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Responsable: María del Carmen Nicasio Jaramillo
Tipo de Proyecto/Ayuda: Infraestructuras F.E.D.E.R. Institucionales
Referencia: UNSE15-CE-3005
Fecha de Inicio: 01-01-2016
Fecha de Finalización: 30-06-2018

Empresa/Organismo financiador/es:

• Ministerio de Economía y Competitividad

Resumen del proyecto:

Título del proyecto: Solicitud de equipamiento científico para la unidad de Química Organometálica del Departamento de Química Inorgánica de la Universidad de Sevilla.

Responsable Científico-Tecnológico: M. Carmen Nicasio Jaramillo.

Los grupos de investigación que utilizarán los equipos solicitados son, fundamentalmente, los que constituyen la unidad de Química Organometálica del Departamento de Química Inorgánica de la Universidad de Sevilla:

OBJETIVOS CIENTÍFICOS Y GRUPOS IMPLICADOS

FQM-223: “Organometálicos y catálisis homogénea”

Desde su creación en 1995, el grupo de investigación liderado por el Agustín Galindo ha dedicado sus esfuerzos a la investigación en química de la coordinación y organometálica y su aplicación en catálisis homogénea y en la química verde. En los últimos cinco años se ha dedicado especial atención a la utilización de disolventes no convencionales en catálisis en el marco de la química sostenible (proyecto CTQ2010-15515 y proyectos de excelencia FQM 02474 y FQM 7079, IP de proyectos: Agustín Galindo). Algunas de las líneas de trabajo actuales en las que los equipos solicitados serán de utilidad son:

Diseño y preparación de nuevos ligandos que incorporen grupos que permitan aumentar la solubilidad del sistema en el disolvente no convencional, para la síntesis y caracterización de nuevos precursores metálicos, que contengan los nuevos ligandos preparados. Esta línea utilizaría la unidad de purificación de disolventes, caja seca y espectrofotómetro de Infrarrojo.

- Estudio de la actividad catalítica de los complejos sintetizados en las reacciones modelo seleccionadas, llevadas a cabo en un disolvente alternativo (líquidos iónicos, líquidos iónicos soportados, dióxido de carbono supercrítico, entre otros). Estudios comparativos de la actividad de los nuevos complejos sintetizados en dichos disolventes con respecto a los medios convencionales, con objeto de extraer conclusiones que permitan conocer de forma precisa los factores beneficiosos del empleo del medio no convencional. Esta línea utilizaría la unidad de purificación de disolventes, caja seca, cromatógrafo de gases y reactor a presión.

- Diseño y preparación de nuevos ligandos quirales o nuevos líquidos iónicos quirales cuya funcionalidad asimétrica está basada en el esqueleto de aminoácidos. Investigación de su uso como inductores de quiralidad en reacciones de epoxidación o sulfoxidación asimétrica. Esta línea emplearía la unidad de purificación de disolventes, espectrofotómetro de Infrarrojo y polarímetro.

-Utilización y aprovechamiento químico de epóxidos o dioles a través de las reacciones de desoxigenación (DO) y de desoxideshidratación (DODH), respectivamente, catalizadas por oxocomplejos de molibdeno y vanadio. Esta línea emplearía la unidad de purificación de disolventes, caja seca y cromatógrafo de gases.

FQM-382: “Estructura y Reactividad de Compuestos Organometálicos. Catálisis Homogénea”.

Este grupo de investigación se formó hace un año con investigadores consolidados (M. Carmen Nicasio, CU e IP; Ernesto Carmona, CU y Celia Maya, TU) y noveles procedentes de otros dos grupos de investigación PAIDI. Actualmente en el grupo se desarrollan diversas líneas de trabajo en las áreas de la Química Organometálica y de la Catálisis Homogénea que precisan del empleo de los equipos solicitados: -Diseño de nuevos ligandos del tipo de fosfano voluminosos y básicos que incorporen grupos terfenilos en sus estructuras (CTQ2013-42501-P, IP de proyecto Ernesto Carmona). Esta línea haría uso de la unidad de purificación de disolventes, caja seca y espectrofotómetro de Infrarrojo.

-Síntesis y caracterización estructural de alquilos, alquenos y alquinos de metales de la 2ª y 3ª series de transición (Ru, Rh, Ir, Pd, Pt y Au) estabilizados por la coordinación de dialquilaril fosfinas. Estudio de su reactividad química en reacciones de activación de enlaces C-H de hidrocarburos y otros compuestos orgánicos. (CTQ2013-42501-P, IP de proyecto Ernesto Carmona). Esta línea emplearía la unidad de purificación de disolventes, caja seca y espectrofotómetro de Infrarrojo.

-Síntesis y caracterización de paladaciclos y alilos de Pd y Ni con ligandos dialquilarilfosfinas o carbenos N-heterocíclicos (CTQ2014-52769-C3-3-R y CTQ2013-42501-P, IPs de proyecto M. C. Nicasio y E. Carmona, respectivamente). Esta línea precisa de la unidad de purificación de disolventes, caja seca y espectrofotómetro de Infrarrojo.

-Estudio de la actividad catalítica de complejos de Pd y Ni en reacciones de formación de enlaces C-C y C-heteroátomo mediante acoplamiento cruzado (CTQ2014-52769-C3-3-R y CTQ2013-42501-P, IPs de proyecto M. C. Nicasio y E. Carmona, respectivamente). Esta línea precisa de la unidad de purificación de disolventes, caja seca, cromatógrafo de gases y microcalorímetro de reacción. Este último sería una herramienta esencial para conocer la cinética de la reacción y el mecanismo que opera en cada proceso.

-Estudio de la actividad catalítica de complejos de Cu(I) con ligandos dialquilarilfosfinas en las reacciones de cicloadición [3+2] dipolar de azidas y alquinos (CuAAC) (CTQ2014-52769-C3-3-R y CTQ2013-42501-P, IPs de proyecto M. C. Nicasio y E. Carmona, respectivamente). Esta línea precisa de la unidad de purificación de disolventes, caja seca, espectrofotómetro de infrarrojo, cromatógrafo de gases y microcalorímetro de reacción.

JUSTIFICACIÓN DEL PROYECTO

En esta solicitud, la Unidad de Química Organometálica del Departamento de Química Inorgánica de la Universidad de Sevilla requiere, para aliviar la sobrecarga de trabajo sobre los equipos ya existentes, la adquisición de un nuevo CG y de una caja seca, así como la ampliación y mejora de sus prestaciones de los equipos de HPLC y espectrofotómetro de Infrarrojo mediante la adquisición de columnas preparativas quirales y un nuevo accesorio para medidas de muestras, respectivamente. Asímismo, en esta solicitud también se incluye la compra de nuevo equipamiento como son una unidad SPS de purificación de disolventes, un polarímetro, un reactor de presión y un microcalorímetro de reacción. A continuación se justifica el valor añadido y el impacto científico que los nuevos equipos proporcionarían a los dos grupos que constituyen la Unidad de Química Organometálica:

- El CG es una herramienta fundamental para el análisis y monitorización de reacciones catalíticas. Ambos grupos dedican una buena parte de sus investigaciones a la aplicación catalítica de los complejos organometálicos que sintetizan en reacciones que implican a sustratos orgánicos. Es por ello que se requiere de un uso continuado del CG y de su disponibilidad en el laboratorio donde se lleven a cabo dichas reacciones. El nuevo CG ayudará a aliviar la sobresaturación que tiene el único equipo que comparten los dos grupos de investigación que forman la unidad de Química Organometálica. Sin lugar a dudas, la adquisición de un segundo CG repercutirá de manera muy significativa en el progreso de las investigaciones que, en la actualidad, ambos grupos de investigación llevan a cabo.

- La caja seca es un equipamiento fundamental para la manipulación de sustancias sensibles al aire y a la humedad y como tal es un equipo indispensable en cualquier laboratorio de Química Organometálica. A pesar de que se dispone de una caja de dos guantes, el número de usuarios que la utilizan de manera rutinaria y constante es considerable. La adquisición de una nueva caja seca, con más prestaciones que aquella que está en continuo uso en nuestros laboratorios mejorará las condiciones de trabajo en atmósfera inerte, y sin lugar a dudas, beneficiará los resultados de nuestras investigaciones.

- Ampliación de HPLC y columnas quirales semipreparativas. Se solicita la ampliación del HPLC Agilent 1260 Infinity con objeto de incrementar sus prestaciones como técnica en el área de la síntesis asimétrica y la catálisis enantioselectiva. En particular, se solicita un módulo adicional para realizar cromatografía líquida preparativa con un conjunto de columnas de separación quirales (Chiralpak IA semipreparativa, Chiralpak IB y accesorios). Asimismo se incluye una mejora del software de control del equipo. Esta solicitud de mejora aumentará significativamente las prestaciones del equipo actual y contribuirá al desarrollo de la línea de investigación dedicada a la catálisis enantioselectiva en los grupos de investigación que apoyan la presente solicitud.

- Ampliación de un espectrofotómetro de infrarrojo Spectrum TWO. Se solicita la ampliación espectrofotómetro de infrarrojo Spectrum TWO con un accesorio de medida UATR diamante basado en la técnica de ATR que permite el muestreo sencillo de una gran variedad de muestras, desde líquidas hasta todo tipo de sólidos, sin necesidad del proceso de preparación de muestras. Ello posibilita la mejora del proceso de caracterización ya que el método aumenta la rapidez y la versatilidad de la técnica de rutina de la espectroscopía de infrarrojo.

- Sistema de purificación de disolventes SPS. Dada la sensibilidad que muestran los compuestos organometálicos a la humedad, los disolventes orgánicos que se emplean en síntesis organometálica deben estar secos. En nuestros grupos de investigación los disolventes se secan de manera tradicional, esto es, destilándolos en presencia de un agente desecante. Este sistema de secado no está exento de riesgos: volatilidad de los disolventes orgánicos, sobrepresión, eliminación del exceso de agente desecante, entre otros. A ello hay que añadir el consumo considerable de agua, utilizada en la destilación como refrigerante. El sistema de purificación de disolventes SPS es una alternativa segura a la destilación térmica y el método adoptado por muchos laboratorios de síntesis orgánica e inorgánica para eliminar el agua de los disolventes orgánicos. La adquisición de este sistema minimizaría los riesgos asociados a la manipulación de los desecantes habituales (sodio metálico, hidruro de calcio) y a la destilación de compuestos orgánicos volátiles, al tiempo que permitiría un uso más sostenible del agua.

- Microcalorímetro de reacción. La calorimetría de reacción es una técnica muy utilizada en muchas áreas de la química industrial como herramienta para el estudio y desarrollo de los mecanismos de reacción. Esta técnica se ha aplicado de manera exitosa al estudio cinético de reacciones orgánicas entre las que se incluyen las reacciones de acoplamiento cruzado catalizadas por paladio y níquel. Aplicando la metodología del análisis cinético del progreso de la reacción (RPKA) y empleando la calorimetría como método para obtener las medidas cinéticas es posible obtener información relevante sobre los órdenes de reacción con respecto a los sustratos, el resting-state del catalizador o la estabilidad del mismo a lo largo de la reacción, todo ello realizando un número de medidas inferiores a las que precisaría un análisis cinético clásico. La adquisición de este equipamiento permitiría aplicar esta técnica de análisis cinético, entre otras, a las reacciones de acoplamiento cruzado catalizadas por níquel, para las que apenas se han llevado a cabo estudios de este tipo. Este conocimiento permitiría mejorar el diseño del catalizador para hacerlo más activo en el proceso de acoplamiento estudiado.

- Polarímetro. Su uso como herramienta de caracterización en síntesis asimétrica y en catálisis enantioselectiva es fundamental ya que permite, a través de medidas simples, la determinación de la rotación específica de un estereoisómero y contribuye a la correcta caracterización de la estereoquímica del mismo.

- Reactor Berghof BR25. Se trata de un equipo imprescindible para llevar a cabo reacciones catalíticas a presión y realizar el control preciso de los parámetros de la reacción (presión y temperatura).

 La financiación del presente proyecto tendrá, sin lugar a dudas, un impacto socioeconómico positivo sobre la comunidad autónoma andaluza y, por tanto, sobre el estado. En primer lugar, la generación de conocimiento frontera en el campo de la química aplicada contribuirá al fomento de la excelencia y del liderazgo internacional del sistema español de Ciencia, Tecnología e Innovación lo que implica un impacto social de gran importancia, contribuyendo al cumplimiento de uno de los objetivos de la Estrategia Española de Ciencia y Tecnología y de Innovación. En segundo lugar, el equipamiento solicitado posibilitará el mejor desarrollo de los proyectos de investigación que en la actualidad tienen subvención y contribuirá al futuro avance en el conocimiento de los procesos químicos que se investigan en el seno de los grupos de investigación que participan en el mismo. Así por ejemplo, la síntesis de productos orgánicos de interés industrial mediante procesos catalíticos o el posible aprovechamiento de biomasa como substituto energético, mediante procesos de desoxigenación y desoxideshidratación, tendrán implicaciones beneficiosas para la sociedad de trascendencia económica. Las transformaciones químicas objeto de estudio permitirían el uso racional de los recursos naturales con el consiguiente beneficio en el medioambiente y en la prevención de la polución. En definitiva con la concesión de esta subvención se contribuiría a satisfacer las necesidades de la población de una forma sostenible.

OTRAS DISPOSICIONES INSTITUCIONALES EN APOYO DEL PROYECTO

El equipamiento solicitado se ubicará en la Facultad de Química de la Universidad de Sevilla, ya que como se ha justificado en el punto anterior se pretende consolidar, desde el punto de vista de la infraestructura, la unidad de Química Organometálica del departamento de Química Inorgánica de la mencionada universidad. El mantenimiento de los equipos correrá a cargo de los dos grupos de investigación que constituyen dicha unidad y FQM-223 y FQM-382, no existiendo en la actualidad ningún personal técnico asociado.