Monitorización y optimización de reacciones fotoquímicas en flujo continuo mediante microbobinas de resonancia magnética nuclear
- Autores: Alberto Juan Ruiz del Valle
- Directores de la Tesis: María Victoria Gómez Almagro (dir. tes.), Andrés J. Moreno Moreno (tut. tes.)
- Lectura: En la Universidad de Castilla-La Mancha ( España ) en 2013
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Antonio de la Hoz Ayuso (presid.), Manuel Jesus Alcazar Vaca (secret.), Aldo Hendrikus Velders (voc.)
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: TESEO
- Resumen
En la actualidad, la química está presente en todo lo que nos rodea, la mayoría de compuestos y materiales que intervienen en nuestra rutina diaria son preparados a través de procesos químicos industriales, que durante décadas, no tuvieron en cuenta su repercusión en el entorno. Por tanto, se debe asumir el reto de prepararlos a través de procesos no contaminantes, lo que supone el desafío para la industria química del siglo XXI de: continuar proporcionando beneficios sin generar efectos adversos en el medio ambiente de una forma económicamente viable.
El concepto actual de desarrollo sostenible, formalizado en la Comisión de las Naciones Unidas sobre Medio Ambiente y Desarrollo en 1987 (informe Brundtland), se definió como: ¿aquel que garantiza las necesidades del presente sin comprometer las posibilidades de las generaciones futuras para satisfacer sus propias necesidades¿. El enfoque de la Química Sostenible se esfuerza por lograr la sostenibilidad en el nivel molecular y se ha aplicado a todos los sectores de la industria, desde el espacio aéreo, pasando por el automóvil, cosmética, electrónica, energía, productos para el hogar, productos farmacéuticos, hasta la agricultura.
Por otro lado los procesos de miniaturización desarrollados en las últimas décadas, debido a la reducción de cantidades de reactivo, reducen tanto los riesgos de accidentes en el laboratorio como los costos. Además, estos procesos en el análisis químico junto con los avances en la electrónica y la informática, se ajustan para producir una nueva generación de instrumentos que sean más baratos, más rápidos y más flexibles, pero no menos eficaces que los actualmente en uso.
La tesis titulada MONITORIZACIÓN Y OPTIMIZACIÓN DE REACCIONES FOTOQUÍMICAS EN FLUJO CONTINUO MEDIANTE MICROBOBINAS DE RESONANCIA MAGNÉTICA NUCLEAR, desarrollada en el grupo de Microondas y Química Orgánica Sostenible (MSOC) de la Facultad de Ciencias y Tecnologías Químicas de la Universidad de Castilla-La Mancha, dentro del programa de doctorado de ¿Química Sostenible¿, tiene como objetivo principal el desarrollo de dispositivos para la monitorización en línea o ¿in-situ¿ de reacciones químicas a microescala asistidas por luz UV-visible o microondas, y su optimización de forma rápida y eficaz mediante el uso de microbobinas de RMN.
En primer lugar se ha optimizado una sonda de RMN, basada en un microchip que contiene microbobinas de RMN, y se sitúa dentro de un imán superconductor de 9,4 T (400 MHz). Esta sonda presenta las ventajas de analizar pequeños volúmenes de muestra, detectar pequeñas cantidades de masa, aumentar la sensibilidad de RMN (principal limitación de esta técnica), y permitir el acoplamiento a otros sistemas de activación de reacciones químicas en flujo continuo. Esta sonda se conecta mediante capilares para que el sistema funcione en flujo continuo con: 1) Un dispositivo para activar reacciones por microondas, novedad con respecto a los hornos microondas convencionales, ya que implica una nueva forma de irradiación microondas sin horno. La detección en línea con microbobinas de RMN, a priori, debe ofrecer ventajas hasta ahora no descritas, debido a la proximidad entre la zona de reacción y detección. 2) Un dispositivo para activar reacciones fotoquímicas mediante luz UV-visible (reacción y detección también están muy próximas), usado para monitorizar diferentes reacciones fotoquímicas consiguiendo una optimización en línea en intervalos de tiempo cortos y la mínima cantidad de reactivo. Para llevar a cabo estas reacciones se desarrollaron microreactores de pequeño volumen (integrados en estos dispositivos), que reducen las cantidades de reactivo y disolvente, ofrecen una gran relación superficie-volumen, y disminuyen los tiempos de reacción. 3) Un dispositivo para monitorizar reacciones en tiempo real, para obtener información detallada del proceso fotoquímico y detectar intermedios de vida relativamente corta (que suelen ser detectados con técnicas fotoquímicas muy sofisticadas). Mediante el uso de la fuente de irradiación de este dispositivo, se ha optimizado la reacción de fotocicloadición (2+2) de una familia de complejos ortopaladados derivados de oxazolonas en flujo continuo y en ¿batch¿. Estos derivados son intermedios muy útiles en la síntesis enantioselectiva de aminoácidos cuaternarios y a partir de los derivados ciclobutano obtenidos, se pueden obtener derivados del ácido ¿-truxílico, potentes antiinflamatorios y antinociceptivos.
Por otro lado, en este trabajo se han aplicado otras técnicas novedosas de RMN (difusión de RMN (PFGSE)) y cálculos computacionales (DFT B3LYP y PM6), para abordar el estudio de agregación en disolución de una familia de complejos heteroescorpionato de aluminio con quiralidad helicoidal. Este estudio corrobora que la formación de hélices a partir del ensamblaje de estos complejos observada previamente por difracción de rayos X en el grupo de Química Organometálica y Catálisis Homogénea (UCLM), se mantiene en disolución. Esta memoria puede enmarcarse dentro de la Química Sostenible, por el uso de nuevas fuentes de luz como fuentes de activación renovables que reducen la generación de productos secundarios, la realización de reacciones a microescala y el análisis de cantidades de muestra en el rango de microlitros a nanolitros, mediante técnicas de detección basadas en microbobinas de RMN.
