Catálogo de publicaciones

El presente trabajo se ha organizado en 10 capítulos, los que incluyen una breve descripción inicial de los aspectos relevantes encontrados en relación a esta temática, seguida de una descripción detallada de los métodos experimentales, técnicas y equipos utilizados para la obtención y caracterización de los compuestos. Posteriormente, se presentan los resultados experimentales y teóricos, junto con conclusiones parciales de los resultados obtenidos que conforman los capítulos 3 al 8. Los compuestos que integran cada capítulo fueron seleccionados considerando la similitud de sus características, resultados y/o estudios realizados. En el capítulo 9 se presentan las conclusiones generales derivadas de los resultados puntuales obtenidos en cada capítulo. En el capítulo 10 se agrupan los anexos con la información de soporte.

El crecimiento exponencial de los avances tecnológicos actuales impulsa la sintesis de materiales moleculares con propiedades fisicoquimicas bien determinadas. Esto ha incentivado el desarrollo de nuevos compuestos con propiedades cristal líquido conteniendo metales de transición. Cuatro grupos de metalomesógenos se estudian en este trabajo, con el propósito de lograr mesofases estables a baja temperatura y caracterizar dichas fases desde el punto de vista estructural. La combinación de diferentes ligandos ecuatoriales y axiales se analizó en tres series de carboxilatos binucleares de rutenio de valencia mixta: Ru2(Cn),DOS, Ru2(B2OCn),DOS y Ru2(B3OCn), Cl. Además, se estudió la influencia de la introducción de ligandos voluminosos en una serie de complejos de cobre:Cu2(B3OCn). Se logró descender la temperatura de transición hacia la mesofase, respecto de los compuestos previamente estudiados por otros autores haciendo uso del principio del llenado eficaz del espacio intermolecular. De esta manera se logró obtener mesofases aún a temperatura ambiente en ciertos complejos de rutenio. La aparición de mesofases cúbicas en algunos de estos compuestos contribuye a la diversificación de la geometria molecular: a la vez que permite establecer nexos másfuertes entre compuestos termotrópicos y liotrópicos. Sobre la base de experimentos de difracción de rayos-X y con la ayuda de técnicas complementarias utilizadas como sondas locales, se propone en cada caso un modelo estructural adecuado.

El objetivo de este trabajo de Tesis es aportar información sobre las propiedades fotoquímicas y fotofísicas de nuevos complejos tricarbonílicos de Re^I que contienen ligandos piridínicos bidentados.

La celda de combustible es el dispositivo más prometedor para producir energía limpia. Estos transforman la energía química almacenada en un combustible determinado, en energía eléctrica. En las celdas de combustible de tipo el H2/O2, el hidrógeno se oxida en el ánodo, generando iones H + y electrones. En este sentido el Pt ha demostrado ser el catalizador más eficaz para la oxidación del hidrógeno, aunque su actividad electrocatalítica disminuye cuando el H2 utilizado contiene CO, incluso unas pocas partes por millón de CO producen una degradación sustancial en el rendimiento de la celda. Por esta razón, gran cantidad de autores están trabajando en el desarrollo de nuevos materiales resistentes a la contaminación con CO. Especial atención se ha prestado a los electrodos bimetálicos, compuestos por Pt con otro metal con alto caracter oxifílico (como son el Ru, Sn, Mo, etc.), siendo la función de este segundo metal la de promover la oxidación de monóxido de carbono. Los estudios realizados en esta tesis, vinculan numerosos aspectos relacionados con la cinética de la reacción de oxidación de hidrógeno (hor) con el fin de proporcionar algunos conocimientos generales relacionados con la mejora y el aumento del rendimiento del electrodo anódico de una celda de combustible que funciona con hidrógeno.

La trans-sialidasa de Trypanosoma cruzi (TcTS) cataliza la transferencia de ácido siálico desde los glicoconjugados del hospedero a β-galactopiranósidos terminales en las mucinas del parásito. Esta enzima no tiene equivalentes en mamífero y durante la infección se secreta activamente induciendo alteraciones hematológicas. Se había demostrado que en cepas menos infectivas las cadenas Oglicosídicas de las mucinas contenían β-galactofuranosa además del aceptor β-galactopiranosa. El propósito de esta tesis es contribuir al conocimiento de la acción de la TcTS sobre sustratos aceptores o donores de ácido siálico y la síntesis y evaluación de inhibidores de la enzima. Se estudiaron las propiedades aceptoras de los oligosacáridos sintéticos que son componentes de las mucinas para correlacionar su estructura con la habilidad de actuar como sustratos. Se calcularon los valores de Km para los azúcares libres, los oligosacáridos alditoles y los bencil glicósidos. Todos los compuestos resultaron buenos aceptores de ácido siálico, o sea que la galactofuranosa no afectaría la sialilación de las unidades de Galp presentes en los mismos oligosacáridos. Se llevó a cabo la sialilación preparativa del bencil glicósido del hexasacárido β-D-Galp-(1→2)-[β-D-Galp-(1→3)]-β-D-Galp-(1→6)-[β-D-Galf(1→2)-β-D-Galf(1→4)]-D-GlcNAc utilizando una enzima recombinante y sialillactosa como donor. El aislamiento del producto sialilado permitió determinar por espectros RMN mono y bidimensionales que el ácido siálico se incorpora selectivamente a la Galp terminal unida (β1→3). Con respecto a sustratos donores en la reacción de TcTS se determinó su capacidad de transferir N-glicolilneuramínico (Neu5Gc) desde oligosacáridos sintéticos a lactosa y análogos con igual o mejor eficiencia que el ácido siálico común (Neu5Ac). Por otra parte, con el fin de aumentar la vida media en la circulación sanguínea de inhibidores de la reacción de trans-sialilación, se sintetizaron conjugados con polietilenglicol (PEG), en particular derivados con PEG de 8-brazos de análogos de lactosa. La multivalencia se confirmó por RMN y se evaluó la biodisponibilidad de los conjugados en plasma de ratones. Se encontró que la misma mejoró considerablemente con respecto a conjugados lineales que también fueron sintetizados en este trabajo de tesis. Palabras clave: Trypanosoma cruzi, trans-sialidasa, mucinas, inhibidores, PEGilación.

En el presente trabajo de tesis se estudió la posibilidad de reutilizar catalizadores agotados provenientes de reactores de craqueo de petróleo en lecho fluido (catalizadores FCC). Como propuesta innovadora, estos catalizadores se emplearon como materia prima para la síntesis de zeolitas. Se profundizó así en el conocimiento de los métodos de síntesis de materiales zeolíticos tradicionales a partir de productos de desecho proveniente de la industria. Adicionalmente, se investigó la factibilidad de que los productos obtenidos sean de utilidad para el desarrollo de nuevas tecnologías que contribuyan a la remediación, conservación y protección del ambiente. En primer lugar, se sintetizaron materiales zeolíticos a partir de un catalizador FCC agotado, siendo la activación por fusión alcalina con Na₂CO₃ el método empleado como pretratamiento del catalizador para favorecer la síntesis. Luego, se llevó a cabo la síntesis hidrotérmica para la obtención del material zeolítico, utilizando opcionalmente NaAlO₂ en un medio acuoso alcalino de NaOH; se estudiaron como variables las condiciones de ensayo tales como composición química de la mezcla inicial y tiempo de reacción. Los materiales obtenidos como producto de la síntesis, presentaron un alto contenido de zeolita NaA. La fusión con Na₂CO₃ permitió lograr un producto rico en zeolitas a tiempos cortos de síntesis, comparables a los obtenidos en las síntesis tradicionales. Posteriormente, los materiales zeolíticos sintetizados se probaron como captores de cromo a través del método de intercambio catiónico. Como resultado de las experiencias realizadas se puede afirmar que el material zeolitizado obtenido a partir del catalizador FCC agotado puede ser utilizado como retenedor de cationes Cr(III), siendo entonces de gran utilidad para la eliminación de metales pesados de efluentes acuosos. Adicionalmente, se determinaron las curvas cinéticas para las reacciones de intercambio de cromo empleando los productos sintetizados, obteniéndose resultados similares a los registrados para una zeolita NaA pura, sintetizada a partir de sales solubles. El análisis de los datos cinéticos indicó con buena aproximación que, en las condiciones experimentales utilizadas, la reacción de intercambio catiónico se produce a través de un mecanismo de pseudo segundo orden. Las materias primas usadas así como los materiales zeolíticos obtenidos antes y después del intercambio con Cr(III), fueron caracterizados por difracción de rayos X (XRD), microscopía electrónica de barrido (SEM), energía de dispersión de rayos X (EDX), resonancia magnética nuclear (NMR), espectroscopía infrarroja con transformada de Fourier (FT-IR), punto de cero carga (PZC) y adsorción de agua. Por último, se elaboraron morteros de cemento portland conteniendo como aditivo distintos porcentajes del material zeolítico intercambiado con cromo. Estos morteros fueron diseñados usando una relación en peso de agua/cemento constante. Se evaluaron los efectos de estas adiciones en las propiedades tecnológicas de los morteros conjuntamente con la capacidad de inmovilización de los contaminantes en las correspondientes matrices cementíceas. Se observó que los morteros conteniendo no más de 5% de material zeolítico presentan propiedades mecánicas similares a los morteros libres de este agregado y que los ensayos de lixiviación de los mismos en medio acuoso a diversas concentraciones del catión inmovilizado son inferiores a los límites permitidos por la legislación vigente. Como resultado se obtuvo que la incorporación de material zeolítico intercambiado con cromo en morteros cementíceos puede ser considerado como una opción válida para la inmovilización de este catión. Esta metodología sería potencialmente útil para la retención efectiva de éste y otros metales contaminantes presentes en efluentes acuosos.

Este trabajo de Tesis doctoral tiene como objetivo general diseñar y desarrolar a escala de laboratorio sistemas de producción eficiente y sustentable de materiales orgánicos (moléculas pequeñas) con características aceptoras fuertes de electrones, y estudiar las propiedades químicas, electroquímicas y térmicas de los materiales orgánicos preparados. Se pretende obtener compuestos estables en el ambiente y térmicamente, que sean reducidos en zonas de potenciales fácilmente accesibles, que generen iones-radicales estables en condiciones ambientales, es decir frente al agua y al oxígeno. Se aspira que los sistemas compuesto/especie reducida presenten una estabilidad química y propiedades adecuadas para el desarrollo de nuevos materiales para aplicaciones tecnológicas, en especial para dispositivos electrónicos orgánicos. Se preparan compuestos que pueden agruparse en tres familias diferentes de compuestos orgánicos. En primera instancia, se sintetizan quinonas derivadas de 9,10-fenantrenoquinona (FQ) que contienen en su composición átomos de halógenos (I y Br) atrayentes de electrones. Estas orto-quinonas sustituidas presentan ciertas características convenientes como para ser empleadas como semiconductores orgánicos tipo-n, y además son los precursores de las dos otras familias de compuestos preparados en este trabajo. Por un lado la familia de tiadiazoles, en particular derivados halogenados de fenantro[9,10-c]1,2,5-tiadiazol 1,1-dióxido (Tr) y por otro la familia de las fenazinas, específicamente derivados halogenados y/o nitrados de dibenzo[a,c]fenazina (DBF). El trabajo incluye aspectos sintéticos que permiten obtener compuestos nuevos y otros previamente publicados en la literatura. Para tal fin se proponen nuevas rutas de síntesis limpias, en algunos casos con excelentes rendimientos molares de producto y en otros con rendimiento inferior a los obtenidos por los procedimientos conocidos. Se miden propiedades no publicadas previamente en la literatura de los compuestos conocidos y se determinan propiedades de los compuestos nuevos. Las propiedades características medidas son por un lado de utilidad para determinar la identidad de los nuevos compuestos, y por otro de interés en la búsqueda de nuevos semiconductores orgánicos (SCsOs) tipo-n.

El presente trabajo de tesis se enfoca en la síntesis de nuevos copolímeros en bloque caracterizados por poseer un bloque hidrofóbico y otro hidrofílico. Se ha seleccionado el metacrilato de bencilo para la construcción del bloque hidrofóbico y ácido metacrílico (por posterior hidrólisis del metacrilato de tert-butilo) o metacrilato de N, N´dimetilaminoetilo para la obtención del bloque hidrofílico. La metodología de síntesis seleccionada es un método de polimerización aniónica que requiere condiciones menos drásticas que la polimerización aniónica convencional, basada en iniciadores organometálicos. Este método de polimerización se denomina “polimerización por transferencia de grupo” (o GTP, Group Transfer Polymerization, por sus siglas en inglés) y se realiza a temperatura ambiente empleando un iniciador sililcetenacetal conjuntamente con un catalizador nucleofílico (bisbenzoato de tetrabutilamonio). Los copolímeros mencionados han sido estudiados en combinación con otros materiales a fin de analizar sus propiedades de autoensamblado en solución (fase directa o inversa) ó aplicando la metodología “capa por capa” (o L-b-L, layer-by-layer) sobre partículas de sílica y sobre superficies planas. Se utilizaron numerosas técnicas para la caracterización y estudio de los productos obtenidos, tales como dispersión de luz dinámica (DLS), espectroscopia UV-Visible, potencial zeta, microbalanza de cristal de cuarzo, microscopías de láser confocal, de fuerza atómica, electrónica de barrido y de transmisión electrónica, entre otras.

Este trabajo describe la síntesis de hexaferrita de bario, con buenos rendimientos, por un nuevo método de síntesis por vía húmeda. El precursor se obtiene por la adición de cloruro de bario a una solución de ferrato de sodio fuertemente alcalina (preparada por la oxidación del cloruro férrico por cloro en medio alcalino). Este precursor está formado, esencialmente, por ferrihidrita e hidróxido de bario cristalino, sin descartar la presencia de goetita y otros óxidos mixtos de bario y de hierro. El tratamiento térmico del precursor conduce a la formación de partículas de hexaferrita de bario a muy bajas temperaturas (~ 700°C); es la más baja temperatura informada en la preparación de este compuesto. Las partículas de la hexaferrita de bario tienen forma de plateletas con un diámetro basal del orden de 0,5 μm. Se emplearon diferentes técnicas para seguir la transformación térmica del precursor: difracción de rayos X, espectroscopía Mössbauer, microscopía electrónica de barrido, espectroscopía infrarroja, métodos dispersivos en energía, análisis termogravimétrico y análisis térmico diferencial. La cristalización ocurre a temperaturas relativamente bajas y los cristalitos formados alcanzan tamaños del orden de 50 nm a 800°C. La única fase cristalina que se detecta en el precursor es el Ba(OH)2; los otros picos de difracción corresponden a la ferrihidrita. Mediante el tratamiento térmico se forma la hexaferrita como única fase; sólo se detecta la presencia de monoferrita de bario cuando el calentamiento es prolongado y se realiza a una temperatura máxima relativamente baja (< 700°C). En el precursor, el contenido de agua es del orden del 16%, valor que concuerda con los resultados de difracción de rayos X. La pérdida de agua ocurre en diversas etapas. La mayoría de las bandas del espectro infrarrojo pueden asignarse a la ferrihidrita e indica sólo vestigios de carbonato. Los espectros Mössbauer de los sólidos calcinados muestran la transformación de ferrihidrita en hexaferrita de bario, a través de la transformación de los dobletes anchos de los espectros de partículas superparamagnéticas con HFD's característicos en los cinco sextupletes bien resueltos que caracterizan a la hexaferrita de bario. A través de los espectros Mössbauer se pudo conocer la distribución de los iones hierro (III) en los cinco sitios cristalográficos característicos y el producto final indica una buena distribución de los iones hierro en esos sitios, condición necesaria para un material con propiedades magnéticas adecuadas. Las características del precursor y su transformación térmica se discuten en base a la vía de síntesis elegida; los buenos resultados se relacionan con la química en solución y la cristaloquímica de los iones involucrados. Se midieron las propiedades magnéticas macroscópicas del material con un magnetómetro SQUID. Se prestó particular atención a la influencia de la relación estequiométrica Fe:Ba inicial; los resultados indican que cuando se emplea un ligero exceso de bario en la etapa inicial, se mejoran las propiedades del material final. Este resultado se analiza en función de la pérdida de material y en la facilidad de cristalización del precursor. Bajo estas condiciones puede formarse una delgada capa de monoferrita de bario a nivel superficial que puede ser removida fácilmente mediante el lavado con ácido clorhídrico. Los parámetros magnéticos de la hexaferrita sintetizada fueron: Ms = 7l emu g^-1, Mr = 39,9 emu g^-1, Hc = 4400 Oe y de la muestra sinterizada el producto |BH| máx. = 1,3 MG Oe. Estos valores indican que es un excelente material magnético, muy adecuado para el grabado magnético de información. Estas propiedades están influenciadas por la anisotropía magnética del material, y para estimar la contribución de las diversas formas de anisotropía se evaluaron los ciclos de histéresis magnéticos de los polvos diluidos en alúmina. Los resultados de estas mediciones junto con los obtenidos por la observación de las microfotografías (MEB), nos permiten demostrar que es difícil conseguir una buena dilución por una mezcla simple, porque las partículas magnéticas tienden a aglomerarse; la dilución no es homogénea, excepto tal vez en las muestras más diluidas. Se estudió la estabilidad de la hexaferrita de bario en solución acuosa debido a que se emplea un método por vía húmeda para su preparación. Se evaluó críticamente la información termodinámica disponible y se la complementó con determinaciones semicuantitativas de solubilidad, para poder construir el dlagrama de fases Fe203 + BaO + H2O + HCl (o NaOH), y poder así determinar los intervalos de estabilidad de la hexaferrita de bario y los intervalos en los cuales puede esperarse una disolución congruente o incongruente. Se muestra que en medios fuertemente ácidos podemos esperar una disolución total de la hexaferrita cuando es baja la relación sólido: líquido; en cambio en medios débilmente ácidos la reacción más importante es la transformación de hexaferrita en hematita (o goetita) con la disolución del bario. En medios levemente alcalinos, una moderada concentración de bario en solución es suficiente para estabilizar la hexaferrita. Se midió la cinética del ataque de la hexaferrita en medio ácido; los resultados indican que el proceso comienza con la lixiviación de bario en una capa de 15 nm de espesor. El proceso continúa con una disolución lenta del hierro, acompañada por una lixiviación de bario de las capas internas; en consecuencia la cinética de disolución del hierro es lineal mientras que la del bario es desacelerada a valores bajos de pH. A mayores valores de pH, la concentración de hierro se aproxima al límite de solubilidad, la disolución se frena. La velocidad de disolución del bario también disminuye pero no llega a cero; podemos sugerir un proceso de difusión a traves de una capa de espesor creciente. En este intervalo los resultados sugieren que el bloque S de la estructura no se disuelve y actúa como centro de nucleación para el crecimiento de las capas de óxido férrico incorporando los iones Fe que se disuelven del bloque R. Se estudió la naturaleza de los sólidos sometidos a un prolongado ataque ácido por espectroscopía Mössbauer; no se detectó la presencia de otras fases sólidas en concordancia con los resultados de los estudios cinéticos; tampoco se detectó una remoción selectiva de los iones hierro de algunos de los sitios cristalográficos característicos. Se hicieron también, estudios cinéticos comparativos de la disolución de la monoferrita de bario. En este caso, las velocidades de disolución son mayores; aunque se observa también una lixiviación del bario, la capa de óxido férrico que se forma tiene menor poder pasivante, lo cual origina un comportamiento similar al de una disolución congruente; posiblemente la diferencia en el componamiento frente a la disolución de ambos compuestos radica en la ausencia de bloques de hierro exclusivamente, en la monoferrita de bario. En consecuencia, la monoferrita puede ser removida por un lavado ácido en aquellos casos donde aparece durante el proceso de síntesis de la hexaferrita de bario.

La "edad de oro" de la terapia antimicrobiana comenzó con el descubrimiento de los antibióticos. Sin embargo el uso generalizado de agentes antimicrobianos produjo el aumento de resistencia a los antibióticos por parte de bacterias y otros microorganismos infecciosos. Así, la inactivación fotodinámica (PDI) se ha convertido en una estrategia emergente para el tratamiento de microorganismos patógenos. Con el fin de evaluarlos como fotosensibilizadores para PDI, se sintetizaron cuatro derivados del fullereno C60 (MPC60, DPC602+, MMC60 y DMC603+). Estos compuestos absorben principalmente en la región ultravioleta. Estudios cinéticos con distintos sustratos indican que producen eficientemente especies reactivas de oxígeno (ROS) por ambos mecanismos fotodinámicos (Tipo I y Tipo II). Estudios in vitro de PDI con la bacteria Gram positiva Staphyloccocus aureus indicaron que los fullerenos catiónicos son más eficientes, produciendo ambos fotosensibilizadores una PDI de 99.99% con una concentración de 0,5 µM, luego de 30 min de irradiación. Con la bacteria Gram negativa Escherichia coli sólo DMC603+ mostró fotoinactivación, con un 99,97% de eficacia a 1 µM y 30 min de irradiación. Por lo tanto, DMC603+ es una molécula muy efectiva para la PDI de bacterias Gram positivas y Gram negativas. Además la PDI puede potenciarse relevantemente con ioduro de potasio (KI).Por otro lado, para disminuir la desventaja principal del C60 como fotosensibilizador relacionada a sus bajas absorciones en el visible, se propuso el diseño de díadas conformadas por una antena captadora de luz y dadora de energía unida al C60. Como antenas se propusieron fluoróforos derivados del BODIPY. Se realizó la síntesis de dos BODIPYs (BDP2 y BDP4). Éstos presentan una importante absorción en la región verde del espectro. En la emisión se observó una disparidad en las intensidades debido a las diferencias estructurales. Se evidenció una baja producción de oxígeno singlete (O2(1g)), y una contribución del mecanismo tipo I. Las propiedades fotodinámicas se estudiaron en presencia de KI. Se observó un aumento del entrecruzamiento de sistemas (ISC) por efecto de átomo pesado externo, que incrementa la producción de ROS y genera especies reactivas de iodo. Ambos BODIPYs inactivan eficientemente S. aureus, alcanzando una PDI completa con una concentración de 1 M y 5 min de irradiación. En E. coli, se encontró una mayor inactivación con 5 M de BDP4. En presencia de I- se potenció sustancialmente la PDI de ambos BODIPYs, alcanzando una eficiencia total para BDP2 y BDP4. De esta manera, se comprobó que tales BODIPYs pueden utilizarse dualmente como agentes teranósticos, ya sea como fluoróforos para imágenes de diagnóstico celular y como fotosensibilizadores combinados con KI para PDI.Finalmente se sintetizaron dos díadas (BDP-C60 y BDP-C602+), utilizando como antenas a BDP2 y su precursor sin metilar (BDP1). Los espectros de absorción son una combinación lineal de los espectros de las estructuras individuales. Ambas estructuras, muestran una emisión muy débil, lo que revela una desactivación importante del estado excitado singlete del BODIPY por parte del C60. La espectroscopía de especies transitorias demuestra un preponderante proceso fotoinducido de transferencia de energía (PET) en tolueno, y la aparición de un proceso de transferencia de electrones (PeT) en un medio más polar de dimetilformamida (DMF). Los estudios de fotooxidación mostraron una mayor producción de ROS para BDP-C60 y BDP-C602+ en comparación a las unidades estructurales. Los ensayos de PDI indicaron que la díada catiónica es un fotosensibilizador más efectivo para la fotoinactivación de S. aureus, presentando una inactivación de 99,999% con una concentración de 5 M y 30 min de irradiación con luz visible, mostrando contribución de ambos mecanismos fotodinámicos. Los resultados obtenidos para las díadas de BODIPY-C60 demuestran que estos nuevos diseños estructurales pueden potenciar la acción fotodinámica del fullereno C60 por efecto antena, optimizando la PDI en sitios donde se requiera de mayor penetración de la luz.