Título Tesis: “Theoretical study of the mechanism of complex catalytic reactions”
Profesor (a) Guía: Alejandro Toro-Labbé y Dominik Horinek
Defensa de Tesis Doctoral: 2 de noviembre del 2017
Resumen
Uno de los principales objetivos de la Química Teórica Computacional es entender y predecir el comportamiento químico de moléculas y de las reacciones en que participan. A lo largo de los años, diferentes conceptos se han desarrollado para proporcionar herramientas necesarias para racionalizar una reacción química, logrando avances significativos en el desarrollo de algoritmos y programas computacionales eficientes. Las reacciones químicas ocurren mediante la unión de átomos o fragmentos moleculares (reactivos), que interactúan para dar lugar a un nuevo sistema (producto). Para comprender este proceso es necesario explorar la superficie de energía potencial, en la cual los sistemas moleculares se mueven y definen la llamada coordenada de reacción. De esta manera podemos estudiar
reacciones químicas, mediante diversas herramientas teóricas que nos permiten caracterizar aspectos termodinámicos y cinéticos de un proceso químico. La catálisis química es un fenómeno clave en las transformaciones químicas, debido a la formación de interacciones de la molécula catalizadora con las moléculas reaccionantes permitiendo que estas puedan reaccionar por una ruta más cómoda o fácil para dar un producto, generando un proceso energético mucho más favorable que la reacción no catalizada. Hay una gran variedad de mecanismos para reacciones catalizadas, donde el catalizador puede tener diferentes presentaciones o múltiples formas, que varían desde átomos, moléculas, hasta estructuras grandes y complejas. En este trabajo de tesis se estudia diversos mecanismos de reacción de interés en química orgánica e inorgánica con aplicación en catálisis química. Las reacciones a analizar se pueden agrupar en dos apartados: (i) Reacciones de productos
naturales de terpeno, producidas por diversas plantas como precursores biosintéticos para una gama de productos naturales con diversas funciones biológicas y ecológicas, las cuales se forman en los sitios activos de enzimas a través de ciclaciones y reordenamientos de carbocationes en esqueletos carbocíclicos complejos. (ii) Reacciones de polimerización de etileno para la producción de plásticos aplicado en catalizadores de níquel y circonio, siendo la
utilización de cada uno de ellos dependiente de factores de la naturaleza electrónica y estérica de los ligandos que se coordinan al centro metálico, los cuales se encuentran influenciados en la reactividad del mecanismo de reacción de polimerización. En este contexto, la importancia biológica, comercial y la diversidad de problemas que presenta el fenómeno de la catálisis han sido estímulos muy poderosos para abordar este estudio de tesis, resultando interesante analizar el control del mecanismo de reacción sobre la actividad catalítica así como también el rol de estos sistemas catalíticos en la selectividad y reactividad de las reacciones químicas. Dentro del marco teórico de la fuerza de reacción, nosotros usamos en esta tesis la Teoría de Funcionales de la Densidad (TFD), basada en descriptores de
reactividad como; potencial químico, dureza, electrofilia y flujo electrónico de reacción con la finalidad de caracterizar los cambios electrónicos y estructurales que desencadenan un mecanismo de reacción. El objetivo principal de esta tesis es elucidar el mecanismo de complejas reacciones catalíticas a partir de las perspectivas ya mencionadas de reactividad y descriptores mecanisticos.