Catálisis Homogénea en Complejos de Coordinación

Se consideran dos clases de reacciones catalíticas de iones de metales de transición y complejos de coordinación: Aquellos que envuelven activación catalítica de moléculas inertes saturadas y aquellas que envuelven la adición de moléculas insaturadas.

Entre los factores que contribuyen a la actividad catalítica están la existencia de la relativamente estable pero alta reactividad de los complejos de coordinación de metales de transición que exhiben reactividades cercanas a los “intermediarios reactivos” de la química orgánica, la habilidad de los átomos de los metales de transición a estabilizar la reacción de coordinación de diversos productos intermediarios como relativamente estables, pero complejos reactivos, y la habilidad del átomo del metal de transición para montar y orientar adecuadamente en el marco de su capa de coordinación distintos componentes de una reacción.

Los desarrollos más significantes en el campo de la catálisis en años recientes están el descubrimiento de la elucidación de varias nuevas e insólitas reacciones catalíticas de iones metálicos de transición en complejos de coordinación; ejemplos de este tipo de reacciones son la hidrogenación de olefinas catalizadas por Rutenio, Rhodio, Cobalto, Platino y otros metales; la hidroformilación de olefinas catalizada por complejos de Cobalto o Rhodio (proceso oxo); la dimerización de etileno y polimerización de dienos catalizada por complejos de Rhodio; migración de dobles enlaces en olefinas catalizada por complejos de Rhodio, Paladio, Cobalto, Platino y otros metales; la oxidación de olefinas a aldehídos, cetonas y ésteres vinílicos catalizados por cloruro de Paladio (proceso Wacker); la hidratación de acetilenos catalizada por cloruro de Rutenio, entre muchas otras reacciones.

La mayoría de las reacciones catalíticas a considerar implican como catalizadores compuestos de coordinación de los metales cerca del final de cada serie de transición (notablemente el grupo del Pt comprendiendo Fe, Ru, Os, Co, Rh, Ir, Ni, Pd y Pt), la configuración electrónica de los átomos metálicos en cuestión están generalmente en el rango d6 a d10 con la configuración d8 siendo especialmente ampliamente representados. Los complejos catalíticos de interés general son los de espines apareados o bajo espin, complejos en los cuales el desdoblamiento del campo ligante es suficientemente grande para que los electrones d se llenen primero (apareándose si es necesario), los orbitales más estables a su disposición antes de ocupar los de mayor energía. Los números de coordinación estable de complejos de metales de transición de spines apareados se encuentran en el rango de 8 a 2 y exhiben una dependencia inversa sistemática del número de electrones d del átomo metálico:



Esta tendencia tiene su origen en el hecho de que, en general, cuanto mayor sea el número de coordinación, el menor número de electrones d se pueden acomodar en los orbitales estables del complejo (enlace o no enlace cercano); configuraciones en las cuales la capa de valencia del átomo metálico contienen 18 electrones tienden a ser particularmente estables (regla del gas inerte de 18 electrones), mientras que las configuraciones en las que se supera este número son generalmente inestables. Para un complejo octaédrico, la distribución del diagrama de orbitales moleculares revela que los 3 orbitales estables t2g (no enlace s o ligeramente posible enlace p en el caso de ligantes p-aceptores como CO o CN-) pueden acomodarse hasta 6 electrones d, cualquier electrón adicional se ve obligado a ocupar los orbitales eg* de antienlace; esto generalmente resulta en la desestabilización del número de coordinación 6 a favor de un número con menor coordinación que permite un número más grande de electrones d para acomodarse en orbitales estables:



La pérdida de un ligante CN- cuando un electrón es agregado al complejo muy estable d6, [Co(CN)6]3- para dar el complejo pentacoordinado de espines apareados Co(II) [Co(CN)5]3- se entiende en términos:



Este proceso es análogo a lo que acompaña a la adición de un electrón a un compuesto carbonado saturado CX4 como CCl4; aquí nuevamente como todos los orbitales de enlace estables están llenos, el electrón extra es forzado hacia un orbitales de antienlace, con el resultado de la desestabilización del número de coordinación 4 y especies con número de coordinación más bajos son generados.



La reactividad del [Co(CN)5]3- se asemeja en un grado notable a la de una típica reacción orgánica de radicales libres. La base marcada para este paralelismo es que en cada caso el patrón de reactividad característica está dominado por la tendencia de pasar de especies con configuración de capa-abierta hacia configuraciones más estables de capa-cerrada.

Técnica para identificar pigmentos en obras de arte

Los restauradores de obras de arte se enfrentan al problema de la degradación de los pigmentos originales, lo cual hace que su identificación sea difícil y por lo tanto la tarea de retauración sea compleja. La mayoría de los pigmentos que se ocupaban para pintar en el pasado están constituídos por complejos de metales de transición, que tienen la característica de poseer una amplia gama cromática. En 1880 Alexander Graham Bell descubrió un fenómeno denominado efecto fotoacústico que consiste en la generación de ondas sonoras cuando una sustancia es irradiada con luz (visible, infrarroja y UV). La energía asociada a la radiación electromagnética produce vibraciones en los átomos del compuesto, lo que genera un calentamiento local que produce un cambio en la presión de aire en los alrededores que se traduce en una perturbación sonora. Los sonidos producidos a diferentes lungitudes de onda de radiación son característicos de cada compuesto. Este hecho ha llevado al desarrollo de la espectroscopía infrarroja fotoacústica. La información proporcionada por esta técnica está relacionada diréctamente con la estructura del pigmento, y algunos investigadores ya han empezado a recabar información para hacer una base de datos que permita la identificación de muchos pigmentos comunes. Actualmente ya se encuentran caracterizados complejos como el azul cobalto, el azul de prusia (Fe7(CN)18⋅14H2O), la azurita (Cu3(CO3)2(OH)2) y la malaquita (Cu2CO3(OH)2.

Referencia:
http://www.sciencedaily.com/releases/2010/09/100902101627.htm
http://www.sciencedirect.com/science?_ob=ArticleURL&_udi=B6VNG-50SGPN4-C&_user=10&_coverDate=08%2F14%2F2010&_rdoc=1&_fmt=high&_orig=search&_origin=search&_sort=d&_docanchor=&view=c&_acct=C000050221&_version=1&_urlVersion=0&_userid=10&md5=1b39e06ca965bc33534f2eee3b63b4df&searchtype=a

Nuevo método analítico para medir la estabilidad de complejos

Investigadores del instituto de fisicoquímica de la academia polaca de ciencias han diseñado un nuevo método para calcular la estabilidad de complejos en solución. Dicho método se basa en una propiedad fisicoquímica llamada difusión, que consiste en el flujo de soluto de una región concentrada a una más diluida. Se sabe que el soluto se difunde con mayor velocidad en la parte media de un caudal con respecto al soluto que se encuentra cerca de las paredes o bordes. De esta forma se produce una especie de gradiente de flujo. Este fenómeno ya era comprendido y es uno de los factores que influyen en las separaciones cromatográficas. Sin embargo, también es posible que el soluto se difunda de una capa que fluye a una cierta velocidad, a otra que fluya a una diferente. Este hecho es el que aprovecharon estos investigadores. El método consiste en hacer pasar una solución de uno de los componentes por un capilar. Con un detector se puede obtener una distribución de concentración en un punto dado parecido a lo que se obtiene en un cromatograma. Mientras más rápido se difundan las partículas, la banda se vuelve más estrecha y viceversa. Posteriormente se hace pasar una solución con un agente acomplejante y se mide el flujo de difusión. Comparando los coeficientes de difusión de una sustancia antes y después de la introducción del agente acomplejante se puede calcular la constante de acomplejamiento que es una medida de la estabilidad de un complejo. El equipo es sencillo y económico; consistiendo de una bomba para estabilizar el flujo, un automuestreador, un detector de UV-Vis y un capilar de 0.25 mm de diámetro y 25 cm de largo.

Fuente:

http://www.sciencedaily.com/releases/2010/09/100922082341.htm

Magical BEANs: New Nano-Sized Particles Could Provide Mega-Sized Data Storage

The ability of phase-change materials to readily and swiftly transition between different phases has made them valuable as a low-power source of non-volatile or "flash" memory and data storage. Now an entire new class of phase-change materials has been discovered by researchers with the Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) and the University of California (UC) Berkeley that could be applied to phase change random access memory (PCM) technologies and possibly optical data storage as well. The new phase-change materials -- nanocrystal alloys of a metal and semiconductor -- are called "BEANs," for binary eutectic-alloy nanostructures.

This schematic shows enthalpy curves sketched for the liquid, crystalline and amorphous phases of a new class of nanomaterials called “BEANs” for Binary Eutectic-Alloy Nanostructures. (Credit: Image courtesy of Daryl Chrzan)

"Phase changes in BEANs, switching them from crystalline to amorphous and back to crystalline states, can be induced in a matter of nanoseconds by electrical current, laser light or a combination of both," says Daryl Chrzan, a physicist who holds joint appointments with Berkeley Lab's Materials Sciences Division and UC Berkeley's Department of Materials Science and Engineering. "Working with germanium tin nanoparticles embedded in silica as our initial BEANs, we were able to stabilize both the solid and amorphous phases and could tune the kinetics of switching between the two simply by altering the composition."

Chrzan is the corresponding author on a paper reporting the results of this research which has been published in the journal NanoLetters titled "Embedded Binary Eutectic Alloy Nanostructures: A New Class of Phase Change Materials."

Co-authoring the paper with Chrzan were Swanee Shin, Julian Guzman, Chun-Wei Yuan, Christopher Liao, Cosima Boswell-Koller, Peter Stone, Oscar Dubon, Andrew Minor, Masashi Watanabe, Jeffrey Beeman, Kin Yu, Joel Ager and Eugene Haller.

"What we have shown is that binary eutectic alloy nanostructures, such as quantum dots and nanowires, can serve as phase change materials," Chrzan says. "The key to the behavior we observed is the embedding of nanostructures within a matrix of nanoscale volumes. The presence of this nanostructure/matrix interface makes possible a rapid cooling that stabilizes the amorphous phase, and also enables us to tune the phase-change material's transformation kinetics."

A eutectic alloy is a metallic material that melts at the lowest possible temperature for its mix of constituents. The germanium tin compound is a eutectic alloy that has been considered by the investigators as a prototypical phase-change material because it can exist at room temperature in either a stable crystalline state or a metastable amorphous state. Chrzan and his colleagues found that when germanium tin nanocrystals were embedded within amorphous silica the nanocrystals formed a bilobed nanostructure that was half crystalline metallic and half crystalline semiconductor.

"Rapid cooling following pulsed laser melting stabilizes a metastable, amorphous, compositionally mixed phase state at room temperature, while moderate heating followed by slower cooling returns the nanocrystals to their initial bilobed crystalline state," Chrzan says. "The silica acts as a small and very clean test tube that confines the nanostructures so that the properties of the BEAN/silica interface are able to dictate the unique phase-change properties."

While they have not yet directly characterized the electronic transport properties of the bilobed and amorphous BEAN structures, from studies on related systems Chrzan and his colleagues expect that the transport as well as the optical properties of these two structures will be substantially different and that these difference will be tunable through composition alterations.

"In the amorphous alloyed state, we expect the BEAN to display normal, metallic conductivity," Chrzan says. "In the bilobed state, the BEAN will include one or more Schottky barriers that can be made to function as a diode. For purposes of data storage, the metallic conduction could signify a zero and a Schottky barrier could signify a one."

Chrzan and his colleagues are now investigating whether BEANs can sustain repeated phase-changes and whether the switching back and forth between the bilobed and amorphous structures can be incorporated into a wire geometry. They also want to model the flow of energy in the system and then use this modeling to tailor the light/current pulses for optimum phase-change properties.

The in-situ Transmission electron microscopy characterizations of the BEAN structures were carried out at Berkeley Lab's National Center for Electron Microscopy, one of the world's premier centers for electron microscopy and microcharacterization.

Tela en aerosol

Científicos británicos crearon un nuevo tipo de material textil que no requiere de costuras para crear ropa: una tela que puede aplicarse directamente sobre el cuerpo desde la lata de aerosol.

Además del diseño de modas, las aplicaciones de este nuevo textil incluyen también vendajes médicos y cubiertas para muebles.

La tela en aerosol se seca de forma instantánea y puede lavarse y volverse a utilizar.

El material fue creado por el diseñador de modas español Manuel Torres y el profesor Paul Luckham del Departamento de Ingeniería Química del Imperial College de Londres.

El diseñador presentará su colección de ropa hecha con aerosol durante la semana de la moda en Londres, el próximo lunes.

Fibras aglomeradas

La tela fue creada con colaboración de diseñadores e ingenieros químicos.

La nueva tela consiste de fibras cortas que se combinan con polímeros para aglomerarlas, y un solvente que libera el material en forma líquida y se evapora cuando el aerosol alcanza la superficie.

El aerosol puede aplicarse utilizando una pistola atomizadora de alta presión o una lata de aerosol.

Según los investigadores, la textura de la tela puede cambiarse dependiendo del tipo de fibra que se utiliza, como lana, lino o acrílico, y de cuántas capas de aerosol se apliquen.

El material puede tener distintas propiedades, dependiendo del uso que se le quiera dar, y también pueden crearse distintos patrones o aplicar distintos colores.

La tecnología, afirma el profesor Paul Luckham puede tener varios usos además de la moda.

Por ejemplo, puede utilizarse para crear parches o vendajes médicos, toallas higiénicas, aromatizante para ambientes y material de tapicería para muebles y autos.

"La aplicación de la tela en aerosol en el campo de la moda es una gran forma de anunciar este concepto" afirma el profesor Luckham.

"Pero también queremos trabajar en nuevas aplicaciones para la medicina, el transporte y las industrias químicas".

"Por ejemplo, la tela en aerosol podría producirse de forma esterilizada y mantenerla así en la lata, lo cual sería perfecto para vendajes de emergencia con los cuales no habría necesidad de ejercer presión, como en piel quemada, o para aplicar medicamento directamente sobre la herida".


La tela está hecha de fibras aglomeradas que se aplican en aerosol.


La idea del material surgió cuando Manuel Torres estudiaba en el Real Colegio de Arte en Londres y su investigación fue supervisada por el profesor Luckham.

Posteriormente, ambos decidieron establecer la compañía Fabrican para estudiar otras posibles aplicaciones de esta tecnología.



Fuente: http://www.bbc.co.uk/mundo/ciencia_tecnologia/2010/09/100916_ropa_aerosol_men.shtml

Carbon nanotube membranes could lead to cheaper, more efficient fuel cells.

(Nanowerk News) A Florida State University engineering professor's innovative research with nanomaterials could one day lead to a new generation of hydrogen fuel cells that are less expensive, smaller, lighter and more durable — advantages that might make them a viable option for widespread use in automobiles and in military and industrial technology.

Jim P. Zheng is a professor of electrical and computer engineering at the Florida A&M University-Florida State University College of Engineering, as well as a researcher at FSU's Center for Advanced Power Systems. Working with a material known as carbon nanotubes — essentially a form of carbon that is extraordinarily light and that easily conducts heat or electricity — he has designed a thin material, or membrane, that could reduce the need for expensive platinum components in hydrogen fuel cells.

"The driving issue involved in mass production of such fuel cells is one of cost," Zheng said. "Current hydrogen fuel cells use a platinum catalyst, making them too expensive to even consider producing on a large scale. However, by using carbon nanotube membranes, which are highly conductive and with unique properties, it might be possible to reduce the amount of platinum that is required. And since the membrane is thinner and lighter than current components, the fuel cell can be smaller and yet still provide the same amount of power." Known as polymer electrolyte membrane fuel cells, or PEMFCs, this technology was initially developed for military and spacecraft applications at GE. To date, the technology has been extended to a wider scope of applications, with the potential to power a range of devices from mobile phones and laptops to cars, buses, boats, houses and even spacecraft. FSU Vice President for Research Kirby Kemper emphasized the importance of energy research such as Zheng's at a time when the many economic, environmental and national-security issues related to the United States' dependence on oil make headlines every day. Source: http://www.nanowerk.com/news/newsid=18052.php

Quantum tornado in the electron beam

Quantum tornado in the electron beam

(Nanowerk News) Manipulating materials with rotating quantum particles: a team from the University of Antwerp and TU Vienna (Professor Peter Schattschneider, Institute of Solid State Physics) has succeeded in producing what are known as vortex beams: rotating electron beams, which make it possible to investigate the magnetic properties of materials. In the future, it may even be possible to manipulate the tiniest components in a targeted manner and set them in rotation. The physicists report on this breakthrough in electron physics and its application in the current edition of Nature

Rotating current: the quantum tornado

Electron beams have been used to analyse materials for some time now – for example in electron microscopes. For the most part, the beams' rotation does not affect this analysis. In classical physics, an electron current in a vacuum does not have any orbital angular momentum. In quantum mechanics, however, the electrons must be envisaged as a wavelike current – which can rotate as a whole about its propagation direction, similar to the air flow in a tornado. A flat wave (left) meets the specially shaped grid screen, which converts the electron beam into right-rotating and left-rotating vortex beams (top and bottom), and a middle beam that does not rotate. Similar to in a tornado, the rotation of the electron current is low internally Vortex light beams have been used in optics for some time (for example, as optical tweezers for manipulating small particles). Vortex beams made from electrons also offer many new possibilities for managing nanoparticles or measuring angular momentum-related parameters. However, there were previously no really efficient methods of producing them. "When I was working on an idea of how these beams could be technically produced, it emerged that colleagues from Antwerp had had the same idea", explains Prof Schattschneider. "We therefore decided to pursue the project together: Antwerp had progressed further with the production and Vienna came up with a suggestion for the first application." The trick with the screen The production of vortex electron beams was made possible with the help of a grid-like screen cut from platinum foil. When it passes through the platinum screen, the electron beam is diffracted in a similar way to light beams when they pass through a fine grid. The shape of this screen, which measures only a few millionths of a metre, was specifically calculated so that a flat incident electron wave is converted into vortex beams. Right-rotating and left-rotating vortex beams are thus formed behind the grid and in the middle there is a conventional electron beam that does not rotate. If the electrons are used to irradiate a material which for its part also influences the angular momentum of the electrons, and if the electrons are subsequently directed through the made-to-measure platinum screen, then, after this, either the right-rotating or the left-rotating vortex beam will be more intense. "This enables us to investigate processes affected by angular momentum in nanomaterials much more precisely than was previously possible", explains Prof Schattschneider.

Better than science fiction

The physicist, who also occasionally writes science fiction, does not find it hard to imagine more exotic applications for the vortex beams: "These electron beams could be used in a targeted way to set tiny wheels in motion on a microscopic motor. Also, the magnetic field of the rotating electrons could be used in the tiniest length scales", Schattschneider speculates. Even applications in data transfer (quantum cryptography) and quantum computers are feasible.

Source: Vienna University of Technology
http://www.nanowerk.com/news/newsid=18071.php

Descifran el mecanismo que ajusta el número de neuronas al tamaño corporal

Descifran el mecanismo que ajusta el número de neuronas al tamaño corporal
14-09-2010 - Un equipo internacional, entre los que se encuentran investigadores del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), ha descubierto por qué las neuronas del sistema nervioso periférico – que forman los ganglios y nervios que se extienden hacia los distintos órganos corporales - son producidas en grandes cantidades y posteriormente sometidas a un proceso de muerte neuronal durante el desarrollo embrionario. La investigación, que aparecerá publicada en Nature, desvela las claves de este mecanismo crucial en la evolución de los vertebrados.
 
Décadas de trabajo con aves y roedores han revelado que, en la etapa temprana de desarrollo embrionario, las neuronas del sistema nervioso periférico son producidas en mayor cantidad de la necesaria para que su número se ajuste posteriormente al tamaño del órgano o tejido que inervan. Sólo las células mejor "adaptadas” sobreviven, o lo que es lo mismo, sólo las que cuentan con la acción de dos proteínas neurotróficas, el llamado factor de crecimiento nervioso (NGF) y la neurotrofina-3 (NT3), consiguen sortear esta selección.
 
Los investigadores han constatado en células madre embrionarias y en embriones de ratón que la clave se encuentra en dos de los receptores de NGF y NT3, en concreto, en las tirosina quinasas TrkA y TrkC, que inducen la muerte de neuronas en ausencia de NGF y NT3. "Sin embargo, hemos observado que otro receptor, el TrkB, mayoritario en el sistema nervioso central, no induce muerte neuronal”, explica José María Frade, del Instituto Cajal (CSIC), uno de los autores del estudio.
 
En el trabajo, los científicos proponen que el mecanismo neurotrófico clásico promovido por NGF y NT3 en el sistema nervioso periférico surge en la evolución de los vertebrados de manera pareja a la diversificación de los receptores Trk. "En los antecesores directos de los vertebrados se observa la existencia de un único receptor Trk. Por ello, lo más probable es que durante la evolución haya habido una duplicación, dando lugar a TrkB y al antecesor de TrkA/TrkC. Este último, probablemente ya capaz de promover muerte neuronal en los primeros vertebrados, ha sido duplicado de nuevo dando lugar a los receptores TrkA y TrkC, un proceso evolutivo que ha ido parejo a la adquisición de nuevos tipos neuronales en el sistema nervioso periférico”, detalla el científico del CSIC.
 
El estudio sugiere además una explicación a los diferentes pronósticos asociados a los tumores derivados de la cresta neural, en concreto, los neuroblastomas, que son la causa más frecuente de cáncer sólido extracraneal en los niños. "Se sabe que los neuroblastomas que expresan TrkA o TrkC tienen mejor pronóstico que aquellos que expresan TrkB, probablemente por el efecto que hemos demostrado”, agrega Frade.
 
V. Nikoletopoulou, H. Lickert, J. M. Frade, C. Rencurel, P. Giallonardo, L. Zhang, M. Bibel, Y. Barde. "Neurotrophin receptors TrkA and TrkC cause neuronal death whereas TrkB does not."; Nature 2010..

Reacciones de Ligantes en Complejos de Coordinación

La catálisis y otros efectos químicos de los iones metálicos en reacciones de moléculas orgánicas son reconocidos en un número de clases de sistemas:

Catálisis de reacciones nucleofílicas.
Reacciones de alquenos y alquinos.
Polimerización estereoespecífica.
Reacciones de sustitución aromática de compuestos de metilciclopentadienilo.
Efectos de iones metálicos en sistemas biológicos.

Las reacciones de complejos metálicos pueden ser clasificadas en las siguientes categorías:

1.- Sustitución o adición al átomo central metálico
[M(A)m] + B --> [M(A)m-1B] + A
[M(A)m]+nB --> [M(A)m(B)n]
2.- Isomerización intramolecular
3.- Oxidación-reducción del átomo central metálico
4.- Reacciones de los ligandos coordinados

Las primeras 3 categorías constituyen la química tradicional de los compuestos de coordinación; mientras que la cuarta categoría no ha sido ampliamente reconocida. La información disponible es relativamente escasa y el esfuerzo de investigación limitada, dedicada al estudio de las reacciones ligante.

Werner utilizó una reacción ligando en su demostración clásica de la forma de vinculación de tiocianato de cobalto (III); en su punto de vista, la conversión del tiocianato a amonio dentro de la esfera podría sólo significar que el SCN- es ligado al cobalto a través del átomo de N:

(NH3)5Co(NCS)+2 --> (NH3)5Co-NH3+3

De manera similar en 1929, Chernyaev redujo la coordinación del grupo nitro a amonio:

[Pt(en)(NH3)(NO2)]Cl Zn/HCl --> [Pt(en)(NH3)2]Cl2

Reacciones de catálisis de sustitución nucleofílica:
Se ha conocido por muchos años que los iones metálicos con una alta afinidad por los halógenos aceleran la reacción de halogenuros alquilo con nucleófilos; se asume que la polarización del enlace carbono-halógeno, como consecuencia de la coordinación, es el responsable de este efecto. Del mismo modo, las tasas de hidrólisis de ésteres de aminoácidos se incrementan por la presencia de iones metálicos.

Reacciones de alquenos y alquinos en presencia de carbonilos metálicos:
Metal-carbonilos, como ejemplo Ni(CO)4, Fe(CO)5, entre otros, actúan como catalizadores para la transformación de materiales simples insaturados en una amplia variedad de moléculas más grandes, el ejemplo más simple es la hidroformilación:

H2C=CH2 + H2 +CO --> CH3CH2CHO

En términos modernos, se puede empezar a entender estos procesos sólo en la base de la forma en que las moléculas reaccionantes se combinan con el átomo metálico del catalizador, los reactantes deben estar vinculados a estas especies a fin de responder tan profundamente a la influencia de los compuestos metálicos. En años recientes, el aislamiento y caracterización de una gran variedad de derivados orgánicos de carbonilos metálicos han mejorado sustancialmente la comprensión de estos procesos; algunos de estos nuevos compuestos parecen ser intermediarios previamente descubiertos en procesos catalíticos, mientras otros pueden ser utilizados para obtener nuevos e inusuales productos de estos sistemas.



Quizás la reacción más significante de esta clase, descubierta y caracterizada, es la reacción de inserción del carbonilo:



El grupo metilo (u otro enlace sigma de un grupo orgánico) es convertido en un grupo acilo mediante inserción de una molécula de monóxido de carbono entre el grupo alquilo y el átomo metálico; este proceso es reversible bajo condiciones conocidas y la correspondiente reacción ha sido establecida con un sistema de Co [CH3Co(CO)4].La delineación de este proceso elemental provee una base de entendimiento de reacciones de carbonilación y procesos en los cuales se aumenta la cadena carbonada.

La reacción de hidroformilación puede ser explicada formalmente como un procedimiento a través de 3 pasos:

1. Formación del enlace sigma metal-carbono.
2. Inserción de carbonilo.
3. Adición de hidrógeno u otro material que contenga hidrógeno lábil a través del enlace metal-carbono.

Reacciones de sustitución aromática de compuestos de metal-ciclopentadienos:
El comportamiento del ferrceno (bis(ciclopentadienil)hierro (II)) como una molécula aromática bajo condiciones de sustitución electrofílica ha recibido mucha atención pro los químicos orgánicos e inorgánicos. La acilación Friedel-Crafts puede ilustrar la reactividad de este compuesto estable:



Áreas para el futuro desarrollo son la estabilización de especies orgánicas a través de la quelación o la complejación de estabilización de ciclobutadienos, reactividad de átomos o grupos funcionales de coordinación dativa. Reacciones en la posición , de grupos terminales, entre otras muchas.

Fuente:
http://pubs.acs.org. 10.1021/ba-1963-0037.ch001. Reactions of Ligands in Metal Complexes
DARYLE H. BUSCH. Ohio State University, Columbus, Ohio

Superconductividad

La superconductividad es una propiedad que ciertos materiales adquieren al perder resistencia hacia una corriente eléctrica. Dicho material pierde resistencia eléctrica cuando se congela a temperaturas debajo de su punto de temperatura crítico o de transición.
EL uso más importante de los materiales superconductores es su aplicación en electromagnetos. Una aplicación práctica de tales magnetos es en los dispositivos de MRI (magnetic resonance imaging) usados para diagnósticos médicos. El uso de varios tipos de equipo de investigación depende también de magnetos superconductores.

Fuentes:

http://science.howstuffworks.com/superconductivity-info.htm

http://science.howstuffworks.com/environmental/energy/question610.htm

no transcribí todo lo que aparece en las páginas, así que chequenlas porque están interesantes =D

Buckypaper

El Buckypaper le debe sus impresionantes características a los cada vez más populares nanotubos de carbono. Estos pequeñísimos cilindros formados por átomos de carbono, con un diámetro 50.000 veces menor que el de un cabello humano, también son los responsables de la existencia de este material. Al igual que ocurre con otros materiales compuestos, Buckypaper puede laminarse en hojas muy delgadas que luego se “pegan” unas sobre otras para formar paneles extremadamente resistentes. Estos sándwiches se pueden emplear para construir coches y aviones, reemplazando a los metales habituales. Como “bonus especial”, los fabricantes pueden variar las proporciones de sus componentes para hacerlo mejor o peor conductor de la electricidad. Así, es posible tener paneles que son perfectos aislantes de la corriente eléctrica, o conductores tan buenos como el cobre. El compuesto se está desarrollando desde hace unos veinte años en la Universidad de Florida (California). La elaboración del buckypaper se lleva a cabo solo en laboratorios

Luego de dos décadas de estudios y ensayos, el Buckypaper está casi listo para ser aplicado en productos comerciales. Uno de sus primeros usos será la aplicación sobre la estructura de vehículos aéreos y terrestres. Por supuesto, los ingenieros estarán encantados de contar con un material tan fuerte y liviano, y es posible que hasta las carcasas de nuestros teléfonos móviles u ordenadores portátiles se beneficien de sus bondades.

Fuente: http://www.neoteo.com/buckypaper-coches-y-aviones-hechos-de-papel-14044.neo

New NANO Magazine Covers Day-to-Day Applications of Nanotechnology

In the latest issue of NANO magazine, we look at many applications of nanotechnology to our everyday lives, and its promise for the future. This issue takes a look at how nanotechnology is being addressed in architecture, interior design, biomimetics, education, health and education.

Architecture, construction and Interior Design

Nanotechnology in architecture is addressed compelling by Sylvia Leydecker in this issue. She states that innovation-driven materials and products are critical in achieving green construction, which is now at the forefront of much architectural debate. Ms Leydecker believes that nanomaterials have a huge potential in this area, which is yet to be realised, as architects have not yet engaged fully with what is available.

Following on from a plea that architects become more acquainted with nanotechnology, the Decker Yeadon agency in New York has come up with new concepts based on nanotechnology that could shape the future of homes and offices. They so convinced by its benefits that they have just invested in making Buckypaper, a new material which has an electrically conductive coating of multi-walled nanotubes.

Biomimetics

The emphasis on nanoscience and nanotechnology since the early 1990s has provided a significant impetus in mimicking nature, using nanofabrication techniques for commercial applications. Bharat Bhusan takes us on a tour of the natural world and some of its attributes that are leading to new products using biomimetics. George Whitesides

The subject of this month's interview is Harvard Professor George Whitesides. Professor Whitesides is not only successful as an academic, but is also named on over 50 patents. A lifetime of knowledge and experience has led him to a profound understanding of what society needs from science. His view is that, where science thrives on complexity, and unexpected outcomes, society needs simplicity allied to function.

Education and Ethics

One way to improve understanding of nanotechnology is by engaging young people in dialogue about its ethical, legal and social aspects is needed. NANOYOU (Nano for Youth) is a project funded by the European Commission's Seventh Framework Programme that aims to achieve this through an appealing variety of media, games, role playing and other interactions.

The ethical debate on nanotechnology is an exciting one, which poses many complex questions -such as how we perceive nature, as opposed to artefact; the possible redefinition of the norms of health and disease; the likelihood of Transhumanism; the fair distribution of the benefits of nanotechnology; and scientists' responsibility for the consequences of technological innovations. Marc Pavlopoulos explores how we can ask the right questions, and the surprising ways in which society adopts a new technology.

Nanomedicine and the ageing population

This month's article on nanomedicine by Ottilia Saxl, explores the broader issues of how nanotechnology can provide important benefits to an ageing population, in terms of prolonging independence and quality of life for as long as possible, while reducing costs.

The country profile this month is Brazil. Brazil may have been a little later in getting to grips with the potential of nanotechnology, but investment and strong policies linking science and industry are reaping the benefits. Jos d'Albuquerque e Castro who has been involved in nanotechnology in Brazil, both from within University and Government, gives an all-round perspective on the state of the technology and where it is headed.

Countries covered: Brazil, USA, UK, Italy

Products mentioned: LCD Televisions, Lung-on a chip, Self cleaning surfaces

Fuente: http://www.azonano.com/news.asp?newsID=19411

Chemists Report Promising Advance in Fuel-Cell Technology

ScienceDaily (2010) — Creating catalysts that can operate efficiently and last a long time is a big barrier to taking fuel-cell technology from the lab bench to the assembly line. The precious metal platinum has been the choice for many researchers, but platinum has two major downsides: It is expensive, and it breaks down over time in fuel-cell reactions.

The multi-metallic nanoparticle created by Brown University chemists for fuel-cell reactions uses a palladium core and an iron-platinum shell. (Credit: Vismadeb Mazumder & Shouheng Sun, Brown University)

In a new study, chemists at Brown University report a promising advance. They have created a unique core and shell nanoparticle that uses far less platinum yet performs more efficiently and lasts longer than commercially available pure-platinum catalysts at the cathode end of fuel-cell reactions.

The chemistry known as oxygen reduction reaction takes place at the fuel cell's cathode, creating water as its only waste, rather than the global-warming carbon dioxide produced by internal combustion systems. The cathode is also where up to 40 percent of a fuel cell's efficiency is lost, so "this is a crucial step in making fuel cells a more competitive technology with internal combustion engines and batteries," said Shouheng Sun, professor of chemistry at Brown and co-author of the paper in the Journal of the American Chemical Society.

The research team, which includes Brown graduate student and co-author Vismadeb Mazumder and researchers from Oak Ridge National Laboratory in Tennessee, created a five-nanometer palladium (Pd) core and encircled it with a shell consisting of iron and platinum (FePt). The trick, Mazumder said, was in molding a shell that would retain its shape and require the smallest amount of platinum to pull off an efficient reaction. The team created the iron-platinum shell by decomposing iron pentacarbonyl [Fe(CO)₅] and reducing platinum acetylacetonate [Pt(acac)₂], a technique Sun first reported in a 2000 Science paper. The result was a shell that uses only 30 percent platinum, although the researchers say they expect they will be able to make thinner shells and use even less platinum.

"If we don't use iron pentacarbonyl, then the platinum doesn't form on the (palladium) core," Mazumder said.

The researchers demonstrated for the first time that they could consistently produce the unique core-shell structures. In laboratory tests, the palladium/iron-platinum nanoparticles generated 12 times more current than commercially available pure-platinum catalysts at the same catalyst weight. The output also remained consistent over 10,000 cycles, at least ten times longer than commercially available platinum models that begin to deteriorate after 1,000 cycles.

The team created iron-platinum shells that varied in width from one to three nanometers. In lab tests, the group found the one-nanometer shells performed best.

"This is a very good demonstration that catalysts with a core and a shell can be made readily in half-gram quantities in the lab, they're active, and they last," Mazumder said. "The next step is to scale them up for commercial use, and we are confident we'll be able to do that."

Mazumder and Sun are studying why the palladium core increases the catalytic abilities of iron platinum, although they think it has something to do with the transfer of electrons between the core and shell metals. To that end, they are trying to use a chemically more active metal than palladium as the core to confirm the transfer of electrons in the core-shell arrangement and its importance to the catalyst's function.

Miaofang Chi and Karren More at the Oak Ridge Laboratory also contributed to the paper. The U.S. Department of Energy's Office of Energy Efficiency and Renewable Energy funded the research as part of its Fuel Cell Technologies Program.

Encuentran químico altamente oxidante en Marte

Científicos del Instituto de Investigación Nuclear de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM), la NASA y la Universidad de Arizona detectaron percloratos en la superficie de Marte, un compuesto químico altamente oxidante, que abre nuevas rutas para la búsqueda de vida en el planeta rojo.

"Lo más relevante para la comunidad científica es el descubrimiento del doctor Navarro y su equipo, pues esto podría cambiar nuestra interpretación total de los resultados no orgánicos de Marte y cambiar los últimos 35 años sobre pensamiento sobre Marte", comentó Peter Smith, investigador de la Universidad de Arizona.

En 1975, la NASA lanzó la misión Vikingo, en la que dos robots tomaron muestras de la superficie del planeta. Ahora, la investigación se repitió en el Desierto de Atacama, en Chile, un lugar que emula las condiciones de Marte; los resultados actuales revelaron un error en el proceso de los años 70.

"Al calentar el suelo de Atacama con percloratos, lo que ocurre al subir la temperatura del orden de 200, 250 y 500 grados centígrados es que la descomposición de los percloratos libera oxígeno, produce la combustión, la quema total de compuestos orgánicos. El instrumento ya no detecta compuestos orgánicos no porque no existan en el suelo, sino porque fueron quemados en los hornos", dijo Rafael Navarro González, investigador del Instituto de Ciencias Nucleares de la UNAM.

"Ahora creemos que hay elementos orgánicos en Marte en los niveles en los que encontramos en los desiertos más secos de la tierra y eso es mil veces más de lo establecido en el proyecto Vikingo", agregó Christopher McKay, del Centro de Investigación Ames de la NASA.

De acuerdo con los especialistas, el reto ahora es descifrar si la materia orgánica en la superficie del planeta rojo proviene del bombardeo de meteoritos o si es un indicio de que existe vida propiamente marciana.

"Estos resultados, aunque no demuestran que pudiera haber vida, si abren la posibilidad de que esos compuestos orgánicos pudieran estar relacionados y se requiere mandar más misiones específicas para tratar de estudiar la naturaleza química de que estos compuestos orgánicos pudieran ser de origen biológico", concluyó Navarro González.

Esta investigación servirá para realizar nuevos estudios en la próxima misión al cuarto planeta del Sistema Solar, a finales de 2012.

http://oncetv-ipn.net/noticias/index.php?modulo=despliegue&dt_fecha=2010-09-06&numnota=36

Magnetism's Subatomic Roots: Study of High-Tech Materials Helps Explain Everyday Phenomenon

ScienceDaily (Sep. 4, 2010) — The modern world -- with its ubiquitous electronic devices and electrical power -- can trace its lineage directly to the discovery, less than two centuries ago, of the link between electricity and magnetism. But while engineers have harnessed electromagnetic forces on a global scale, physicists still struggle to describe the dance between electrons that creates magnetic fields.

Two theoretical physicists from Rice University are reporting initial success in that area in a new paper in the Proceedings of the National Academy of Sciences. Their new conceptual model, which was created to learn more about the quantum quirks of high-temperature superconductors and other high-tech materials, has also proven useful in describing the origins of ferromagnetism -- the everyday "magnetism" of compass needles and refrigerator magnets.

"As a theorist, you strive to have exact solutions, and even though our new model is purely theoretical, it does produce results that match what's observed in the real world," said Rice physicist Qimiao Si, the lead author of the paper. "In that sense, it is reassuring to have designed a model system in which ferromagnetism is allowed."

Ferromagnets are what most people think of as magnets. They're the permanently magnetic materials that keep notes stuck to refrigerators the world over. Scientists have long understood the large-scale workings of ferromagnets, which can be described theoretically from a coarse-grained perspective. But at a deeper, fine-grained level -- down at the scale of atoms and electrons -- the origins of ferromagnetism remain fuzzy.

"When we started on this project, we were aware of the surprising lack of theoretical progress that had been made on metallic ferromagnetism," Si said. "Even a seemingly simple question, like why an everyday refrigerator magnet forms out of electrons that interact with each other, has no rigorous answer."

Si and graduate student Seiji Yamamoto's interest in the foundations of ferromagnetism stemmed from the study of materials that were far from ordinary.

Si's specialty is an area of condensed matter physics that grew out of the discovery more than 20 years ago of high-temperature superconductivity. In 2001, Si offered a new theory to explain the behavior of the class of materials that includes high-temperature superconductors. This class of materials -- known as "quantum correlated matter" -- also includes more than 10 known types of ferromagnetic composites.

Si's 2001 theory and his subsequent work have aimed to explain the experimentally observed behavior of quantum-correlated materials based upon the strangely correlated interplay between electrons that goes on inside them. In particular, he focuses on the correlated electron effect that occur as the materials approach a "quantum critical point," a tipping point that's the quantum equivalent of the abrupt solid-to-liquid change that occurs when ice melts.

The quantum critical point that plays a key role in high-temperature superconductivity is the tipping point that marks a shift to antiferromagnetism, a magnetic state that has markedly different subatomic characteristics from ferromagnetism. Because of the key role in high-temperature superconductivity, most studies in the field have focused on antiferromagnetism. In contrast, ferromagnetism -- the more familiar, everyday form of magnetism -- has received much less attention theoretically in quantum-correlated materials.

"So our initial theoretical question was, 'What would happen, in terms of correlated electron effects, when a ferromagnetic material moves through one of these quantum tipping points?" said Yamamoto, who is now a postdoctoral researcher at the National High Magnetic Field Laboratory in Tallahassee, Fla..

To carry out this thought experiment, Si and Yamamoto created a model system that idealizes what exists in nature. Their jumping off point was a well-studied phenomenon known as the Kondo effect -- which also has its roots in quantum magnetic effects. Based on what they knew of this effect, they created a model of a "Kondo lattice," a fine-grained mesh of electrons that behaved like those that had been observed in Kondo studies of real-world materials.

Si and Yamamoto were able to use the model to provide a rigorous answer about the fine-grained origins of metallic ferromagnetism. Furthermore, the ferromagnetic state that was predicted by the model turned out to have quantum properties that closely resemble those observed experimentally in heavy fermion ferromagnets.

"The model is useful because it allows us to predict how real-world materials might behave under a specific set of circumstances," Yamamoto said. "And, in fact, we have been able to use it to explain experimental observations on heavy fermion metals, including both the antiferromagnets as well as the less well understood ferromagnetic materials."

Nuevo Fotocatalizador Con Luz Visible Que Sigue Matando Bacterias Tras Apagarse la Luz

Un equipo de investigadores ha desarrollado una nueva y poderosa arma para la batalla contra las bacterias: Un proceso de desinfección fotocatalítico mejorado que utiliza luz visible para destruir bacterias y virus dañinos, incluso en la oscuridad.

Basado en un nuevo catalizador, el proceso de desinfección puede ser usado para purificar el agua potable, esterilizar instrumentos quirúrgicos y hasta eliminar huellas dactilares no deseadas en componentes electrónicos y ópticos delicados.

El nuevo catalizador también tiene un efecto de memoria catalítico único, que hace que continúe matando agentes patógenos letales hasta 24 horas después de que la luz es apagada.

El grupo de investigación de Jian Ku Shang (Universidad de Illinois) había desarrollado anteriormente un material catalítico que trabajaba con luz visible, en vez de la luz ultravioleta requerida por otros catalizadores. Este progreso posibilitó que el proceso de desinfección pudiera ser activado con luz solar o con lámparas estándar de interiores.

Shang y otros colaboradores de la Universidad de Illinois y la Academia China de Ciencias han mejorado la eficiencia del catalizador. Ahora, cuando la luz es apagada, unas nanopartículas de paladio liberan lentamente electrones capturados, los cuales puede reaccionar entonces con el agua para producir agentes oxidantes adicionales.

En cierto modo, el material "recuerda" que fue irradiado con luz. Este "efecto de memoria" puede durar hasta 24 horas.

Aunque la eficiencia de la desinfección en la oscuridad no es tan alta como cuando hay luz visible, esa actividad adicional a oscuras posibilita el trabajo constante de un mismo sistema de desinfección catalítico, robusto, y accionado por iluminación solar u otra de luz visible.

Además de las aplicaciones germicidas, el nuevo catalizador también podría ser utilizado para eliminar huellas dactilares en superficies ópticas, y en pantallas de ordenadores y de teléfonos móviles.

Otra aplicación del Grafeno :D

James Heath y su grupo de investigadores del California Institute of Technology encontraron, por accidente, una nueva técnica para observar estructuras de moléculas. La técnica consiste en la formación de una capa de grafeno del grosor de un átomo sobre las moléculas depositadas en una mica. Se reportó que dicho recubrimiento dura aproximadamente dos meses.

Como ya se mencionó, ésta técnica se descubrió por accidente al depositar el grafeno en moléculas de agua observando, a través de microscopía de fuerza atómica, que el grafeno tomaba la “forma” estructural atómica del agua. Esta técnica se utilizó para estudiar la formación de capas por parte del agua, descubriéndose que la primera y segunda capa depositada en la mica es del grueso de dos moléculas y su estructura es como la del hielo a temperatura ambiente.

En este momento Heath y colaboradores trabajan para perfeccionar la técnica y poder visualizar estructuras de biomoléculas como anticuerpos.

California Institute of Technology (2010, September 3). Chemists develop simple technique to visualize atomic-scale structures. Consultado en línea: www.sciencedaily.com/releases/2010/09/100902151122.htm