentos, como por ejemplo en la detección y cuantificación del antioxidante ácido gálico (GA). Algunos materiales carbonosos tales como el grafito, grafeno y los nanotubos de carbono presentan excelentes características mecánicas y eléctricas, y son interesantes candidatos para mediar reacciones electroquímicas a través de electrodos de pastas carbonosas. Estas pastas aumentan su actividad cuando utilizan líquidos iónicos (IL) como aglutinantes, debido su elevada conductividad iónica. Además, la actividad de estos sistemas puede verse incrementada cuando se emplean porfirinas metálicas, las cuales funcionan como electrocatalizadores eficientes. Su actividad depende en gran parte del metal central y dentro de este contexto, las octaetilporfirinas de cobalto (CoIIOEP) y de hierro (FeIIIOEP), muestran una respuesta electro y fotoelectrocatalítica atractiva hacia diversas reacciones electroquímicas tanto de reducción como de oxidación. En base a estos antecedentes, en este trabajo de tesis se realizó la generación de electrodos fabricados a partir de grafito, grafeno y nanotubos de carbono, empleando al IL hexafluorofosfato de Noctilpiridinio como aglutinante y catalizador, y se realizó la modificación de las superficies electródicas con CoIIOEP, FeIIIOEP y mezclas de ambos complejos. Los electrodos diseñados fueron estudiados mediante técnicas de caracterización fisicoquímicas, para obtener información detallada acerca de su estructura, composición y morfología. Luego, se estudió la respuesta electroquímica y fotoelectrocatalítica de los sistemas. Dentro de las combinaciones, se encontraron materiales con gran actividad hacia la electrocatálisis de la ORR y de la HER. La HER además muestra una actividad fotoelectrocatalítica importante, mientras que la ORR no mejora su respuesta en presencia de luz. Por último, se realizó la evaluación de los sistemas como sensores amperométricos en la detección y cuantificación GA, estableciéndose los parámetros electroanalíticos correspondientes.Las técnicas electroquímicas permiten desarrollar electrodos eficientes frente a reacciones de interés energético y medioambiental con potencial uso en energías renovables, como en el caso de la reacción de reducción de oxígeno (ORR) y la reacción de evolución de hidrógeno (HER). Ambas reacciones pueden participar en sistemas de generación de energía eléctrica limpia y sustentable, otorgando vías catalíticas más favorables. Estas técnicas electroquímicas también permiten estudiar sensores activos frente a algunos analitos de interés en el área de alimentos, como por ejemplo en la detección y cuantificación del antioxidante ácido gálico (GA). Algunos materiales carbonosos tales como el grafito, grafeno y los nanotubos de carbono presentan excelentes características mecánicas y eléctricas, y son interesantes candidatos para mediar reacciones electroquímicas a través de electrodos de pastas carbonosas. Estas pastas aumentan su actividad cuando utilizan líquidos iónicos (IL) como aglutinantes, debido su elevada conductividad iónica. Además, la actividad de estos sistemas puede verse incrementada cuando se emplean porfirinas metálicas, las cuales funcionan como electrocatalizadores eficientes. Su actividad depende en gran parte del metal central y dentro de este contexto, las octaetilporfirinas de cobalto (CoIIOEP) y de hierro (FeIIIOEP), muestran una respuesta electro y fotoelectrocatalítica atractiva hacia diversas reacciones electroquímicas tanto de reducción como de oxidación. En base a estos antecedentes, en este trabajo de tesis se realizó la generación de electrodos fabricados a partir de grafito, grafeno y nanotubos de carbono, empleando al IL hexafluorofosfato de Noctilpiridinio como aglutinante y catalizador, y se realizó la modificación de las superficies electródicas con CoIIOEP, FeIIIOEP y mezclas de ambos complejos. Los electrodos diseñados fueron estudiados mediante técnicas de caracterización fisicoquímicas, para obtener información detallada acerca de su estructura, composición y morfología. Luego, se estudió la respuesta electroquímica y fotoelectrocatalítica de los sistemas. Dentro de las combinaciones, se encontraron materiales con gran actividad hacia la electrocatálisis de la ORR y de la HER. La HER además muestra una actividad fotoelectrocatalítica importante, mientras que la ORR no mejora su respuesta en presencia de luz. Por último, se realizó la evaluación de los sistemas como sensores amperométricos en la detección y cuantificación GA, estableciéndose los parámetros electroanalíticos correspondientes.
Application of low valent main group elements in small molecule activation reactions.
(2020) Villegas, Nery Andrés; Toro Labbé, Alejandro; Schaefer, Henry F.; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Química
Exceptional synthetic transformations have been achieved through the years by the use of transition metal catalysts. On the contrary, only a few industrialized processes use main group based catalysts due to its low reactivity and poor recovery from the reaction media. In this thesis, a detailed computational study of the application of main group elements acting as transition metals for the activation of small molecules is presented. The hydroboration of CO2 by group 14 NacNac derived systems and the activation of H2 by low valent aluminum species are studied. Low valent main group 14 elements (Si, Ge, Sn, and Pb) bearing charge 2+ and a N-Arylisopropyl--diketiiminate ligand were used for the transformation of CO2, aimed to yield in subsequent steps formic acid derivatives. It has been found that when going down in group 14, the reaction becomes more favored. This study suggests that Pb(II) is a preponderate candidate for hydroboration of CO2. We hope this study motivates future experimental work on main group catalysis, especially using low valent lead compounds.On the other hand, for the activation of H2 by aluminyl anions, it was found that the potassium atoms that help stabilize the dimeric form of the catalysts do not play a catalytic role in the activation of the gas. To explore substituent effect in geometry, electronic structure, and reactivity, simple AlR1R – 2 species were used as a model. High-level coupled-cluster geometry and energetics were obtained for each structure. In conclusion, donation and back-donation effects were found in these structures, resembling a TM behavior. Moreover, monosubstituted aluminyl anions reported lower activation energies concerning the disubstituted systems.Exceptional synthetic transformations have been achieved through the years by the use of transition metal catalysts. On the contrary, only a few industrialized processes use main group based catalysts due to its low reactivity and poor recovery from the reaction media. In this thesis, a detailed computational study of the application of main group elements acting as transition metals for the activation of small molecules is presented. The hydroboration of CO2 by group 14 NacNac derived systems and the activation of H2 by low valent aluminum species are studied. Low valent main group 14 elements (Si, Ge, Sn, and Pb) bearing charge 2+ and a N-Arylisopropyl--diketiiminate ligand were used for the transformation of CO2, aimed to yield in subsequent steps formic acid derivatives. It has been found that when going down in group 14, the reaction becomes more favored. This study suggests that Pb(II) is a preponderate candidate for hydroboration of CO2. We hope this study motivates future experimental work on main group catalysis, especially using low valent lead compounds.On the other hand, for the activation of H2 by aluminyl anions, it was found that the potassium atoms that help stabilize the dimeric form of the catalysts do not play a catalytic role in the activation of the gas. To explore substituent effect in geometry, electronic structure, and reactivity, simple AlR1R – 2 species were used as a model. High-level coupled-cluster geometry and energetics were obtained for each structure. In conclusion, donation and back-donation effects were found in these structures, resembling a TM behavior. Moreover, monosubstituted aluminyl anions reported lower activation energies concerning the disubstituted systems.
Síntesis de nanohilos de ZnO, su aplicación en procesos fotoelectroquímicos
(2020) Castillo Rodríguez, Judith; Río Quero, Rodrigo del; Hevia, Samuel; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Química
En la actualidad uno de los principales retos que presenta la sociedad es el desarrollo de vías alternativas de generación de energía. Dos de las alternativas más exploradas en la utilización de fuentes renovables de energía, son la construcción de celdas solares sensibilizadas con colorantes y la generación de hidrógeno a través de los procesos de fotoelectrólisis del agua. Esta tesis doctoral se centra en la obtención de nanohilos de ZnO (ZnONHs), ZnONHs modificados, su completa caracterización y la evaluación de sus propiedades fotoelectroquímicas, específicamente para la generación de hidrógeno mediante water splitting y la construcción de celdas solares sensibilizadas con colorantes. Para la obtención de los depósitos de ZnONHs sobre FTO, se utilizó la reducción catódica precedida por la formación de una capa semilla en la superficie del electrodo mediante Spin-Coating. La modificación estructural mediante el dopaje con plata de los nanohilos se hizo mediante la utilización de voltametría cíclica en presencia de AgNO3 con una ventana de potencial entre 0.5 a -1 V a una velocidad de barrido de 20 mV/s. Por otra parte, la modificación superficial de los ZnONHs utilizando nanopartículas de plata (AgNPs) se llevó a cabo mediante cuatro métodos diferentes: SILAR, fotodepósito, depósito electroquímico y por último electroforesis de AgNPs previamente formadas. Los materiales obtenidos fueron caracterizados morfológica, estructural, óptica y superficialmente mediante Microscopía Electrónica de Barrido (SEM), Difracción de Rayos X (DRX), Reflectancia Difusa (DRS) y Espectroscopia de Fotoelectrones Emitidos por Rayos X (XPS). Mediante la caracterización electroquímica se obtuvo un potencial de banda plana de 0.4 V y ND de 1 · 1020 cm-3. Se obtuvo una eficiencia de 0.02% en la construcción de las celdas solares sensibilizadas con colorantes.En la actualidad uno de los principales retos que presenta la sociedad es el desarrollo de vías alternativas de generación de energía. Dos de las alternativas más exploradas en la utilización de fuentes renovables de energía, son la construcción de celdas solares sensibilizadas con colorantes y la generación de hidrógeno a través de los procesos de fotoelectrólisis del agua. Esta tesis doctoral se centra en la obtención de nanohilos de ZnO (ZnONHs), ZnONHs modificados, su completa caracterización y la evaluación de sus propiedades fotoelectroquímicas, específicamente para la generación de hidrógeno mediante water splitting y la construcción de celdas solares sensibilizadas con colorantes. Para la obtención de los depósitos de ZnONHs sobre FTO, se utilizó la reducción catódica precedida por la formación de una capa semilla en la superficie del electrodo mediante Spin-Coating. La modificación estructural mediante el dopaje con plata de los nanohilos se hizo mediante la utilización de voltametría cíclica en presencia de AgNO3 con una ventana de potencial entre 0.5 a -1 V a una velocidad de barrido de 20 mV/s. Por otra parte, la modificación superficial de los ZnONHs utilizando nanopartículas de plata (AgNPs) se llevó a cabo mediante cuatro métodos diferentes: SILAR, fotodepósito, depósito electroquímico y por último electroforesis de AgNPs previamente formadas. Los materiales obtenidos fueron caracterizados morfológica, estructural, óptica y superficialmente mediante Microscopía Electrónica de Barrido (SEM), Difracción de Rayos X (DRX), Reflectancia Difusa (DRS) y Espectroscopia de Fotoelectrones Emitidos por Rayos X (XPS). Mediante la caracterización electroquímica se obtuvo un potencial de banda plana de 0.4 V y ND de 1 · 1020 cm-3. Se obtuvo una eficiencia de 0.02% en la construcción de las celdas solares sensibilizadas con colorantes.
Síntesis y evaluación de compuestos del tipo imino-fenol aplicados en el proceso de extracción por solvente para la recuperación de metales divalentes en medios ácidos
(2020) Werlinger Solís, Francisca Katherina; Rojas Guerrero, René; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Química
El proceso de obtención de cobre es de vital importancia para la industria nacional, debido a que es un metal que se encuentra en abundancia en nuestro país y es muy requerido a nivel mundial. El proceso de obtención de este metal se lleva a cabo principalmente por dos tecnologías, un proceso que se enfoca en el tratamiento de sulfuros de cobre y un segundo proceso que se centra en el tratamiento óxidos de cobre. Esta vía hidrometalúrgica se divide principalmente en tres etapas: primero el mineral se somete a un proceso de chancado, cuando ha alcanzado la granulometría necesaria es apilado y regado con una disolución de H2SO4; segundo esa solución enriquecida de cobre(II) pasa a un proceso intermedio de extracción por solvente (SX) donde se concentra y purifica; finalmente la solución pasa a la etapa de electro-obtención desde donde se obtienen cátodos de cobre electrolítico 99,9999% de pureza.1,2 Este proyecto se centra en la etapa intermedia (SX) del proceso antes descrito. Los extractantes actualmente utilizados (oximas) presentan algunos problemas de selectividad y de degradación química debido a las condiciones de operación tales como temperatura, bajos pH, exposición a rayos UV, entre otros, problemas que afectan en la vida útil de estos compuestos y por ende en la capacidad de extracción. Este trabajo se enfocó en la síntesis de un conjunto de ligandos (nuevos extractantes) del tipo imino-fenol L1-L8 obtenidos por condensación de una cetona y una amina del tipo primaria, alcanzando buenos rendimientos (≥ 60%), los cuales fueron caracterizados por métodos espectroscópicos (RMN, FTIR, UV/Vis y MS). Se realizó un primer análisis de carga con los ligandos L1-L8 a partir de soluciones de CuSO4 a temperatura ambiente durante 60 minutos a pH 3,0, resultando L8 el mejor ligando para llevar a cabo este proceso de carga (70% en la extracción de Cu(II)). Después de elegir el conjunto de ligandos con la mejor capacidad de extracción de Cu(II) (L1 y L5-L8), se estudió el rendimiento de estos ligandos en la descarga de Cu(II) de la fase orgánica con condiciones variables, ya que se analizó la estabilidad a diferentes valores de pH. Se llevó a cabo un conjunto de experimentos de extracción de Cu(II) con ligandos L1, L5-L8 a pH 4,5 y temperatura ambiente durante 60 minutos, seguido de reacciones de descarga de Cu(II) que se realizaron a 50 ºC durante 60 minutos a pH 3,0 para L1, L5-L7 y a pH 1,8 para L8. Es de destacar, que los ligandos L1 y L6 proporcionaron los mejores resultados para la etapa de descarga, con 46 y 47% de eliminación de Cu(II), respectivamente. Finalmente, se realizó un estudio de extracción competitiva para L8 y selectividad de extracción / re-extracción para L1 y L8 con diferentes iones metálicos divalentes (Cu2+, Co2+, Ni2+ y Mn2+), L8 resultó ser un buen ligando de carga y L1 un buen ligando descargando para los distintos iones.
Hidrogenación catalítica de furfural sobre catlaizadores nanohíbridos en la interfase de emulsiones water-oil
(2020) Herrera Hernández, Carla Pía; Escalona, Néstor; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Química
La conversión catalítica de furfural, molécula derivada de la biomasa, representa una de las rutas más importante para la producción de compuestos químicos de mayor valor agregado. Sin embargo, hoy en día su conversión está limitada por los métodos de procesamiento y a los costos asociados de los procesos de extracción de los productos claves. Como solución a esta problemática se ha propuesto el desarrollo catalítico en un sistema en emulsión. En el presente trabajo de tesis se estudió la actividad catalítica y selectividad de los catalizadores nanohíbridos a base de Ni soportados en nanotubos de carbono modificados, sobre la hidrogenación de furfural en la interfase de emulsiones water/oil. La humectabilidad de los nanotubos de carbono fue ajustada en función de la intensidad del proceso de funcionalización. Todos los catalizadores fueron preparados mediante impregnación incipiente y caracterizados mediante diferentes técnicas fisicoquímicas. Las reacciones de conversión catalítica fueron llevadas a cabo en un reactor batch, variando la temperatura de reacción, presión de H2 y razón de solvente orgánico/acuoso. Se encontró que la humectabilidad de los catalizadores juega un rol clave en la formación de emulsiones estables y en la mejora de la actividad catalítica. El catalizador amfifílico presentó la mayor formación del producto ciclopentanona con una alta solubilidad en la fase orgánica. Este resultado destaca la simultánea reacción y separación del producto objetivo en emulsiones, simplificando así las etapas de aislamiento del producto clave de la reacción. Adicionalmente, se observó que las propiedades de la emulsión, actividad y selectividad puede ser ajustada mediante el control del contenido metálico y las condiciones experimentales de la reacción. La mayor conversión de furfural con una alta selectividad hacia ciclopentanona fue obtenida sobre el catalizador con un 10% de Ni, 200 °C, 2.0 MPa de H2 y una razón de solvente de 1/1.

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